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鈦合金的展望與新應用

來源:鈦合金,鈦棒,鈦板,鈦絲,鈦管,鈦設備 發布時間:2012-10-19 10:21:39

相信隨著鈦合金新應用的不時開發與發展,總之。鈦新用量的不時上升,未來鈦的新應用市場的發展前景光明。

并對鈦的新市場的發展前景進行了展望。從長遠來看,鈦在建筑、汽車、計算機等新興市場中的應用。未來鈦新應用市場前景光明。

1951年進入工業化生產以來,自從人類1790年發現鈦元素。鈦逐漸顯示出它獨特的優越性能。不只具有金屬結構資料的優越性能,而且在許多工藝介質中具有優異的耐腐蝕性能。鈦的應用可以獲得明顯的技術進步和經濟效益。鈦的蘊藏量是銅的十倍,繼鐵、鋁之后的第三金屬”被稱為“空間金屬”

資源又很豐富,由于鈦所具有的一系列優良性能。鈦的工業生產問世后,立即受到普遍高度重視。鈦的應用首先是從軍工和航空工業開始的早在1951年美國就將鈦材用于飛機上,前蘇聯、英國的鈦材也主要用在軍事和航空領域。鈦材最早用于航空,航空市場一直是鈦最主要的市場,目前仍占世界鈦市場總量的50%上世紀70年代后,鈦的優良性能逐步在民用工業中得到普遍認識,冶金、化工、電力等民用工業上的應用逐年增加,用量也穩步增長。

鈦的新應用

鈦在建筑、汽車、計算機、裝甲、油氣開采、體育休閑用品等新應用領域不時呈現,近年來。并形成一定的規模。

1.建筑用鈦

如在外部包覆、懸墻、屋頂包覆、蒸餾塔外層、頂蓋,鈦在許多建筑應用領域中是一種優異的可選擇材料。內部包覆、燈具以及藝術雕塑品和紀念碑等。建筑用鈦具有杰出的耐蝕性、高強度、輕重量和耐久性,比其它任何金屬的使用壽命都長,且不需要怎么維修。因此從設計和開發來說,尤其是從壽命周期考慮,鈦是最實用的

其中國家大劇院僅蒙皮資料估計就使用400噸鈦材;阿布扎比機場預計在屋頂、結構資料上的鈦材用量將達800噸。該機場的建設中,許多新的項目已列在規劃之中。如巴黎航空站已計劃在兩個大的世界級建筑項目中使用鈦。鈦還被選擇用作北京國家大劇院(見圖1和阿布扎比國際機場建筑用橢圓形頂的資料。鈦首次在結構建筑中獲得應用。為滿足工程需要,阿布扎比機場將使用航空級鈦合金厚板做結構架,另外,機場外部還將用鈦嵌板和玻璃包覆。

但在日本的應用已有多年了有百余個建筑物都使用了鈦,鈦在歐美建筑的應用中相對較新。使許多重污染地區、都市和濱海地區的腐蝕問題得到圓滿的解決。

2.汽車應用

降低燃料消耗,汽車零部件使用鈦可使汽車重量大大減輕。提高汽車工作效率,改善環境和降低噪音。據資料介紹,每降低10%車體重量就可以減少10%廢氣排放量及節省7%燃料消耗,因此汽車的輕量化將會起到節能,環保”雙重功效。鈦在汽車中的具體應用部位列于表1

使汽車減輕重量8.1千克,歐洲雪佛萊(Chevrolet汽車公司高性能的2001CorvettZ06型汽車上使用了鈦回氣管。并明顯地提高了耐蝕性。2001CorvettZ06型汽車,預計將生產6500輛。

一個典型的美國造的可乘坐5-6人的家用車中,用鈦制成的彈簧可比鋼彈簧減輕60%-70%重量。通常使用4個鈦卷彈簧,每輛車就可減輕10千克左右的重量。美國鈦金屬公司(Timet與德國大眾汽車公司于2001年1月宣布,大眾LupoFSI2001年型號車將使用鈦懸簧,大眾汽車公司預計生產了3500輛該型號車。這些是最近在汽車中大量使用鈦的例子。

近來的這些突破已吸引了許多賽車、豪華小汽車、小型廂式載重車和卡車的生產商。隨著經濟的發展和汽車制造商提高燃料經濟性的需求,使用鈦制排氣系統和懸掛彈簧可為設計者提供兩種最大減輕重量的方法。會有更多的工程設計人員將選擇鈦用做汽車零件,鈦最終將在汽車生產工業中占有重要的地位。

3.鈦在計算機上的應用

因此鈦在個人電腦、手機等領域中的應用日益增多。鈦在計算機上的使用主要是用做計算機外殼和硬盤盤片。因鈦具有質量輕、無金屬過敏性、可循環利用等諸多優良特性。

1鈦計算機外

不但提高了機殼的強度和抗震性能,IBM公司于2000年5月宣布其新型ThinkPad筆記本電腦外殼使用鈦基復合材料。ThinkPad電腦A系列(如A20p和T系列(如T20機殼均使用了鈦基復合材料。而且可使電腦更薄、更輕。

日本富士通公司率先采用純鈦(99.5%制造的小型A5尺寸、890克輕量筆記本電腦外殼。1999年該公司已在筆記本電腦(INTERTOPCX300外殼上使用鈦合金。

所以鈦作為外殼資料在實現薄壁化的同時又能保持強度,鈦比主要作為計算機外殼資料的金屬鎂的拉伸強度高出許多(鎂為44.4GPa鈦為106.3GPa鈦的導熱率(17W/m.K也只有鎂(159W/m.K十分之一。抑制來自硬件等的熱量擴散,防止底面的發熱。尤其是因鈦外表耐蝕性優良,外表的涂層處置等變得較為簡單。

2計算機硬盤盤片

前不久又出現了玻璃硬盤”因這種盤片具有更大的平滑性和更高的堅固性,硬盤盤片大多采用鋁合金制造。且在高轉速時也具有更高的穩定性。計算機硬盤盤片用鈦合金(主要是Ti-3A l-2.5V比通用的鋁合金和玻璃硬盤有更多的優越性,如強度高,可減少盤片厚度,提高存儲密度和轉速,外表光潔度高,可減少讀寫磁頭與磁盤的距離,提高存儲密度;鈦盤片還具有損壞容許極限高、外表硬度高等特點。

由美國Timet公司投資500萬美元建成了一個鈦盤片內部組織機構,目前。1998年已小規模地在微機驅動部件上進行新開發,硬盤用鈦會給Timet公司帶來很大益處。目前市場上使用較普遍的鈦硬盤的規格為:直徑95mm厚度0.635mm或0.8mm外表硬度14700MPa楊氏模量660GPa最高工作溫度700℃;平直度<10μm粗糙度Ra<0.8nm盤片采用的生產技術多為精密冷軋鈦或鈦合金,盤片外表可通過等離子氮化、等離子滲碳或等離子碳氮共滲進行硬化處置,盤片外表也可噴鍍一層氮化鈦或硼化鈦硬涂層。

發展迅速。1998年世界盤片產量約為4.5億張。分析家預測,計算機硬盤盤片的市場很大。硬盤生產量以每年10%-15%速度增長。據估計,隨著信息產業的高速發展和市場的激烈競爭,鈦用于計算機會有較好的市場。

4.軍事工業

軍事戰車和火炮是鈦主要的軍事應用,除軍用飛機外。其前景十分看好。軍用車輛急需減輕重量,當前軍隊中絕大多數軍車已達到其設計重量極限。而任何新技術應用于現有的車輛上,都要求除去相當的重量,并不能影響沖擊防護性能,因此鈦是最佳的選擇。鈦在地面軍用車輛中的應用有M1主戰坦克、M2戰車和Bradlei戰車等(見圖5試驗標明,Ti-6A 1-4V合金和新型TIMETA LTi-62S合金優于慣例的均質裝甲鋼(RHA 資料。鈦、鋁、和RHA 鋼的一些性能比較列于表2中。

可減輕25%-60%重量,鈦與常規的軋制均勻裝甲鋼材料相比具有高比強度、極好的射擊和多次射擊性能、可焊性和機加性以及極強的耐腐蝕性。提高裝甲車的戰斗能力和機動性,并減少壽命周期本錢。低利息多用途的TIMETA L62S合金與常規Ti-6A l-4V合金相比還可節省15%-20%費用,因此它美國軍隊裝甲應用的首選,比如用在Bradlei戰斗車指揮艙的艙口處。

鈦主要用于指揮艙蓋和頂部防護裝甲的改進,M2戰車上。指揮艙蓋每個重68千克,待改進M2戰車總計1000輛,1997年已對首批的580輛進行了改裝。

兩種155毫米輕型牽引榴彈炮使用了大量的鈦合金。XM777155mm超輕型便攜式榴彈炮的架尾和反沖擊氣缸是用鈦制成的美國RMI公司從2001年開始為英國宇航系統公司研制的XM777型155mm榴彈炮提供鈦材。榴彈炮從2003年開始交貨,火炮系統中。2010年將要制造821門,該項目將為RTI贏得1億美元的收入。

但因價格原因而不能廣泛用于國防領域,盡管鈦合金性能優良。隨著低利息鈦合金研究力度的加大,鈦還將用于M113裝甲運輸車的改造,若將50%M113進行改進,大約要用鈦80000噸。鈦在未來軍事領域的應用還將深入到海運裝備中,海軍艦船上每年大約需要更換9.7萬米熱交換器用的銅鎳合金管,如果改用鈦管,可延長使用壽命,節省大量維修費用。

5.體育用品

如高爾夫球棒和球頭、網球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球冰刀、自行車架、短跑運動鞋鞋釘等。鈦在體育用品中的應用也相當廣泛。

鈦的比重小,鈦高爾夫球桿明顯占優勢。強度大,可以把球頭做得更大,而不會增加球桿的總重量。廣泛的試驗中,高爾夫球手用鈦球頭比用標準加大的鋼球頭的擊中率平均可提高20%而且擊球距離有所提高。美國在高爾夫球等民用品方面的用鈦量增長很快,1996年美國高爾夫市場鈦的消耗達4500噸。

增強了球拍的打擊力,鈦制網球拍市場需求量近來呈上升勢頭。鈦網由于深埋球拍的框架內。受到玩家的好評。現在日本幾乎所有的網球拍生產廠家都在出售鈦制球拍,占到球拍市場約一半的份額。

日本眼鏡架的半數以上是鈦鏡架。如果鈦鏡架市場在不遠的將來擴大到中國、東南亞等地區,因鈦眼鏡架的輕量、高強度、高耐蝕性、又不發生金屬過敏等優點。那么目前的鈦鏡架需求將會成倍增加。

鈦自行車特別適合高檔次自行車運動的要求,現在自行車運動在全世界得到廣泛開展。因此鈦自行車的銷量也在逐步增大。

鈦在手表、首飾、滑雪用具、魚竿等體育休閑用品上的應用也不勝枚舉,除此之外。其用量相當可觀。

6.食品器械

鈦制食品設備具有高效率、短命命、低維修成本、低商品壽命本錢的優點,鈦在食品器械的應用中表示出高耐蝕性、輕重量、生物相容性、低粘附性、高清潔性與殺菌性。且安裝簡便,容易檢修。食品的保管與加工多采用加鹽法,此方面,鈦比其它金屬資料更加優異。且在食品加工工藝中,防止了來自資料的污染或通過腐蝕而進入到制品中的微生物污染,鈦的耐腐蝕性能可說是獨一無二的特別是粘附性之低可與特氟綸相比,加之鈦加工技術的可行性,實現了深層的衛生狀態,使凈洗作業變得簡單,且提高了效率。制品不受污染,味道純粹。因此,鈦在釀造、食品加工裝置資料的使用中成為安全、衛生的資料。

食品器械產業市場被不銹鋼所壟斷,目前。世界上每年有數百萬噸的不銹鋼在與食品相關的領域得以使用。為了拓展鈦在食品相關領域的應用,研究人員對于食品用鈦的耐蝕性和香、味的變化等功能試驗及數據的整理工作正在進行。事實上,食品工業對鈦并不熟知,因此應進行大規模的市場促銷活動,以增加鈦在食品行業中的用量。

新應用市場前景展望

航空工業的興衰對鈦工業仍起著決定性的作用。9.11恐怖事件對航空業的打擊加強了人們開拓新市場的認識,目前。使人們再次意識到開發航空業以外鈦市場的重要性,以解脫完全依賴于傳統工業的主動局面。

全世界汽車的鈦用量在1995年僅有100噸,最具鈦新應用潛力的市場是汽車行業。而2002年達到1100噸。汽車用鈦是一個非常龐大的市場。一旦鈦在汽車工業中得到廣泛的應用,那鈦材的用量將遠遠逾越目前航天航空工業中的用量。現在美國每年可生產1500-1600萬輛汽車,若每輛車上使用1千克的鈦部件,則美國每年的汽車用鈦量將達到1.5萬噸以上。汽車制造商批量使用鈦制零部件標志著世界鈦工業今后將逐步解脫航空業的束縛,向更廣闊的應用領域拓展,如阿爾法羅密歐汽車的鈦制零部件。

近海石油和天然氣生產用鈦量在2000年為500噸,另外。2006年增長到2300噸。軍用裝甲目前年用鈦量為400t2006年增至1300噸。鈦高爾夫球桿市場在經歷大幅調整后,目前仍是鈦民用領域的一大支柱,年銷售量為1200噸左右。

其總消費量在2001年約為6000噸,鈦在建筑、汽車、能源、軍用裝甲板等新領域市場已較前大幅度增加。2004年翻了一番,達到1.2萬噸。據預測,2013年,新應用領域用鈦將占全部用鈦量的20%那時鈦市場受制于航空業的局面將會改變。

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