一种材料的的自述

关于金属钛及其合金的自述电控学院12023114魏行引言：在当今科学技术中，金属钛和钛合金的应用已经越来越广泛，钛合金已经成为了一种必不可少的新型应用材料。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50〜60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件正文：钛是一种化学元素，化学符号Ti，原子序数22,是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力（包括海水、王水及氯气）。由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”钛于1791年由格雷戈尔于英国康沃尔郡发现，并由克拉普罗特用希腊神话的泰坦为其命名。钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰度在所有元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石，广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛，可用于制造白色颜料［6］。其他化合物还包括四氯化钛（TiCl4）（作催化剂及用于制造烟幕或空中文字）及三氯化钛（TiCl3）（用于催化聚丙烯的生产）。钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天（»M®»«、导弹及航天器）、军事、工业程序（化工与石油制品、海水淡化及造纸）、汽车、农产食品、医学（义肢、骨科移植及牙科器械与填充物）、运动用品、珠宝及手机等等。钛最有用的两个特性是，抗腐蚀性，及金属中最高的强度一重量比。在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相若，但却还要轻45%，有两种同素异形体和五种天然的同位素，由46Ti到50Ti，其中丰度最高的是48Ti（73.8%）。钛的化学性质及物理性质和锆相似，这是因为两者的价电子数目相同，并于元素周期表中同属一族。特性：一、物理性质：在金属元素中，钛的比强度很高。它是一种高强度但低质量的金属，而且具有相当好的延展性（尤其是在无氧的环境下）。钛的表面呈银白色金属光泽。它的熔点相对地高（超过1,649摄氏度），所以是良好的耐火金属材料。它具有顺磁性，其电导率及热导率皆甚低。

商业等级的钛（纯度为99.2%）具有约为434兆帕斯卡的极限抗拉强度，与低等级的钢合金相若，但比钢合金要轻45%。钛的密度比铝高60%，但强度是常见的6061-T6铝合金的两倍。钛可被用于各种用途。某些钛合金（例如6C）的抗拉强度达1,400帕斯卡。然而，当钛被加热至430摄氏度以上时，强度会减弱］。它具有相当的硬度，尽管比不上高等级的热处理钢。它不具磁性，同时是不良的导热及导电体。用机械处理时需要注意，因为如不采用锋利的器具及适当的冷却手法，钛会软化，并留有压痕。像钢结构体一样，钛结构体也有疲劳极限，因此在某些应用上可保证持久耐用。钛合金的比劲度一般不如铝合金及碳纤维等其他物料，所以较少应用于需要高刚度的结构上。钛是一种双型的同素异形体，在882摄氏度时，就会从六边形的。型转变成体心立方（品格）的6型。在到达临界温度前，a型的比热会随着升温而暴增，但到达后会下降，然后在6型下不论温度地保持基本恒定。跟锆和饴类似，钛还存在一种3态，在高压时热力学稳定，但也可能在常压下以介稳态存在。此态一般是六边形（理想）或三角形（扭曲），在软性纵波声频光子导致6型（111）原子平面倒塌时能被观测到。二、化学性质：钛的特性中，最为人称道的就是它优良的抗腐蚀能力，它的抗蚀性几乎跟铂一样好，钛不受稀硫酸、稀盐酸、氯气、氯溶液及大部份有机酸的腐蚀，但仍可被浓酸溶解。虽然以下的电位-pH图指出钛在热力学上是一种活性很高的金属，但是它与水及空气的反应是非常缓慢的。并吸收氢气。钛在曝露在高温空气中时，会生成一层钝氧化物保护膜，阻止氧化持续。在最初形成时，保护层只有一至二纳米厚，但会缓慢地持续增厚；四年间可达25纳米厚。但当钛被置于高温空气中时，便很容易与氧产生反应。但是它与水及空气的反应是非常缓慢的。并吸收氢气。这个反应在空气温度达1200摄氏度时便会发生，而在纯氧中最低只需610摄氏度，生成二氧化钛。因此不能在空气中熔掉钛，因为在到达熔点前钛会先燃烧起来，所以只能在惰性气体或真空中熔化钛。在550摄氏度时，钛会与氯气结合。钛亦会与其他卤素结合，钛也是少数会在纯氮气中燃烧的元素，达800摄氏度就会燃烧起来，生成一氮化钛，导致脆化。实验指出，天然钛在受到氘核轰击后会具有放射性，主要释放出正电子及硬性Y射线。钛的氧化物、钛合金及其应用：钛是钢的一种合金用元素（钛铁），钛会缩小钢的晶粒大小，同时作为脱氧剂的钛会减低钢的含氧量；在不锈钢中加钛会减低含碳量。钛常与其他金属制成合金，这些金属有铝（改良品粒大小）、钒、铜（硬化）、镁及钼等。钛的机械制品（片、板、管、线、锻件、铸件）在工业、航天、休闲及新兴市场上都有应用。钛粉在烟火制造上用于提供明亮的燃烧颗粒。1：颜料、添加剂及涂料：二氧化钛是最常用的钛化合物从地球表面被开采的钛矿石中，约95%都被送往提炼成二氧化钛（TiO2），一种超白的持久颜料，被用于制造涂料、纸张、牙膏及塑胶［51］。二氧化钛也被用于水泥、宝石、造纸用遮光剂及石墨复合鱼杆、高尔夫球杆的强化剂。粉末状的TiO2化学上具惰性，阳光下不褪色，而且很不透光：就是这些性质，使得它能够为制造家用塑胶的灰色或棕色化学品带来艳丽的纯白色。在自然中，二氧化钛这种化合物可在锐钛矿、板钛矿及金红石这几种矿物中找到。用二氧化钛制成的涂料能够耐高温，轻度阻止尘污积聚，及抵受海洋环境带来的影响。纯二氧化钛的折射率非常高，而且对光学色散能力比钻石还高。除了作为一种很重要的颜料之外，防晒油也要用到二氧化钛，因为它本身就能保护皮肤。最近，它还被用在空气净化器（过滤器涂层），及贴在建筑物窗上的薄膜，这种薄膜在接触到紫外线（太阳或人工）或空气中的水份时，会产生带高度活性的氧化还原物种，如羟基，能净化空气或保持窗面清洁。2：航天及航海：由于它的高抗拉强度一密度比、优良的抗腐蚀性、抗疲乏性、抗裂痕性及能够在没有蠕变的情况下抵受适度高温，钛合金被用于航空器、装甲敷板、海军舰只、航天器与导弹。在这些应用中，钛与铝、钒及其他元素所制成的合金，用于制造各种元件，包括关键的架构部件、防火墙、起落架、排气管（直升机）及液压系统。事实上，约三分二的钛金属生产量被用于制造航天器引擎及构架。SR-71“黑鸟”是最早在架构上广泛使用钛的机体，为现代军用及商用机体的钛应用铺好了路。据估计，生产波音777要用59吨钛，波音747要44吨，波音737要18吨，空中客车A340要32吨，空中客车A330要18吨，空中客车A320要12吨。空中客车A380可能要用146吨，其中引擎要26吨。在引擎应用上，钛被用于转子、压缩机叶片、液压系统元件及短舱。在航空应用的钛合金中，钛6AL-4V占几乎50%。由于不易被海水腐蚀，钛被用于制造螺桨轴、索具及用于海水淡化厂的换热器；还被用于咸水水族馆的冷热水器、钓鱼线及潜水用刀。钛被用于制造海洋监视部署的住房及其他元件，及用于以及科学用或军用的监察仪。前苏联研发出主要用钛制造潜艇的技术。总结:世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20〜30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等］。据相关统计数据，2012年我国化工行业用钛量达2.5万吨，比2011年有所减少。这是自2009年以来，我国化工用钛市场首次出现负增长。近些年来，化工行业一直是钛加工材最大的用户，其用量在钛材总用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高达55%。但随着经济陷入低迷期，化工行业不但新建项目明显减少，同时还将面临产业结构调整，部分产品新建产能受到控制，落后产能也将逐步淘汰的境地。受此影响，其对钛加工材用量的萎缩也变得顺理成章。在此之前，便有业内人士预测化工行业用钛量在2013~2015年间达到峰值。以当前市场表现看来，2012年整体经济的疲软有可能使得化工用钛的衰退期提前。参考文献：百度百科：http://baike.baidu.Com/view/64612.htm#1维基百科：HYPERLINK"/wiki/%E9%92%9B%23.E6.