鈦及鈦合金的應用

鈦在化工領域的應用之氯堿

　　鈦及鈦合金材料雖然儲量豐富，價格卻十分昂貴，這是因為鈦在高溫條件下化學活性小，其冶煉技術及操作環境十分苛刻，必須要在高溫、真空條件下進行冶煉，溫度常達到800℃以上，相比于鋼鐵冶煉要困難許多。因此每每提到鈦合金的時候，人們都覺得它是高檔金屬材料，產量低價格貴，應用很少。
 

　　目前，由于鈦合金重量輕、強度大又耐高溫的優異性能，鈦及鈦合金材料廣泛用于各國的尖端武器和國之重器的制造上，如尤其適合應用于航空航天領域。舉例應用領域如下：
 

　　化工領域
 

　　1. 制堿行業

　　制堿行業中鈦制冷器的出現，可以很好的解決由于傳統冷卻工藝不合理出現產出氯氣質量不合格現象。同時改變了氯堿工業的生產面貌，投入的鈦合金制冷器壽命可長達20年。
 

　　2. 制鹽行業

　　目前較為先進的制鹽工藝為真空制鹽，而此過程中產生的高溫濃鹽水會對碳鋼結構造成嚴重的破壞，產生設備滴漏現象。將鈦鋼復合結構用于加熱室與蒸發室，可以有效防止結鹽垢，提高制鹽品質，同時減輕蒸發過程中高濃度鹽水對管壁的腐蝕，延長檢修周期。


 

　　航空航天領域
 

　　1. 航空工業

　　鈦合金在航上的應用分為飛機結構鈦合金和發動機結構鈦合金，飛機鈦合金結構件主要應用部位有起落架部件、框、梁、機身蒙皮、隔熱罩等。俄羅斯的伊爾-76飛機采用高強度BT22鈦合金制造起落架和承力梁等關鍵部件；波音747主起落架傳動橫梁材料為Ti-6Al-4V，鍛件長6.20米、寬0.95米，質量達1545千克；高強高韌Ti-62222S鈦合金被用在C-17飛機水平安定面轉軸關鍵部位。航空發動機方面鈦合金應用于壓氣機盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機轉子、壓氣機機匣等。波音747-8GENX發動機風扇葉片的前緣與尖部，采用了鈦合金防護套，在10年的服役期內僅做過3次更換。


 

　　2. 航天工業

　　航天飛行器的工作條件非常極端，除了材料的結構設計需要高超的技術外，材料本身的優異特性和功能也很重要，因此鈦合金在眾多材料中脫穎而出。爾法通信衛星巨型平臺；俄羅斯鈦合金在航天工程上的應用實例很多，如能源號運載火箭使用了重3.5t的BT23鈦合金大型模鍛件和鍛件，此外鈦合金還應用于液體燃料火箭發動機的燃料艙、低溫液體儲存箱及液氫輸送泵葉輪等。

 

　　同樣，國內航天工程的迅猛發展中，鈦合金也得到廣泛的應用，1970年東方一號衛星到現在的神州系列飛船、嫦娥探測器等都有使用鈦合金，此外我國研制的液氫環境下使用的低溫TA7ELI鈦合金氣瓶已用于長征系列運載火箭；哈工大用TC4鈦合金制備了月球車的輪圈；此外我國還用BT20等高強鈦合金制造導彈的發動機殼體、噴管等構件。

　船艦領域
 

　　鈦及鈦合金廣泛應用于核潛艇、深潛器、原子能破冰船、水翼船、氣墊船、掃雷艇，以及螺旋槳推進器、鞭狀天線、海水管路、冷凝器、熱交換器、聲學裝置、消防設備上。如美國的“海崖”號深潛器裝備了鈦觀察艙和操縱艙，下潛深度可達6100m；日本東邦鈦公司與藤新造船所共同建造了“摩利支天Ⅱ號”全鈦制快艇，一段時間內很暢銷；我國首臺自主設計、自主集成的載人潛水器“蛟龍”號也應用了鈦合金，蛟龍號工作范圍覆蓋全球海洋區域的99.8%。


   4、鈦及鈦合金現存問題及展望

　　盡管鈦及鈦合金已經取得了顯著的發展，但存在的問題也隨之暴露出來，對于鈦合金的發展也面臨著不小的挑戰。主要體現在以下三個方面：

　　1）產量方面。
 

　　我國雖為鈦工業大國，但在生產中高品質產品數量不高，特殊性能的鈦產品種類少，其次，我國還不能批量穩定生產鈦帶和鈦擠壓型材，限制了鈦及鈦合金在航空航天、海洋等領域的開發利用。要想進一步將航空發動機鈦用量提高至50%左右難度仍然很大。
 

　　2）性能方面

　　由于鈦金屬具有高化學活性，容易被其他元素污染，因此鈦合金的加工和制造工藝非常高，同時加工出的高性能產品需要和綜合考慮其力學、物理、化學、工藝性能，現有的鈦合金在600℃以上，蠕變抗力和高溫抗氧化性的急劇下降是限制鈦合金擴大應用的兩大主要障礙。
 

　　3）成本方面

　　目前各國都在努力降低鈦合金的應用成本，也取得了很多成就，但就我國的目前的形勢而言，我國管理和技術水平還未達到理想高度，國內鈦合金產品價格在國際上競爭力較差，不利于進一步擴大使用。
 

　　目前鈦合金的主要應用領域還是航空航天等軍事工業部門，開發新的應用領域，比如在汽車、火車、高鐵、還有日常生活常用的民用領域的應用前景仍然十分廣闊。此外，用價格較低的元素取代貴的合金元素，通過工藝途徑降低鈦合金零部件的成本，是今后鈦合金研究工作中的重要課題。高端應用上的鈦合金在未來實現低成本制造后，鈦合金將會應用到各個領域。

來源：搜鈦網
 

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