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钛金属为何有如此优异的性能?

发布时间:2018/02/19 点击量:

钛金属因其材料特色已与钢、铝金属共舞。钛材的优势为质轻、耐热、耐腐蚀。但因为难以精炼,虽然是铝,铁和镁之后第四丰富的实用金属,但钛仍然归类为稀有金属。钛业在制成品方面越来越多,但首用于国防工业,目前其应用已经从飞机到汽车零部件,建筑材料和医疗仪器。

钛的比重为4.5,仅为铜和镍的一半,铜和镍的比重为8.9。钛比铁轻40%,铁的比重为7.9。钛合金与高强度特种钢相同或更强。在高达约500℃的温度下,就给定密度的强度而言,它是最实用的金属之一。与非铁金属制造的钛合金应用于喷气发动机中的进气风扇、涡轮机、机翼及机身和其他大型结构组件。

钛金属

钛应用在飞机产业:

欧美金属厂商生产钛合金锭,供应给欧洲空中客车和美国波音公司有关的零组件生产商和发动机制造商。这些厂商如美国的Wyman-Gordon公司,俄罗斯的VSMPO-Avisma公司就囊括航天产业大部分的市场。

钛应用在汽车产业:

钢是汽车中使用的主要材料,但近年来汽车制造商已经开始使用更多的铝和镁来使其车辆更轻。钛比铁轻得多,是铝的三倍。因此钛在汽车零件中的使用也日渐成长。

日产汽车发布的GT-R跑车2017年车款,此车款的消音器会采用新日铁的独特的钛合金Super-TIX 10CU,是按1.0%的重量比例在钛中添加铜的Ti-Cu类合金,这使它更容易加工,同时还增加耐热性,也使使车辆更轻。(注:以前的型号,GT-R的消音器为不锈钢。)

本田重机公司的CRF450R越野摩托车的油箱,从2017年车型开始也将使用新日铁制造的钛,是第一个可量产车辆用钛油箱。新日铁与本田合作研发,改进了压力成型和焊接的方法。因为钛材质轻坚固的特性,2017年CRF450R油箱可以制成比目前使用的更薄。

丰田汽车的燃料电池车也使用钛零件。其集团子公司丰田纺织株式会社已开发了用于燃料电池堆的电极分离器中的钛零组件,其可引发氢氧发生作用来发电。钛板经由压力处理从而提高发电效率。 钛应用在建筑产业:

建筑材料钛材料的应用,包括有如今年夏天,东京浅草区浅草寺(Sensoji)一角的五层塔的屋顶上的瓷砖的更新。将腐蚀和变形由铝合金制成的瓦更新为抗风雨耐腐蚀的钛合金,更新后浅草寺的屋顶瓦片看起来就像传统的日本瓷砖。浅草寺于2007年使用钛材来汰换其宝藏门(Hozomon)传统使用的黏土瓦,及2010年寺庙的主建筑体的汰换更新,减轻整个屋顶重量大约80%,从原有旧材质的930吨到钛材质的180吨。因为建筑物的重心被有效地降低,大大增加浅草寺抗震的能力。2011年3月的地震期间,建筑主楼的屋顶完好如初,没有任何瓦片从建筑主楼掉下。

钛应用在海洋产业: 日经评论指出因钛材质的耐腐蚀性,其在海洋结构的应用发展日渐广泛。如由新日铁住金公司所开发的钛板使用在东京羽田机场海面上建造的D跑道。

另外应用在日本冲绳县Nago鱼港的防坡堤。防坡堤壁通常由玻璃纤维强化塑料(fiber-reinforced plastic,简称FRP)所制成。使用钛制的防坡堤壁,虽然前期成本比FRP高出约20%,但它可以持续使用50年以上,而FRP的成本约为30年。而塑料在那段时间内必须修复两次,因此使用钛材其总成本是相对比较经济。

钛应用在医疗产业:

由于钛具有防止金属离子从覆盖金属部件表面的氧化膜中溶解的特性已经被用于眼镜框架和其他日常生活的一部分。另外由于其与活生物体的亲和力并且因为其柔性与骨的柔韧性相似,所以对人工关节,骨骼和牙齿的需求日益增加。研究人员甚至开始使用钛粉来生产人造骨头使用3 D打印机。

Terumo公司支付了约3.8亿美元收购生产由镍钛合金制成的动脉瘤栓塞装置的Sequent Medical公司。该装置将导管从患者的大腿输送到大脑的血管中,其中钛网直接插入动脉瘤内。与使用线圈并需要多次通过的方法相反,该方法允许装置在一次通过中展开。

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