我國鈦合金材料的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

我國地域廣袤、資源豐富，有色金屬探明儲備量大 ，多位居世界前列。鈦是一種重要的有色金屬 ，具有密度小 、強度高 、耐高溫 、耐腐蝕等優(yōu) 良特性 ，目前廣泛應用于生產(chǎn)生活中的各個領域 ，在航空航天領域與石油化工領域的應用尤為突出。我國的鈦工業(yè)開始于上世紀六十年代 ，經(jīng)過 了五十 多年 的發(fā)展歷程 ，已經(jīng)實現(xiàn) 了從國防領域走向各行各業(yè)的轉變，建立 了完整的工業(yè)體系，具備較高水平 的生產(chǎn)能力。進入新世紀以來，鈦及鈦合金的應用范圍更廣，已成為新型功能材料與生物材料的重點。21世紀將是鈦的世紀，研究其應用現(xiàn)狀具有重要實踐意義。

1、我國鈦及鈦合金工業(yè)特點

1.1 產(chǎn)量大、用量多

我 國鈦資源儲量十分豐富，居世界首位，約占世界鈦資源探明總量的 56％。鈦資源分布范圍也比較廣泛 ，全國有20個省市及自治區(qū)探 明存在鈦礦產(chǎn)資源在如此豐富的資源基礎上 ，我 國鈦行業(yè)的產(chǎn)量也是十分可觀的，海綿鈦產(chǎn)量位居世界首位，約占世界總產(chǎn)量的28％，鈦加工材產(chǎn)量居世界第二位 。同時，我 國鈦及鈦合金消耗總量也是巨大的，經(jīng)過短短幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為僅次于美國的世界第二大鈦及其合金消耗國。

1.2 廠家多、產(chǎn)業(yè)鏈健全

自 1958 年第一個海綿鈦生產(chǎn)廠建立 以來 ，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展 ，需求量的逐步增加 ，我國鈦行業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)廠家超過 300 ，但 其中骨干企業(yè)少 ，能達到世界級生產(chǎn)水平的更少 。與行業(yè)繁榮相符的，我國鈦行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈比較完善 ，涵蓋了原料采集 、篩選、冶煉、加工、應用、研究等多個環(huán)節(jié)，是繼美國、俄羅斯 、日本后的第四大鈦工業(yè)國，具有完備的工業(yè)體系與較高的生產(chǎn)能力水平。

1.3 新項目種類多

我國鈦消耗量大，但開采冶煉技術還不夠成熟，鈦資源一度處于緊缺狀態(tài) 。近些年，鈦及鈦合金項目逐漸增多，力求以新工藝、新技術為基礎開發(fā)新型生產(chǎn)線，提高鈦礦產(chǎn)資源利用率。這些項目遍布全國各地，規(guī)模大、技術水平高，勢必會在各個生產(chǎn)領域 中引發(fā)新的鈦及其合金使用熱潮。

2、鈦及鈦合金應用領域現(xiàn)狀分析

2.1 化工領域

鈦及鈦合金擁有耐腐蝕 、耐高溫的優(yōu) 良特性 ，很早便被應用于化工領域，并在諸多行業(yè)中做出貢獻 。

(1) 制堿行業(yè)

目前，工業(yè)上普遍使用電解飽和氯化鈉溶液 的方式獲得氫氧化鈉和氯氣，以它為原料經(jīng)過各種不 同的工藝合成多樣化的化工產(chǎn)品。而在之前的氯堿工業(yè)生產(chǎn)過程 中，由于冷卻工藝不合理經(jīng)常會導致產(chǎn) 出的氯氣質量不合格現(xiàn)象，同時也會對環(huán)境造成嚴重污染。

而鈦制冷器的出現(xiàn)很好地解決了這一 問題 ，鈦及其合金 即使在高溫潮濕氯氣環(huán)境中也具有極強的抗腐蝕特性，在 80 ℃的氯水中腐蝕速率僅為 0.0043lmm/a ，極大了改變了氯堿工業(yè)的生產(chǎn)面貌，部分氯堿廠投入使用的鈦合金制冷器使用超 過二十年，依 舊完好無損。

(2) 制鹽工業(yè)

真空制鹽是一種較為先進的制鹽工藝，通過創(chuàng)設適宜海水揮發(fā) 的真空條件 ，加快結 晶速度 ，提高制鹽效率與質量。然而，這一過程 中產(chǎn)生 的高溫濃鹽水會對碳鋼設備造成嚴重的腐蝕 作用，導致設備極 易損壞、滴漏現(xiàn)象嚴重 。直至上世紀八十年代，鄧關鹽廠 、內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽廠先后將鈦鋼 復合結構用于加熱室與蒸發(fā)室。實踐表明，鈦鋼結構可有效防止結鹽垢 ，提高制鹽 品質，同時減輕蒸發(fā)過程中高濃度鹽水對管壁的腐蝕作用 ，延長檢修周期。而經(jīng)過多年實踐，投入使用的鈦鋼結構始終處于 良好的運行狀態(tài) ，成為真空制鹽法順利推廣的基石 。

2.2 航空航天領域

在美國和俄羅斯等率先利用鈦及鈦合金 的發(fā)達國家中，鈦及鈦合金主要應用領域為航空航天工程 。但航空航天工業(yè)對部件精度要求高，而鈦本身是一種變形系數(shù)小、背向力大 的難切削材料 ，加之我國相關研究起步較 晚，技術尚未成熟 ，鈦及其合金在我國航天領域一直處于不慍不火 的發(fā)展狀態(tài)。直至近些年，隨著 國家的重視程度提高與綜合科研能力的提升，鈦及其合金在航空航天領域 的應用愈來愈廣泛，種類也逐步增多，已經(jīng)成為飛機骨架、承重架 、導向裝置、火箭機盤等重要部位的主要材料。每一種型號的鈦合金都有其特點，用于不 同的部位，如 Ti5A12.5Sn 高強鈦合金常用于制作發(fā)動機外殼，而 Ti6A12Sn 強化鈦合金常用于緊固件與導向裝置制作等，伴隨科技的不斷革新，鈦及鈦合金在我國航空航天領域 的應用將愈加廣泛。

3、鈦工業(yè)目前存在的問題及發(fā)展趨勢

3.1 我國鈦工業(yè)目前存在的問題

盡管我國已經(jīng)成為名副其實的鈦工業(yè)大 國，但縱觀整個行業(yè)，從生產(chǎn)到應用，依舊存在些問題 。首先，表現(xiàn)在鈦產(chǎn) 品質量缺 陷中，我國海綿鈦產(chǎn)量高 ，但高品質的產(chǎn)品數(shù)量少 ，0 級鈦生產(chǎn) 比率較低 ，特殊性能的鈦產(chǎn)品種類少 ；其次 ，我國尚且不能批量穩(wěn)定生產(chǎn)鈦帶和鈦擠壓型材 ，限制 了鈦及其合金在航空航天、海洋等領域的開發(fā)利用。我國鈦產(chǎn)品總體種類較多，但缺乏對新材料的系統(tǒng)研究，目前，我 國休閑娛樂領域與航空航天領域鈦材應用大多模仿 國外相關產(chǎn) 品，創(chuàng)新型產(chǎn) 品研發(fā)力度不夠 ，創(chuàng)新意識不 強，出口產(chǎn) 品類型比較單一。此外，我國鈦企業(yè)仍處于發(fā)展階段，世界級企業(yè)少 ，從長遠角度來看，是不利于鈦產(chǎn)業(yè) 系統(tǒng)化、集成化發(fā)展的。

3.2 我國鈦工業(yè)的發(fā)展趨勢

質量是行業(yè)發(fā)展的第一要素，我國海綿鈦的質量還有待提升，目前 ，部分冶金企業(yè)在國家支持下，已經(jīng)開發(fā) 出不少新型技術，將其應用于海綿鈦生產(chǎn)過程中，可提高產(chǎn)品質量，并有助于節(jié)能降耗 。鈦產(chǎn)品的質量也需要提高，期待通過技術設備 的改善加大組織結構均勻、無偏析的鈦產(chǎn) 品生產(chǎn)比例。目前，相關研究項目已經(jīng)逐步落實 ，并取得了一些研究成果。此外，針對于我國鈦產(chǎn)品創(chuàng)新力度不足的問題，應加大資金投入力度 ，鼓勵企業(yè)自主研發(fā) ，同時建立鈦材料表征評價中心，積累鈦材尤其是鈦合金材料 的實驗數(shù)據(jù)與應用

數(shù)據(jù)，系統(tǒng)認知每種鈦合金材料應用于具體行業(yè)的技術指標，以創(chuàng)新推動發(fā)展 ，以實踐帶動理論提升 ，進一步擴大我 國鈦工業(yè)生產(chǎn) 。

參考文獻：

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(作者單位：青海聚能鈦業(yè)有限公司，青海 西寧 810000)

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