我國鈦及鈦合金材料的應(yīng)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(qiáng)度高 、耐高溫 、耐腐蝕等優(yōu) 良特性 ，目前廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個領(lǐng)域 ，在航空航天領(lǐng)域與石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用尤為突出。我國的鈦工業(yè)開始于上世紀(jì)六十年代 ，經(jīng)過 了五十 多年 的發(fā)展歷程 ，已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 了從國防領(lǐng)域走向各行各業(yè)的轉(zhuǎn)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(jìn)入新世紀(jì)以來，鈦及鈦合金的應(yīng)用范圍更廣，已成為新型功能材料與生物材料的重點(diǎn)。21世紀(jì)將是鈦的世紀(jì)，研究其應(yīng)用現(xiàn)狀具有重要實(shí)踐意義。

1、我國鈦及鈦合金工業(yè)特點(diǎn)

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(chǔ)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(jì)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(dá)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(yīng)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(xiàng)目種類多

我國鈦消耗量大，但開采冶煉技術(shù)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(xiàng)目逐漸增多，力求以新工藝、新技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)新型生產(chǎn)線，提高鈦礦產(chǎn)資源利用率。這些項(xiàng)目遍布全國各地，規(guī)模大、技術(shù)水平高，勢必會在各個生產(chǎn)領(lǐng)域 中引發(fā)新的鈦及其合金使用熱潮。

2、鈦及鈦合金應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)狀分析

2.1 化工領(lǐng)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(yīng)用于化工領(lǐng)域，并在諸多行業(yè)中做出貢獻(xiàn) 。

(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(dǎo)致產(chǎn) 出的氯氣質(zhì)量不合格現(xiàn)象，同時也會對環(huán)境造成嚴(yán)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(qiáng)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(jìn)的制鹽工藝，通過創(chuàng)設(shè)適宜海水揮發(fā) 的真空條件 ，加快結(jié) 晶速度 ，提高制鹽效率與質(zhì)量。然而，這一過程 中產(chǎn)生 的高溫濃鹽水會對碳鋼設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕 作用，導(dǎo)致設(shè)備極 易損壞、滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重 。直至上世紀(jì)八十年代，鄧關(guān)鹽廠 、內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽廠先后將鈦鋼 復(fù)合結(jié)構(gòu)用于加熱室與蒸發(fā)室。實(shí)踐表明，鈦鋼結(jié)構(gòu)可有效防止結(jié)鹽垢 ，提高制鹽 品質(zhì)，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(shí)踐，投入使用的鈦鋼結(jié)構(gòu)始終處于 良好的運(yùn)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(lǐng)域

在美國和俄羅斯等率先利用鈦及鈦合金的發(fā)達(dá)國家中，鈦及鈦合金主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楹娇蘸教旃こ?。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(guān)研究起步較 晚，技術(shù)尚未成熟 ，鈦及其合金在我國航天領(lǐng)域一直處于不慍不火 的發(fā)展?fàn)顟B(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(lǐng)域 的應(yīng)用愈來愈廣泛，種類也逐步增多，已經(jīng)成為飛機(jī)骨架、承重架 、導(dǎo)向裝置、火箭機(jī)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(diǎn)，用于不 同的部位，如 Ti5A12.5Sn 高強(qiáng)鈦合金常用于制作發(fā)動機(jī)外殼，而 Ti6A12Sn 強(qiáng)化鈦合金常用于緊固件與導(dǎo)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(lǐng)域 的應(yīng)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(shí)的鈦工業(yè)大 國，但縱觀整個行業(yè)，從生產(chǎn)到應(yīng)用，依舊存在些問題 。首先，表現(xiàn)在鈦產(chǎn) 品質(zhì)量缺 陷中，我國海綿鈦產(chǎn)量高 ，但高品質(zhì)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(lǐng)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(lǐng)域與航空航天領(lǐng)域鈦材應(yīng)用大多模仿 國外相關(guān)產(chǎn) 品，創(chuàng)新型產(chǎn) 品研發(fā)力度不夠 ，創(chuàng)新意識不 強(qiáng)，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(yuǎn)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(zhì)量是行業(yè)發(fā)展的第一要素，我國海綿鈦的質(zhì)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(shù)，將其應(yīng)用于海綿鈦生產(chǎn)過程中，可提高產(chǎn)品質(zhì)量，并有助于節(jié)能降耗 。鈦產(chǎn)品的質(zhì)量也需要提高，期待通過技術(shù)設(shè)備 的改善加大組織結(jié)構(gòu)均勻、無偏析的鈦產(chǎn) 品生產(chǎn)比例。目前，相關(guān)研究項(xiàng)目已經(jīng)逐步落實(shí) ，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(yīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用

數(shù)據(jù)，系統(tǒng)認(rèn)知每種鈦合金材料應(yīng)用于具體行業(yè)的技術(shù)指標(biāo)，以創(chuàng)新推動發(fā)展 ，以實(shí)踐帶動理論提升 ，進(jìn)一步擴(kuò)大我 國鈦工業(yè)生產(chǎn) 。

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(作者單位：青海聚能鈦業(yè)有限公司，青海 西寧 810000)