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鈦金屬在建材上的應用及特性

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-3-30 12:59:34

鈦金屬在建材上的應用以純鈦為主,因其具有良好的成型性,高的耐蝕性、美觀性、高檔性、概念性、時尚性,有比傳統的銅、鋁及不銹鋼更具有特色的優勢,更為可貴的是只有鈦作為建筑用材,能達到100年的品質保證。作為一種建筑材料,鈦材不但擁有自然光澤,而且經氧化能呈現不同色彩,加之其耐蝕性優越,勿需鍍一層防腐膜。由于鈦材的反射率較小,并呈現淡銀灰色,故其自然色澤令人滿意。鈦材經過退火和酸洗后,表面熠熠生輝。采取對金屬進行陽極氧化以及氧化前對表面自然光澤進行調整的方法來改變色調,以滿足顧客對顏色的要求。鈦的氧化膜是鈦金屬表面與空氣/水發生反應而形成的。和不銹鋼、Al的表面相比,鈦材突出的耐蝕性正是該層氧化膜。鈦板表面的不同顏色取決于氧化膜的不同厚度(<10 am,銀色; 12 am,金色; 20 D_m,棕色;35 nm,藍色)。通過調整氧化膜厚度以及鈦材表面光澤度,可以使建筑用鈦材的表面呈現多姿多彩的外觀。建筑用鈦材的表面結構多樣,從柔軟、粗糙到銀光閃閃的表面應有盡有。經過陽極氧化處理后,其色彩和光澤不會消退,氧化膜會增厚,這樣,因光的干涉——彩虹原理就產生了顏色。光線穿過這層氧化膜時,一部分被反射,一部分被折射,一部分被吸收。反射光線的相位不同,產生干涉,表面就呈現出不同顏色。為了保持鈦材在建筑上使用時顏色的穩定性,在實際生產中要考慮表面光澤控制技術,即退火和酸洗狀況的調節。可從光澤監測裝置反饋檢測結果來調節退火(溫度、時間)和酸洗(溫度、時間、酸配比)的狀況。綜合而言,鈦金屬之所以適用作建筑材料主要基于下列諸特性:

密度小,強度高:純鈦的比重是鋼的60%,在鋼架支撐鈦板的設計中,鈦材料具有減重的優勢,能滿足建材輕量化的要求。作為輕質材料,用作建筑材料,在結構上載荷小,容易吊裝。鈦的機械性能還使它具有耐久性、抗震性及抗彎曲性能好,遭到強烈振動(地震)以及暴風雨的沖擊也不易損壞。鈦是絕緣性能最好的金屬之一,其熱導率為10BTU/h-F,是Al的1/10,它能夠提高建筑物的節能效率。

低的熱膨脹系數:在所有建筑用金屬材料中,鈦的熱膨脹系數是不銹鋼的50%,是Al的30%,具有最低的熱膨脹系數。它與玻璃、混凝土、磚和石頭的差不多。這就允許設計時使用鈦材和玻璃作為主要建筑材料。一個典型的有縫屋頂需要周期性的橫向縫,鈦材則可按屋頂的長度軋制成一個連續的板,而不需要留縫來補償膨脹或收縮。另外,鈦材的熱應力也很低,是不銹鋼的一半,鋁材的三分之一。

輕量化與安全:純鈦的比重為4.5g/cm3,約為鋼的60%、銅的50%、鋁的1.7倍,但強度與鋼鐵相當,且因卓越的耐蝕性,無須考慮抗腐蝕而增加厚度,因此具有輕量化效應,且可減輕結構物重量,容易吊裝,使建筑物的重心降低,加上其彈性系數只有不銹鋼的一半,具有較好的柔韌性、抗震性,整體耐震能力提高,即使在遭受強烈的振動(地震)、暴風雨的沖擊也不損壞。

良好的耐蝕性:鈦材表面有一層厚度不超過100um的氧化膜,它在腐蝕環境中非常穩定。對空氣、海水及各種化學試劑具有優越的耐蝕性,是目前最能適應各種環境的原材料。鈦材能抵御城市污染、工業輻射和極端的侵蝕性大氣條件的腐蝕;不會因紫外線照射而風化褪色;耐酸雨腐蝕;能抵抗應力、點狀和縫隙腐蝕。

環保與節能:由于鈦具有相應的惰性和無毒性,不分解,不會因雨水沖蝕間接污染水源,鈦還可以被100%的回收而不會降低級別;鈦不會污染環境,符合建筑環保要求。鈦的熱傳導系數與不銹鋼相當,但只有一般鋼鐵的1/4、鋁合金的1/8、銅合金的1/20,具有維持建筑物溫度之效果,因此可稱得上是綠色環保材料。具有相應的惰性,可以被100%地回收,不分解,所以不污染環境。而當其它的金屬暴露在污染物中則會被侵蝕或腐蝕,泄漏出金屬離子,進入地下水,帶來環境問題。鈦材符合“綠色建筑產品規范”,它在所有的建筑用金屬中惰性最強,壽命最長。最近在阿姆斯特丹修建的lh-ti.com博物館就是使用鈦材進行包覆。

使用壽命長:當鈦材用于屋頂或外部墻的包覆時,其初始材料成本比其它金屬高。加工和安裝費用與其它金屬類似,鈦材的加工和安裝成本僅比不銹鋼高10%。而鈦材的耐腐蝕性使其不需要進行維修,可保證100年不會被腐蝕穿透。從總的壽命周期成本來看,比其它金屬具有優越性,在高腐蝕環境中,如海岸城市和工業區顯得更為突出。對建筑應用,美觀和耐蝕性都是現代建筑的建筑師和設計者們主要考慮的問題。工業純鈦材(1級和2級)產品在建筑中是應用最多的。雖然鈦材在西方建筑應用的歷史不太長,但在日本已有25年以上的應用歷史了,有上百的建筑物都使用了鈦材,使許多重污染地區、都市和濱海地區的腐蝕問題得到了解決。

壽命長,保持100年不變:當用于屋頂和外墻時,其初始材料成本比其它金屬高,加工和安裝費用與其它金屬類似,而鈦的耐蝕性使其不需要進行維修和不停的維護。從總的壽命周期成本來看,鈦明顯比其它金屬具有優越性。因此按長期成本運作來看,它比其它建筑用金屬材料具有更好的優越性,保持100年不變。表面質感佳并富有創意性: 鈦金屬經酸洗后具有閃亮的銀白光澤,通過其他表面加工也可得到各種不同的表面形態,如鏡面、噴砂、噴丸、壓紋、消光等,此外為達到美觀的裝飾效果,可經過蝕刻、陽極氧化、大晶粒等方法獲得各種圖案和色彩,若加上形狀造型設計,會使建筑物表面呈現五彩斑斕的色彩,會使整個建造物更加引人注目,更富創意。

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