隨著航空航天，汽車輕質(zhì)和生物醫(yī)用材料的快速發(fā)展，鈦合金材料的研究和應(yīng)用已成為材料領(lǐng)域的研究熱點之一。中國的鈦儲量居世界第一，探明儲量約占世界總量的38.8％。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，中國形成了從鈦礦到鈦錠再到鈦合金加工的產(chǎn)業(yè)鏈。目前，鈦及其合金已被廣泛使用，鈦工業(yè)的年均增長率約為8％。上至航空航天、航天器，下至深海、油井，鈦合金的應(yīng)用越來越廣泛。

　　鈦和鈦合金的工業(yè)應(yīng)用

　　1. 在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

　　鈦合金具有低密度，比強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，是一種理想的航空結(jié)構(gòu)材料。目前，鈦合金在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用越來越受歡迎。

　　在20世紀(jì)50年代，只有少數(shù)非承重構(gòu)件采用鈦合金制成，例如后機(jī)身隔熱板，空氣管道和尾門。自20世紀(jì)60年代以來，中間機(jī)身已經(jīng)分離。重要的軸承構(gòu)件，如框架，橫梁和襟翼也逐漸用鈦合金替代鋼。就目前的趨勢而言，新飛機(jī)越先進(jìn)，寬體飛機(jī)越多，鈦的用量越大。1970年開始在美國服役使用的戰(zhàn)略運輸機(jī)C-5鈦合金的密度為6％，隨后的C-17增加到10.3％。2006年以后，美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)F22的鈦含量高達(dá)39％至41％。

　　中國在鈦合金的研究和應(yīng)用方面也取得了很大進(jìn)展。20世紀(jì)60年代投入生產(chǎn)的J-7飛機(jī)鈦合金零件質(zhì)量僅為9千克，20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的殲-8II型鈦合金零件的質(zhì)量達(dá)到93千克。2002年，昆侖渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的設(shè)計和成型，鈦的數(shù)量增加到15％。

　　此外，航空航天工業(yè)中的壓力容器，燃料箱，緊固件，火箭外殼等也使用鈦合金制造。

　　2.在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用

　　鈦是一種化學(xué)活性元素，與氧氣具有高親和力。當(dāng)置于空氣中時，它與氧氣反應(yīng)，在表面形成致密的TiO2[i]保護(hù)膜，保護(hù)鈦合金免受外部介質(zhì)的影響。因此，鈦合金具有良好的耐腐蝕性，在酸，堿和氧化介質(zhì)中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性優(yōu)于現(xiàn)有的不銹鋼和大多數(shù)有色金屬，甚至可與鉑相媲美。純鈦的硬度約為HV150[ii]，并不算高，但加入合金元素后硬度非常明顯。例如，TA4[iii]的表面硬度大致為HRC30[iv]，超過了傳統(tǒng)的不銹鋼和普通碳鋼材料，它可以超過HRC60；在低溫和超低溫條件下，鈦仍保持其原有的性能，強(qiáng)度和硬度都保持在較高水平，因此鈦合金非常適合船舶部件的生產(chǎn)。例如，主要由鈦合金制成的潛艇可承受4500米的深度而不會受到損壞，而普通鋼制潛艇的這一指數(shù)約為300米。

　　自20世紀(jì)60年代以來，許多國家已開始研究鈦合金在造船業(yè)中的應(yīng)用，鈦合金具有獨特的物理性能（包括磁性），高比強(qiáng)度和抗沖擊性，優(yōu)異的耐腐蝕性能，已廣泛應(yīng)用于船舶，特別是美國和俄羅斯，對鈦合金的研究顯然領(lǐng)先于世界。例如，俄羅斯是世界上第一個開發(fā)和使用海洋鈦合金的國家。目前，已建成海洋鈦合金系列系統(tǒng)，開發(fā)了各種系列的強(qiáng)度級鈦合金產(chǎn)品，并成功應(yīng)用于船體，船舶發(fā)動機(jī)和發(fā)電廠。在船舶零件及相應(yīng)設(shè)備上，鈦及鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝相對成熟。

　　3、在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用

　　鈦具有良好的耐腐蝕性，是化學(xué)工業(yè)等腐蝕性介質(zhì)中使用的重要結(jié)構(gòu)材料之一。采用鈦合金代替不銹鋼、鎳基合金等稀有金屬，可有效降低運行成本，延長設(shè)備壽命，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，降低消耗具有重要意義。

　　近年來，中國化學(xué)工業(yè)中的鈦合金材料主要用于蒸餾塔，反應(yīng)器，壓力容器，熱交換器，過濾器，測量儀器，汽輪機(jī)葉片，泵，閥門，管道，氯堿生產(chǎn)電極，合成塔襯里和其他耐酸設(shè)備襯里等。

　　（1）在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用

　　由于氯堿工業(yè)使用電解飽和氯化鈉溶液制備氫氧化鈉等，并進(jìn)一步加工該系列化學(xué)產(chǎn)品，因此防腐要求非常高。目前，在氯堿工業(yè)中，使用鈦合金材料制備的設(shè)備包括濕氯冷卻器，陽極電解槽，脫氯塔加熱管，真空脫氯泵等。例如，在通過鹽電解生產(chǎn)苛性鈉的過程中，產(chǎn)生大量溫度為75-95℃的高溫濕氯氣，會嚴(yán)重污染環(huán)境。使用鈦合金制成的濕氯氣冷卻器代替石墨冷卻器，取得了良好的效果。

　　（2）鈦合金材料也廣泛用于純堿工業(yè)

　　純堿是最基本的化學(xué)原料之一。其生產(chǎn)工藝主要采用合成堿法，包括氨堿法和聯(lián)合堿法。無論該過程如何，氨和二氧化碳主要用作氣態(tài)介質(zhì)，液體介質(zhì)主要是具有較高氯離子濃度的溶液。過去，碳化塔管，冷卻器，水晶外冷卻器等大部分主要設(shè)備均采用碳鋼和鑄鐵材料制成，其反應(yīng)塔嚴(yán)重腐蝕，經(jīng)常發(fā)生泄漏。但鈦合金材料使用后，發(fā)生了很大的變化。例如，大連化學(xué)工業(yè)有限公司購買了寶雞有色金屬加工廠的TA2[v]管，代替氨冷凝器內(nèi)的鐵管。經(jīng)過14年的運行，沒有觀察到腐蝕泄漏。

　　1、鈦是一種理想的醫(yī)用金屬材料，具有良好的生物相容性。早在20世紀(jì)80年代中期，美國開始開發(fā)鈦合金材料，主要用于制造植入人體的醫(yī)療器械，假體或人造器官，以及用于輔助治療裝置的鈦合金。

　　如具有高強(qiáng)度和低價格的鈦合金瓷齒是目前我國常用的一種瓷牙。它外形美觀，色澤穩(wěn)定，可以很好地恢復(fù)牙齒的形狀和功能，特別適合對鎳離子敏感的人，可以避免牙齦出血和黑色牙齦現(xiàn)象的發(fā)生，此外它的耐腐蝕性也很強(qiáng)，不容易變黑。此種材料生物相容性優(yōu)于非貴金屬烤瓷牙，使用壽命可長達(dá)10年。

　　2、在眼鏡行業(yè)的應(yīng)用

　　鈦金屬日漸成為一種新型的眼鏡架材料。由鈦合金制成的眼鏡架具有高硬度和良好的柔韌性，符合人體工程學(xué)，有著光滑的觸感，沒有其他金屬框架的冷感。另外，鈦可以與鎳形成“記憶合金”，即記憶鈦合金。眼鏡架變形后，可以通過在特定溫度下用水清洗來恢復(fù)。

　　鈦合金框架的生產(chǎn)過程非常苛刻，不僅有加工步驟，而且需要專用的加工設(shè)備和特殊的焊接技術(shù)和電鍍工藝，因此鈦合金框架的價格高于其他金屬，然而，隨著人們生活水平的提高，對鈦框架眼鏡的需求也在增加。

　　3、在珠寶行業(yè)的應(yīng)用

　　與金和鉑等貴金屬相比，鈦作為一種新型的首飾材料，不僅具有絕對的價格優(yōu)勢，還具有其他優(yōu)勢。①輕，鈦合金密度為黃金的27％，在制作耳環(huán)，項鏈等飾品方面具有較大的優(yōu)勢，可以設(shè)計出一些大而獨特的特殊飾品。②鈦具有良好的耐腐蝕性，鈦表面形成的氧化膜非常完整和緊湊。部分損壞后，它會立即修復(fù)，不會影響其外觀。③良好的生物相容性，長期接觸后不會引起過敏，特別是對金屬過敏者可以放心使用。④鈦可以著色，可以通過改變氧化膜的厚度來改變顏色，而無需額外的元素。⑤鈦具有高硬度，不易變形。與普通的金銀首飾不同，需要在佩戴一段時間后重新塑造。

　　盡管鈦和鈦合金已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展，但由于其加工性能差，鈦精煉和加工成本相當(dāng)高，從而限制了鈦合金系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。

　　1、加工技術(shù)需要改進(jìn)

　　由于鈦在高溫下具有高化學(xué)活性，并且容易被氧，氮和碳等元素污染，因此鈦合金的加工和制造工藝非常高。通常，鈦合金的可加工性僅為鋼的20％至40％。此外，鈦具有高度化學(xué)活性，易與氣態(tài)雜質(zhì)結(jié)合。當(dāng)溫度超過600℃時，鈦被氧化成脆化層，即所謂的“組織凝膠化層”;與氫氣產(chǎn)生氫脆性，這加劇了工具的磨損。此外，鈦合金可與工具材料的元素化學(xué)鍵合，導(dǎo)致嚴(yán)重的粘結(jié)磨損。

　　如何進(jìn)一步開發(fā)鈦合金的凈化和合金化工藝，優(yōu)化加工方法，進(jìn)一步降低鈦合金產(chǎn)品的制造成本，是推動鈦合金廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

　　2、研發(fā)高附加值高端產(chǎn)品

　　目前，鈦合金加工企業(yè)也存在技術(shù)水平低，產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。因此，企業(yè)需要加大創(chuàng)新力度，生產(chǎn)高附加值的高端產(chǎn)品，提高企業(yè)競爭力。

　　2016年12月初，青海合成鈦生產(chǎn)的20噸鈦錠成為全國乃至亞洲最大的單鈦錠。在此基礎(chǔ)上，又成功生產(chǎn)出500mm厚的超大錠，并可直線軋制。它是一塊200mm的膠帶板，直接滾動寬度超過1.8m的寬板，從而顛覆了傳統(tǒng)的軋制工藝，填補(bǔ)了國際技術(shù)的空白。該技術(shù)大大縮短了加工周期，減少了加工環(huán)節(jié)，提高了產(chǎn)量，降低了加工成本，擴(kuò)大了產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。

　　3、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

　　鈦合金及其制品的制造工藝較高，對生產(chǎn)設(shè)備和加工設(shè)備的要求也很高，產(chǎn)品的質(zhì)量控制也存在一定的困難。因此，鈦材料的應(yīng)用仍然缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這意味著鈦合金及其制品的質(zhì)量控制不能滿足統(tǒng)一的要求，致使產(chǎn)品質(zhì)量不均勻，這對鈦合金應(yīng)用的擴(kuò)展極為不利。

　　總而言之，鈦合金的發(fā)展前景可以描述為“明亮和廣泛”，隨著鈦冶煉技術(shù)和加工工藝的改進(jìn)和完善，鈦及鈦合金產(chǎn)品品種將進(jìn)一步擴(kuò)大，質(zhì)量控制水平將進(jìn)一步提升，其應(yīng)用領(lǐng)域也將擴(kuò)大，特別是民用工業(yè)。只要人們有需求，就可以實現(xiàn)在珠寶，手機(jī)，電腦，拐杖等民用休閑產(chǎn)品的應(yīng)用。