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作者: 正反紅(深圳)溫控技術(shù)有限公司發(fā)表時(shí)間:2017-12-08 11:12:06瀏覽量:3941【小中大】
在說(shuō)鈦合金之前,我們先來(lái)看看有色金屬。
平常我們所說(shuō)的有色金屬是指鐵、鉻、錳三種金屬以外的所有金屬。廣義的有色金屬包括有色合金。
有色合金是以一種有色金屬為基體(通常大于50%),加入一種或幾種其他元素而構(gòu)成的合金。
有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高,電阻比純金屬大、電阻溫度系數(shù)小,具有良好的綜合機(jī)械性能。常用的有色合金有鋁合金、銅合金、鎂合金、鎳合金、錫合金、鉭合金、鈦合金、鋅合金、鉬合金、鋯合金等。
現(xiàn)在,我們就來(lái)聊聊有色合金金屬里一種"有生命的合金"--鈦合金。
之所以聊鈦合金,是因?yàn)殁伜辖鹨云鋬?yōu)異的特性,已被廣泛運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域。
從20世紀(jì)運(yùn)用在各金屬機(jī)械的結(jié)構(gòu)件到21世紀(jì)逐漸運(yùn)用在人體內(nèi),到現(xiàn)在變成可食用金屬合金容器,鈦合金的眾多優(yōu)異特性在不斷被發(fā)掘。
我國(guó)“十三五”戰(zhàn)略提出對(duì)鈦合金等高新材料要大力發(fā)展。
目前,世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種,最著名的合金有20~30種,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。
但目前,國(guó)人對(duì)它的認(rèn)知度尚淺,這對(duì)鈦合金的發(fā)展有一定的阻礙作用。
所以,今天就來(lái)為大家介紹鈦合金,提高大家對(duì)這一有色合金的認(rèn)知,讓鈦合金更深入地走進(jìn)人們的日常生活:
一、鈦合金原理
鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其它元素組成的合金,鈦有兩種同質(zhì)異晶體:鈦是同素異構(gòu)體,熔點(diǎn)為1720℃,在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu),稱為α鈦;在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu),稱為β鈦。
利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn),添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?,使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。
例如,當(dāng)我們添加“鎳”金屬元素時(shí),它就變成“鎳鈦形狀記憶合金”。
其在不同的相變溫度下,呈現(xiàn)不同的形狀。
但當(dāng)其在受到有限度的塑性變形后,利用不同的方式,可都使其恢復(fù)到原來(lái)的形狀。
由它制成的溫控彈簧,利用鎳鈦形狀記憶合金的形狀記憶功能,已被運(yùn)用在熱水器、溫控閥門、消防報(bào)警裝置及電器設(shè)備的保安裝置等。
二、鈦合金發(fā)展歷程及用途
鈦合金具有強(qiáng)度高而密度小,機(jī)械性能好,韌性和抗蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。
1948年,鈦的工業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)始。航空工業(yè)發(fā)展的需要,使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長(zhǎng)速度發(fā)展。
鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件,其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。
60年代中期,鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用,用于制作電解工業(yè)的電極,發(fā)電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。
中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究;60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。
鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料,比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間,但比鋁、鋼強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。
1950年美國(guó)首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。
60年代開(kāi)始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加,達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%~25%。
70年代,鈦合金主要用于制造壓氣機(jī)部件,如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、鑄鈦壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度,耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。
人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī) 也都使用鈦合金板材焊接件。
鈦無(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性,是非常理想的醫(yī)用金屬材料,可用作植入人體的植入物等。
80年代,美國(guó)開(kāi)始研制無(wú)鋁、無(wú)釩、具有生物相容性的鈦合金,將其用于矯形術(shù)。隨后,日本、英國(guó)也進(jìn)行研究,并取得一些進(jìn)展。
到了21世紀(jì),鈦合金已被廣泛運(yùn)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,諸如制人造髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨及人體血管中等。
2017年,中國(guó)首創(chuàng)了直徑僅為0.06mm的鈦合金金屬絲--肺癌定位絲,可將其植入到肺癌患者肺部,對(duì)肺癌細(xì)胞精準(zhǔn)定位,可長(zhǎng)期不取。
鈦合金除在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用,現(xiàn)在還被制作為食品容器,日益生活化。
未來(lái),相信隨著醫(yī)療水平、科研水平的不斷提高,鈦合金的用途將被廣泛挖掘,也將會(huì)越來(lái)越多的被運(yùn)用到人類生活中。
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