鈦材料(titanium material)

用海綿鐵或海綿鈦加其他元素制成的，具有密度小、強度高、耐熱、耐蝕性能優良的稀有金屬材料。主要包括鈦和鈦合金。適用于制造航空、航天、艦船的承力件，化學和海洋工業的耐蝕件，醫療器械和人民日常生活用品等，是軍工和民用部門不可缺少的材料。

簡史鈦在地殼中的儲量很多，在所有元素中占第9位，而在常用金屬中僅次于鋁、鐵、鎂，而居第4位，比其他常用金屬銅、鉛、鋅的總和還多十倍至數百倍。1791年英國格雷戈爾(w．gregor)在黑鈦礦砂中，發現了一種新元素的氧化物，后命名為鈦(Titanium)。經100多年的研究試驗，盧森堡科學家克羅爾(w．J．Kroll)于1940年研究成功用鎂還原四氯化鈦的方法制取海綿鈦。1948年美國海綿鈦生產達到工業化水平。世界上已有俄羅斯、美國、日本、英國、中國5國可以生產海綿鈦，產能達13萬t。1950年，美國已能生產鈦加工材料。生產初期遇到過嚴重的氫脆現象，而且成材率很低，使人們懷疑鈦是否能被應用于工業。針對這739tm鈦些問題，美國成立了專門研究機構，解決了一系列技術問題。70年代以后，鈦工業向設備大型化、自動化、連續化和系列化發展。80年代，鈦材料用量穩步增加。在美國，鈦材料的應用以航空、航天工業為主要市場。前蘇聯、英國和日本的鈦工業均始于50年代初，日本鈦材料的應用以民用為主要市場。中國的鈦工業是50年代后期發展起來的。中國鈦資源極其豐富，有著發展鈦工業的良好條件，并已形成一定規模的生產能力。

特性鈦材料的特性為：(1)密度小。純鈦的密度是4．5g／cm³，為一般鋼的56％左右，處于輕金屬鋁鎂和鋼鐵之間，鈦材料是第一種能作為結構材料而密度介于二者之間的金屬(見鈦材料物理性能)。(2)強度高。鈦材料具有較高的比強度(強度／密度)，也有較好的屈服強度、疲勞強度等(見鈦材料力學性能)。(3)耐蝕性好。在許多介質中，鈦材料都具有良好的抗蝕性能。它在氧化性介質中穩定而不起反應。在含有氯的介質中，更表現出其優越性，在潮濕的氯氣、氯水和含氯或次氯酸鹽溶液中，以及有機氯化物中，都具有良好的抗蝕性。鈦耐海水腐蝕，其性能可與白金相比(見鈦材料腐蝕)。對于流速較高海水的沖刷性腐蝕，鈦的抵抗能力也很強。在還原性介質中，鈦的穩定性不佳，但添加少量鈀、鉬等金屬，能改善它的抗蝕性能。鈦在高溫下抗氧化能力不佳，可通過涂層等方法，改善其抗氧化性能(見鈦材料氧化)。(4)耐熱性能好。添加鋁、釩、鉬、錫、硅等合金元素，可明顯提高鈦材料的耐熱性。(5)低溫性能好。鈦材料在超低溫下能保持很好的力學性能，強度不但增加，而且具有良好的延性和韌性，因此，它是超低溫下使用的良好結構材料。

制備鈦材料的制備工藝包括熔煉、鑄造、粉末冶金、焊接、熱處理、保護涂層、氧化著色、表面凈化、塑料加工、殘料處理等(見鐵材料制備)。

應用鈦工業興起的初期，鈦材料主要用于航空和航天工業。由于鈦具有許多優越特性，在化工、冶金、石化、海水淡化、輕工、軍工等部門是不可缺少的材料。航空工業中使用鈦材料設備的好處是，使用在飛機發動機的中等溫度部位時，鈦比鋼具有更高的疲勞強度、屈服強度和蠕變強度，同時可以大大減輕設備重量。鈦材料的優異抗大氣腐蝕性能，能大大改善噴氣發動機中的壓縮性能。許多新型的軍用和民用飛機已經使用了大量鈦材料零件。主要用于制作噴氣發動機壓氣機葉片、盤、機匣、發動機罩和排氣罩等。機身應用包括結構鍛件、緊固件和高溫區蒙皮。在火箭、導彈和航天飛行器件中，鈦材料的應用效果也很好。主要用作壓力容器、燃料貯箱、火箭發動機殼體、航天飛機結構骨架、主起落架、登月艙推進系統等。

鈦在海水中有極好的耐蝕性，美、日、法等國已研制成功鈦制深潛器。前蘇聯曾建造了ALFA核動力潛艇，潛艇的耐壓殼體是用鈦合金制造的。鈦材料甚至已進入人們的日常生活中，各種賽車和高性能多用途的車輛已使用了鈦材料。鈦材料的密度與人體骨骼相近且不被腐蝕，與人體的相溶性好，因而是醫學補形和整形的理想材料。可用鈦材料制作髖關節、頭蓋骨、肘關節和假肢等。綜上所述，鈦材料已成為海、陸、空使用的優異材料。

展望21世紀鈦工業將面臨兩方面的挑戰，一方面是研制新的合金以吸引新的市場；另一方面是通過提高材料質量，擴大現有的市場。總的來說，鈦材料的應用將繼續擴大，其中包括宇航工業和非宇航工業的應用。預測21世紀初在非宇航方面的應用將占較大的比例。過去鈦材料曾是航空工業的熱門結構材料，這種狀況還會保持很長一段時間。未來飛機和發動機仍是鈦的最大用戶。但是，新型復合材料、硼纖維增強樹脂、石墨增強環氧樹脂等有可能成為鈦材料的競爭對手。

在海洋中有希望大量使用鈦材料的項目有：海水淡化、艦船海洋熱能開發和海底資源開采等。未來涉及新的和擴大應用的鈦材料研制項目包括：更高溫度應用的鈦合金，具有較高強度水平的鈦合金，在更苛刻環境中應用的鈦合金以及可減少缺陷(見鈦材料冶金缺陷)、提高使用性能和安全性，并可滿足燃氣渦輪發動機要求的加工技術。影響鈦材料廣泛應用的主要障礙是價格昂貴，因此降低生產成本是生產中亟待解決的重要課題。國際上正在研究的鈦電解工藝和設備，一旦成功，將能大大降低能耗。采用大型真空自耗電弧爐生產鈦鑄錠，開發冷爐床熔煉技術，提高殘鈦利用率和改善加工工藝等措施，都將有效地降低鈦材料的成本.