一、鈦與潛艇

為什么要用這么昂貴的鈦材料生產(chǎn)潛艇？這些主要和鈦的性質(zhì)密切相關(guān)。鈦與其合金具有強(qiáng)度好，重量輕，耐腐蝕的性能，是潛艇的最好的選擇材料。鈦合金強(qiáng)度好，同樣的尺寸比鋼材有更好的耐壓強(qiáng)度，所以下潛深度大。鈦潛艇可以下潛到4500米以下，這是鋼制潛艇無法逾越的界限。一般鋼鐵潛艇下潛超過300米就容易被水壓壓壞。由于其重量輕，潛艇航行速度較快。由于其耐腐蝕性，用鈦制造的潛艇比鋼制潛艇經(jīng)久耐用。

鈦耐腐蝕性能特別強(qiáng)，不管是稀的硫酸、鹽酸、硝酸、燒堿還是稀王水，都不能耐它分毫，只有濃硫酸、濃鹽酸和氫氟酸才能突破的了它堅固的防線；鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；有好事者做過實(shí)驗(yàn)，將一塊純鈦沉入海底，過了五年拿起來看看，發(fā)現(xiàn)上面粘了很多海藻和浮游生物，擦干凈以后，鈦仍然是銀光閃閃，一點(diǎn)都沒有腐蝕。鋼鐵在海水中則會腐蝕變質(zhì)。鈦所具備的優(yōu)良的耐腐蝕性能讓潛艇在海水里長期浸泡十余年而光潔如新，極大增加了潛艇的壽命壽命。潛艇上的鈦除了使用在殼體上外，就是使用在潛艇的管道和冷凝器上，現(xiàn)在幾乎所有的潛艇和水面艦艇上的冷凝器都是用的鈦材做的，可以說在潛艇和艦艇的壽命內(nèi)，一般情況下不用更換鈦冷凝器，一來可以節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，二則不會因?yàn)槔淠鞴收系膯栴}降低出勤率。

20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)嘗試用鈦來建造潛艇，在阿爾法級和麥克級潛艇里都能看到鈦的身影。前蘇聯(lián)早在1960年代就生產(chǎn)出世界上第一艘全鈦潛艇。而鈦材在潛艇上的顛峰之作，屬于臺風(fēng)號核潛艇，每艘潛艇總用鈦量超過9000噸！

鈦沒有磁性，這點(diǎn)在軍事上特別重要。由于鈦不是鐵磁體物質(zhì)，不會被磁水雷發(fā)現(xiàn)，用鈦建造的核潛艇不必?fù)?dān)心磁性水雷的攻擊。而且用鈦建造的潛艇更容易隱形。想要發(fā)現(xiàn)潛艇有兩種主要方法，一種是聲吶法，另一種方式是利用磁異探測儀，因?yàn)榈厍虻?/span>地磁場的方向和強(qiáng)度是不變的，如果有大型的金屬物體潛伏于海面下并且有位移，那么這種探測儀可以感應(yīng)到所處區(qū)域磁場的變化，從而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。鈦合金和常用的鋼材料不同，Ti是沒有磁性的，用鈦合金制造的潛艇磁性特征很小，很難被磁異探測儀發(fā)現(xiàn)。

二、鈦與航空

鈦(Ti)是一種輕金屬，可是它卻非常堅固，密度小而強(qiáng)度大。和鋼相比，它的密度只相當(dāng)于鋼的57%，而強(qiáng)度和硬度與鋼相近，一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。另外,鈦及其合金的耐熱性很強(qiáng)，在500℃的大氣中仍能保持良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,短時間工作溫度甚至還可更高些。而鋁在150℃、不銹鋼在310℃就失去原有的機(jī)械性能。當(dāng)超音速飛機(jī)飛行時，它的機(jī)翼的溫度可以達(dá)到500℃。如用比較耐熱的鋁合金制造機(jī)翼，一到二三百度也會吃不消，必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金乙鈦恰好能夠滿足這些要求。所以，如果沒有鈦合金就很難發(fā)展目前的超音速飛機(jī)。

美國在二戰(zhàn)后立刻使用鈦來建造飛機(jī)，1950年美國首次在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。此后鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加，達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20％～25％。又如，60年代中期美國研制成功的YF-12A/SR-71偵察機(jī)，用鈦達(dá)95%，可以稱為“全鈦飛機(jī)”。

緊隨軍用，民用飛機(jī)也迅速跟上，用上了21世紀(jì)的金屬元素?！扳侊w機(jī)”可以減輕機(jī)體重量5噸，多載乘客100多名。上世紀(jì)70年代起，民用機(jī)開始大量使用鈦合金，如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上。據(jù)統(tǒng)計，每年三分之二的鈦都被用于民用飛機(jī)，僅僅波音777這一種機(jī)型每年就要用掉59噸鈦，空客380每年更要用掉77噸鈦。1958年研制的波音707用鈦81.6kg，占結(jié)構(gòu)重置的0.3%而1969年研制的波音747使用的鈦結(jié)構(gòu)件重達(dá)3700kg，占結(jié)構(gòu)重量的9%。而波音777使用的鈦結(jié)構(gòu)件重達(dá)5896.7kg，占結(jié)構(gòu)重量的11%。

三、鈦與航天

在以克為減重單位的航天領(lǐng)域，鈦合金的高比強(qiáng)度具有重要的應(yīng)用價值>，成為當(dāng)時航空領(lǐng)域的重要材料。實(shí)際上沒有一種航天火箭是不使用鈦及鈦合金的。鈦合金在航天火箭中所占質(zhì)量為5％～30％。

鈦合金有良好的耐熱性以及低溫韌性。鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學(xué)性能。鈦還能經(jīng)得住零下一百多度的考驗(yàn)，在這種低溫下，鈦仍舊有很好的韌性而不發(fā)脆。間隙元素極低的鈦合金，如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。在太空中神七飛船向陽面溫度為100攝氏度以上，背陽面低于零下100攝氏度。因此在惡劣環(huán)境下，鈦合金可以作為航天器的外衣。

1963年，美國海軍軍械研究所的比勒在研究工作中發(fā)現(xiàn)，在高于室溫較多的某溫度范圍內(nèi)，把一種鎳-鈦合金絲燒成彈簧，然后在冷水中把它拉直或鑄成正方形、三角形等形狀，再放在40 ℃以上的熱水中，該合金絲就恢復(fù)成原來的彈簧形狀。也就是說，這種合金具有一種所謂“形狀記憶”的能力。美國登月宇宙飛船上的自展天線，就是用鎳鈦型合金作成的。科學(xué)家先把這種合金做成所需的大半球形展開天線，然后冷卻到一定溫度下，使它變軟，再施加壓力，把它彎曲成一個小球，使之在飛船上只占很小的空間。登上月球后，利用陽光照射的溫度，使天線重新展開，恢復(fù)到大半球的形狀。鈦-鎳合金在一定環(huán)境溫度下具有單向、雙向和全方位的記憶效應(yīng)，被稱為最佳記憶合金。

鈦更被我們帶入太空，在探索木星的Juno探測器上，就用上了鈦。相信在未來的太空時代，鈦這種太空元素將會發(fā)揮更大的作用。

四、鈦的其它用途

鈦及其合金作為一種優(yōu)秀的耐蝕結(jié)構(gòu)材料，自上世紀(jì)60年代中期已在一般工業(yè)中應(yīng)用。過去，化學(xué)反應(yīng)器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強(qiáng)烈的腐蝕劑——熱硝酸，每隔半年，這種部件就要統(tǒng)統(tǒng)換掉?，F(xiàn)在，用鈦來制造這些部件，雖然成本比不銹鋼部件貴一些，但是它可以連續(xù)不斷地使用五年，計算起來成本反而合算得多。

鈦在外科醫(yī)療手術(shù)上的應(yīng)用，也非常引人入勝。目前，外科接骨是用不銹鋼，使用不銹鋼有一個缺點(diǎn)，就是接骨愈合之后，要把不銹鋼片再取出來，否則不銹鋼會因生銹而對人體產(chǎn)生危害。如果改用鈦制的“人造骨胳”將使骨科技術(shù)完全改觀。在頭損壞的地方，用鈦片與鈦螺絲釘，過了幾個月骨頭就會重新生長在鈦片的小孔與螺絲里，新的肌肉纖維就包在鈦的薄片上，鈦骨骼宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯(lián)，起到支撐和加固作用。所以,鈦被人們贊譽(yù)為“親生物金屬”。

鈦在高溫下化合能力極強(qiáng)的特點(diǎn)，也決定了鈦的用途。在煉鋼的時候，氮很容易溶解在鋼水里， 當(dāng)鋼錠冷卻的時候，鋼錠中就形成氣泡，影響鋼的質(zhì)量。所以煉鋼工人往鋼水里加進(jìn)金屬鈦，使它與氮化合，變成爐渣一—氮化鈦，浮在鋼水表面，這樣鋼錠就比較純凈了。

鈦-鐵合金具有吸氫特性，能把大量的氫安全的貯存，在一定環(huán)境中又把氫釋放出來。這在氫氣分離、氫氣凈化、氫氣貯存及運(yùn)輸、制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面應(yīng)用有前途。

鈦在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，可謂無處不在，例如高爾夫球頭、自行車車架、網(wǎng)球拍、輪椅、眼鏡架等都會應(yīng)用到鈦。鈦以其輕質(zhì)、強(qiáng)度高的特性在體育用品中的應(yīng)用，從最早的網(wǎng)球拍、羽毛球拍逐步擴(kuò)展到了高爾夫球頭、球桿以及賽車等。2008年我國體育休閑占總消費(fèi)量的13%，其中僅高爾夫球頭和球桿的用鈦量就超過了1000噸。鈦輕質(zhì)的特點(diǎn)也應(yīng)用到眼鏡架中，而且鈦又不易與皮膚發(fā)生過敏，并且鈦表面經(jīng)陽極處理可有絢麗色彩，因此從20世紀(jì)80年代初就開始應(yīng)用于鏡架中。

鈦合金是一種具有優(yōu)異性能的金屬材料，由于其高強(qiáng)度、低密度、良好的耐腐蝕性和高溫性能等特點(diǎn)，在航空航天、醫(yī)療、汽車、體育用品等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科技的不斷進(jìn)步，鈦合金的性能將不斷提高，加工技術(shù)將不斷改進(jìn)，應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷拓展。因此，鈦合金具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/span>

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