随着航空航天，汽车轻质和生物医用材料的快速发展，钛合金材料的研究和应用已成为材料领域的研究热点之一。中国的钛储量居世界第一，探明储量约占世界总量的38.8％。随着科学技术的进步，中国形成了从钛矿到钛锭再到钛合金加工的产业链。目前，钛及其合金已被广泛使用，钛工业的年均增长率约为8％。上至航空航天、航天器，下至深海、油井，钛合金的应用越来越广泛。

钛和钛合金的工业应用

1.在航空航天领域的应用

钛合金具有低密度，比强度高等优良性能，是一种理想的航空结构材料。目前，钛合金在航空航天工业中的应用越来越受欢迎。

在20世纪50年代，只有少数非承重构件采用钛合金制成，例如后机身隔热板，空气管道和尾门。自20世纪60年代以来，中间机身已经分离。重要的轴承构件，如框架，横梁和襟翼也逐渐用钛合金替代钢。就目前的趋势而言，新飞机越先进，宽体飞机越多，钛的用量越大。年开始在美国服役使用的战略运输机C-5钛合金的密度为6％，随后的C-17增加到10.3％。年以后，美国第四代战斗机F22的钛含量高达39％至41％。

中国在钛合金的研究和应用方面也取得了很大进展。20世纪60年代投入生产的J-7飞机钛合金零件质量仅为9千克，20世纪80年代生产的歼-8II型钛合金零件的质量达到93千克。年，昆仑涡轮喷气发动机的设计和成型，钛的数量增加到15％。

此外，航空航天工业中的压力容器，燃料箱，紧固件，火箭外壳等也使用钛合金制造。

2.在船舶领域的应用

钛是一种化学活性元素，与氧气具有高亲和力。当置于空气中时，它与氧气反应，在表面形成致密的TiO2[i]保护膜，保护钛合金免受外部介质的影响。因此，钛合金具有良好的耐腐蚀性，在酸，碱和氧化介质中具有良好的化学稳定性，耐腐蚀性优于现有的不锈钢和大多数有色金属，甚至可与铂相媲美。纯钛的硬度约为HV[ii]，并不算高，但加入合金元素后硬度非常明显。例如，TA4[iii]的表面硬度大致为HRC30[iv]，超过了传统的不锈钢和普通碳钢材料，它可以超过HRC60；在低温和超低温条件下，钛仍保持其原有的性能，强度和硬度都保持在较高水平，因此钛合金非常适合船舶部件的生产。例如，主要由钛合金制成的潜艇可承受米的深度而不会受到损坏，而普通钢制潜艇的这一指数约为米。

自20世纪60年代以来，许多国家已开始研究钛合金在造船业中的应用，钛合金具有独特的物理性能（包括磁性），高比强度和抗冲击性，优异的耐腐蚀性能，已广泛应用于船舶，特别是美国和俄罗斯，对钛合金的研究显然领先于世界。例如，俄罗斯是世界上第一个开发和使用海洋钛合金的国家。目前，已建成海洋钛合金系列系统，开发了各种系列的强度级钛合金产品，并成功应用于船体，船舶发动机和发电厂。在船舶零件及相应设备上，钛及钛合金产品的生产工艺相对成熟。

3、在化学工业中的应用

钛具有良好的耐腐蚀性，是化学工业等腐蚀性介质中使用的重要结构材料之一。采用钛合金代替不锈钢、镍基合金等稀有金属，可有效降低运行成本，延长设备寿命，对提高产品质量，节约能源，降低消耗具有重要意义。

近年来，中国化学工业中的钛合金材料主要用于蒸馏塔，反应器，压力容器，热交换器，过滤器，测量仪器，汽轮机叶片，泵，阀门，管道，氯碱生产电极，合成塔衬里和其他耐酸设备衬里等。

（1）在氯碱工业中的应用

由于氯碱工业使用电解饱和氯化钠溶液制备氢氧化钠等，并进一步加工该系列化学产品，因此防腐要求非常高。目前，在氯碱工业中，使用钛合金材料制备的设备包括湿氯冷却器，阳极电解槽，脱氯塔加热管，真空脱氯泵等。例如，在通过盐电解生产苛性钠的过程中，产生大量温度为75-95℃的高温湿氯气，会严重污染环境。使用钛合金制成的湿氯气冷却器代替石墨冷却器，取得了良好的效果。

（2）钛合金材料也广泛用于纯碱工业

纯碱是最基本的化学原料之一。其生产工艺主要采用合成碱法，包括氨碱法和联合碱法。无论该过程如何，氨和二氧化碳主要用作气态介质，液体介质主要是具有较高氯离子浓度的溶液。过去，碳化塔管，冷却器，水晶外冷却器等大部分主要设备均采用碳钢和铸铁材料制成，其反应塔严重腐蚀，经常发生泄漏。但钛合金材料使用后，发生了很大的变化。例如，大连化学工业有限公司购买了宝鸡有色金属加工厂的TA2[v]管，代替氨冷凝器内的铁管。经过14年的运行，没有观察到腐蚀泄漏。

钛及钛合金在生活中的应用

1、钛是一种理想的医用金属材料，具有良好的生物相容性。早在20世纪80年代中期，美国开始开发钛合金材料，主要用于制造植入人体的医疗器械，假体或人造器官，以及用于辅助治疗装置的钛合金。

如具有高强度和低价格的钛合金瓷齿是目前我国常用的一种瓷牙。它外形美观，色泽稳定，可以很好地恢复牙齿的形状和功能，特别适合对镍离子敏感的人，可以避免牙龈出血和黑色牙龈现象的发生，此外它的耐腐蚀性也很强，不容易变黑。此种材料生物相容性优于非贵金属烤瓷牙，使用寿命可长达10年。

2、在眼镜行业的应用

钛金属日渐成为一种新型的眼镜架材料。由钛合金制成的眼镜架具有高硬度和良好的柔韧性，符合人体工程学，有着光滑的触感，没有其他金属框架的冷感。另外，钛可以与镍形成“记忆合金”，即记忆钛合金。眼镜架变形后，可以通过在特定温度下用水清洗来恢复。

钛合金框架的生产过程非常苛刻，不仅有加工步骤，而且需要专用的加工设备和特殊的焊接技术和电镀工艺，因此钛合金框架的价格高于其他金属，然而，随着人们生活水平的提高，对钛框架眼镜的需求也在增加。

3、在珠宝行业的应用

与金和铂等贵金属相比，钛作为一种新型的首饰材料，不仅具有绝对的价格优势，还具有其他优势。①轻，钛合金密度为黄金的27％，在制作耳环，项链等饰品方面具有较大的优势，可以设计出一些大而独特的特殊饰品。②钛具有良好的耐腐蚀性，钛表面形成的氧化膜非常完整和紧凑。部分损坏后，它会立即修复，不会影响其外观。③良好的生物相容性，长期接触后不会引起过敏，特别是对金属过敏者可以放心使用。④钛可以着色，可以通过改变氧化膜的厚度来改变颜色，而无需额外的元素。⑤钛具有高硬度，不易变形。与普通的金银首饰不同，需要在佩戴一段时间后重新塑造。

三、发展趋势和需要克服的问题

尽管钛和钛合金已经取得了显著的发展，但由于其加工性能差，钛精炼和加工成本相当高，从而限制了钛合金系统的开发和应用。

1、加工技术需要改进

由于钛在高温下具有高化学活性，并且容易被氧，氮和碳等元素污染，因此钛合金的加工和制造工艺非常高。通常，钛合金的可加工性仅为钢的20％至40％。此外，钛具有高度化学活性，易与气态杂质结合。当温度超过℃时，钛被氧化成脆化层，即所谓的“组织凝胶化层”;与氢气产生氢脆性，这加剧了工具的磨损。此外，钛合金可与工具材料的元素化学键合，导致严重的粘结磨损。

如何进一步开发钛合金的净化和合金化工艺，优化加工方法，进一步降低钛合金产品的制造成本，是推动钛合金广泛应用的关键。

2、研发高附加值高端产品

目前，钛合金加工企业也存在技术水平低，产能过剩的现象。因此，企业需要加大创新力度，生产高附加值的高端产品，提高企业竞争力。

年12月初，青海合成钛生产的20吨钛锭成为全国乃至亚洲最大的单钛锭。在此基础上，又成功生产出mm厚的超大锭，并可直线轧制。它是一块mm的胶带板，直接滚动宽度超过1.8m的宽板，从而颠覆了传统的轧制工艺，填补了国际技术的空白。该技术大大缩短了加工周期，减少了加工环节，提高了产量，降低了加工成本，扩大了产品的竞争优势。

3、行业标准

钛合金及其制品的制造工艺较高，对生产设备和加工设备的要求也很高，产品的质量控制也存在一定的困难。因此，钛材料的应用仍然缺乏标准化的行业标准。这意味着钛合金及其制品的质量控制不能满足统一的要求，致使产品质量不均匀，这对钛合金应用的扩展极为不利。

总而言之，钛合金的发展前景可以描述为“明亮和广泛”，随着钛冶炼技术和加工工艺的改进和完善，钛及钛合金产品品种将进一步扩大，质量控制水平将进一步提升，其应用领域也将扩大，特别是民用工业。只要人们有需求，就可以实现在珠宝，手机，电脑，拐杖等民用休闲产品的应用