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钛合金的展望与新应用

来源:钛合金,钛棒,钛板,钛丝,钛管,钛设备 发布时间:2012-10-19 10:21:39

相信随着钛合金新应用的不时开发与发展,总之。钛新用量的不时上升,未来钛的新应用市场的发展前景光明。

并对钛的新市场的发展前景进行了展望。从长远来看,钛在建筑、汽车、计算机等新兴市场中的应用。未来钛新应用市场前景光明。

1951年进入工业化生产以来,自从人类1790年发现钛元素。钛逐渐显示出它独特的优越性能。不只具有金属结构资料的优越性能,而且在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能。钛的应用可以获得明显的技术进步和经济效益。钛的蕴藏量是铜的十倍,继铁、铝之后的第三金属”被称为“空间金属”

资源又很丰富,由于钛所具有的一系列优良性能。钛的工业生产问世后,立即受到普遍高度重视。钛的应用首先是从军工和航空工业开始的早在1951年美国就将钛材用于飞机上,前苏联、英国的钛材也主要用在军事和航空领域。钛材最早用于航空,航空市场一直是钛最主要的市场,目前仍占世界钛市场总量的50%上世纪70年代后,钛的优良性能逐步在民用工业中得到普遍认识,冶金、化工、电力等民用工业上的应用逐年增加,用量也稳步增长。

钛的新应用

钛在建筑、汽车、计算机、装甲、油气开采、体育休闲用品等新应用领域不时呈现,近年来。并形成一定的规模。

1.建筑用钛

如在外部包覆、悬墙、屋顶包覆、蒸馏塔外层、顶盖,钛在许多建筑应用领域中是一种优异的可选择材料。内部包覆、灯具以及艺术雕塑品和纪念碑等。建筑用钛具有杰出的耐蚀性、高强度、轻重量和耐久性,比其它任何金属的使用寿命都长,且不需要怎么维修。因此从设计和开发来说,尤其是从寿命周期考虑,钛是最实用的

其中国家大剧院仅蒙皮资料估计就使用400吨钛材;阿布扎比机场预计在屋顶、结构资料上的钛材用量将达800吨。该机场的建设中,许多新的项目已列在规划之中。如巴黎航空站已计划在两个大的世界级建筑项目中使用钛。钛还被选择用作北京国家大剧院(见图1和阿布扎比国际机场建筑用椭圆形顶的资料。钛首次在结构建筑中获得应用。为满足工程需要,阿布扎比机场将使用航空级钛合金厚板做结构架,另外,机场外部还将用钛嵌板和玻璃包覆。

但在日本的应用已有多年了有百余个建筑物都使用了钛,钛在欧美建筑的应用中相对较新。使许多重污染地区、都市和滨海地区的腐蚀问题得到圆满的解决。

2.汽车应用

降低燃料消耗,汽车零部件使用钛可使汽车重量大大减轻。提高汽车工作效率,改善环境和降低噪音。据资料介绍,每降低10%车体重量就可以减少10%废气排放量及节省7%燃料消耗,因此汽车的轻量化将会起到节能,环保”双重功效。钛在汽车中的具体应用部位列于表1

使汽车减轻重量8.1千克,欧洲雪佛莱(Chevrolet汽车公司高性能的2001CorvettZ06型汽车上使用了钛回气管。并明显地提高了耐蚀性。2001CorvettZ06型汽车,预计将生产6500辆。

一个典型的美国造的可乘坐5-6人的家用车中,用钛制成的弹簧可比钢弹簧减轻60%-70%重量。通常使用4个钛卷弹簧,每辆车就可减轻10千克左右的重量。美国钛金属公司(Timet与德国大众汽车公司于2001年1月宣布,大众LupoFSI2001年型号车将使用钛悬簧,大众汽车公司预计生产了3500辆该型号车。这些是最近在汽车中大量使用钛的例子。

近来的这些突破已吸引了许多赛车、豪华小汽车、小型厢式载重车和卡车的生产商。随着经济的发展和汽车制造商提高燃料经济性的需求,使用钛制排气系统和悬挂弹簧可为设计者提供两种最大减轻重量的方法。会有更多的工程设计人员将选择钛用做汽车零件,钛最终将在汽车生产工业中占有重要的地位。

3.钛在计算机上的应用

因此钛在个人电脑、手机等领域中的应用日益增多。钛在计算机上的使用主要是用做计算机外壳和硬盘盘片。因钛具有质量轻、无金属过敏性、可循环利用等诸多优良特性。

1钛计算机外

不但提高了机壳的强度和抗震性能,IBM公司于2000年5月宣布其新型ThinkPad笔记本电脑外壳使用钛基复合材料。ThinkPad电脑A系列(如A20p和T系列(如T20机壳均使用了钛基复合材料。而且可使电脑更薄、更轻。

日本富士通公司率先采用纯钛(99.5%制造的小型A5尺寸、890克轻量笔记本电脑外壳。1999年该公司已在笔记本电脑(INTERTOPCX300外壳上使用钛合金。

所以钛作为外壳资料在实现薄壁化的同时又能保持强度,钛比主要作为计算机外壳资料的金属镁的拉伸强度高出许多(镁为44。4GPa钛为106。3GPa钛的导热率(17W/m。K也只有镁(159W/m。K十分之一。抑制来自硬件等的热量扩散,防止底面的发热。尤其是因钛外表耐蚀性优良,外表的涂层处置等变得较为简单。

2计算机硬盘盘片

前不久又出现了玻璃硬盘”因这种盘片具有更大的平滑性和更高的坚固性,硬盘盘片大多采用铝合金制造。且在高转速时也具有更高的稳定性。计算机硬盘盘片用钛合金(主要是Ti-3A l-2.5V比通用的铝合金和玻璃硬盘有更多的优越性,如强度高,可减少盘片厚度,提高存储密度和转速,外表光洁度高,可减少读写磁头与磁盘的距离,提高存储密度;钛盘片还具有损坏容许极限高、外表硬度高等特点。

由美国Timet公司投资500万美元建成了一个钛盘片内部组织机构,目前。1998年已小规模地在微机驱动部件上进行新开发,硬盘用钛会给Timet公司带来很大益处。目前市场上使用较普遍的钛硬盘的规格为:直径95mm厚度0.635mm或0.8mm外表硬度14700MPa杨氏模量660GPa最高工作温度700℃;平直度<10μm粗糙度Ra<0.8nm盘片采用的生产技术多为精密冷轧钛或钛合金,盘片外表可通过等离子氮化、等离子渗碳或等离子碳氮共渗进行硬化处置,盘片外表也可喷镀一层氮化钛或硼化钛硬涂层。

发展迅速。1998年世界盘片产量约为4。5亿张。分析家预测,计算机硬盘盘片的市场很大。硬盘生产量以每年10%-15%速度增长。据估计,随着信息产业的高速发展和市场的激烈竞争,钛用于计算机会有较好的市场。

4.军事工业

军事战车和火炮是钛主要的军事应用,除军用飞机外。其前景十分看好。军用车辆急需减轻重量,当前军队中绝大多数军车已达到其设计重量极限。而任何新技术应用于现有的车辆上,都要求除去相当的重量,并不能影响冲击防护性能,因此钛是最佳的选择。钛在地面军用车辆中的应用有M1主战坦克、M2战车和Bradlei战车等(见图5试验标明,Ti-6A 1-4V合金和新型TIMETA LTi-62S合金优于惯例的均质装甲钢(RHA 资料。钛、铝、和RHA 钢的一些性能比较列于表2中。

可减轻25%-60%重量,钛与常规的轧制均匀装甲钢材料相比具有高比强度、极好的射击和多次射击性能、可焊性和机加性以及极强的耐腐蚀性。提高装甲车的战斗能力和机动性,并减少寿命周期本钱。低利息多用途的TIMETA L62S合金与常规Ti-6A l-4V合金相比还可节省15%-20%费用,因此它美国军队装甲应用的首选,比如用在Bradlei战斗车指挥舱的舱口处。

钛主要用于指挥舱盖和顶部防护装甲的改进,M2战车上。指挥舱盖每个重68千克,待改进M2战车总计1000辆,1997年已对首批的580辆进行了改装。

两种155毫米轻型牵引榴弹炮使用了大量的钛合金。XM777155mm超轻型便携式榴弹炮的架尾和反冲击气缸是用钛制成的美国RMI公司从2001年开始为英国宇航系统公司研制的XM777型155mm榴弹炮提供钛材。榴弹炮从2003年开始交货,火炮系统中。2010年将要制造821门,该项目将为RTI赢得1亿美元的收入。

但因价格原因而不能广泛用于国防领域,尽管钛合金性能优良。随着低利息钛合金研究力度的加大,钛还将用于M113装甲运输车的改造,若将50%M113进行改进,大约要用钛80000吨。钛在未来军事领域的应用还将深入到海运装备中,海军舰船上每年大约需要更换9.7万米热交换器用的铜镍合金管,如果改用钛管,可延长使用寿命,节省大量维修费用。

5.体育用品

如高尔夫球棒和球头、网球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球冰刀、自行车架、短跑运动鞋鞋钉等。钛在体育用品中的应用也相当广泛。

钛的比重小,钛高尔夫球杆明显占优势。强度大,可以把球头做得更大,而不会增加球杆的总重量。广泛的试验中,高尔夫球手用钛球头比用标准加大的钢球头的击中率平均可提高20%而且击球距离有所提高。美国在高尔夫球等民用品方面的用钛量增长很快,1996年美国高尔夫市场钛的消耗达4500吨。

增强了球拍的打击力,钛制网球拍市场需求量近来呈上升势头。钛网由于深埋球拍的框架内。受到玩家的好评。现在日本几乎所有的网球拍生产厂家都在出售钛制球拍,占到球拍市场约一半的份额。

日本眼镜架的半数以上是钛镜架。如果钛镜架市场在不远的将来扩大到中国、东南亚等地区,因钛眼镜架的轻量、高强度、高耐蚀性、又不发生金属过敏等优点。那么目前的钛镜架需求将会成倍增加。

钛自行车特别适合高档次自行车运动的要求,现在自行车运动在全世界得到广泛开展。因此钛自行车的销量也在逐步增大。

钛在手表、首饰、滑雪用具、鱼竿等体育休闲用品上的应用也不胜枚举,除此之外。其用量相当可观。

6.食品器械

钛制食品设备具有高效率、短命命、低维修成本、低商品寿命本钱的优点,钛在食品器械的应用中表示出高耐蚀性、轻重量、生物相容性、低粘附性、高清洁性与杀菌性。且安装简便,容易检修。食品的保管与加工多采用加盐法,此方面,钛比其它金属资料更加优异。且在食品加工工艺中,防止了来自资料的污染或通过腐蚀而进入到制品中的微生物污染,钛的耐腐蚀性能可说是独一无二的特别是粘附性之低可与特氟纶相比,加之钛加工技术的可行性,实现了深层的卫生状态,使净洗作业变得简单,且提高了效率。制品不受污染,味道纯粹。因此,钛在酿造、食品加工装置资料的使用中成为安全、卫生的资料。

食品器械产业市场被不锈钢所垄断,目前。世界上每年有数百万吨的不锈钢在与食品相关的领域得以使用。为了拓展钛在食品相关领域的应用,研究人员对于食品用钛的耐蚀性和香、味的变化等功能试验及数据的整理工作正在进行。事实上,食品工业对钛并不熟知,因此应进行大规模的市场促销活动,以增加钛在食品行业中的用量。

新应用市场前景展望

航空工业的兴衰对钛工业仍起着决定性的作用。9.11恐怖事件对航空业的打击加强了人们开拓新市场的认识,目前。使人们再次意识到开发航空业以外钛市场的重要性,以解脱完全依赖于传统工业的主动局面。

全世界汽车的钛用量在1995年仅有100吨,最具钛新应用潜力的市场是汽车行业。而2002年达到1100吨。汽车用钛是一个非常庞大的市场。一旦钛在汽车工业中得到广泛的应用,那钛材的用量将远远逾越目前航天航空工业中的用量。现在美国每年可生产1500-1600万辆汽车,若每辆车上使用1千克的钛部件,则美国每年的汽车用钛量将达到1。5万吨以上。汽车制造商批量使用钛制零部件标志着世界钛工业今后将逐步解脱航空业的束缚,向更广阔的应用领域拓展,如阿尔法罗密欧汽车的钛制零部件。

近海石油和天然气生产用钛量在2000年为500吨,另外。2006年增长到2300吨。军用装甲目前年用钛量为400t2006年增至1300吨。钛高尔夫球杆市场在经历大幅调整后,目前仍是钛民用领域的一大支柱,年销售量为1200吨左右。

其总消费量在2001年约为6000吨,钛在建筑、汽车、能源、军用装甲板等新领域市场已较前大幅度增加。2004年翻了一番,达到1.2万吨。据预测,2013年,新应用领域用钛将占全部用钛量的20%那时钛市场受制于航空业的局面将会改变。

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