金屬材料「鈦」厲害

2021-02-15 化學100

金屬材料種類繁多,以鋼鐵應用最為廣泛。鋼鐵強度大,但容易生鏽;鋁合金重量輕,但不耐高溫;金屬銅導電性強,但密度大太重,也會生鏽。

當前最理想的多面手金屬材料業界公認是「鈦及鈦合金」。為什麼這樣說呢?首先從性質上來看,金屬鈦密度大約是鋼鐵一半,但強韌度如鋼鐵、且不生鏽、熔點高,符合應用領域的諸多條件。也被稱之為「二十一世紀金屬、太空金屬」等。

(國產大飛機C919上大量鈦金屬被應用)

要解決飛機飛的快,最主要難關就是機翼發熱問題的克服。飛機速度快了之後,機翼上的空氣受到壓縮,放出大量的熱,機翼溫度急劇升高,達到聲音三倍後,表面溫度可以達到500攝氏度。過去飛機機翼多用金屬鋁合金,雖然密度小,但是不耐熱,300攝氏度左右已經吃不消。而金屬鈦則徹底解決了這方面問題。

鈦的密度僅是鐵的1/2,卻像銅一樣經得起錘擊和拉延。在超低溫世界裡,鈦會變得更為堅硬,並有超導體的性能,而鋼鐵則變得脆弱無能。此外鈦還有很強的耐酸鹼腐蝕能力,在海水中浸4年不鏽蝕,用鈦合金為船隻製造外殼,海水無法腐蝕它。用鈦合金製成的「鈦潛艇」,可潛入4500米的深度,一般鋼鐵潛艇在超過300米就容易被水壓壓壞。鈦在地殼中約佔總重量的0.42%,是 銅、鎳、鉛、鋅的總量的16倍,可以說是儲量巨大。前段時間中國星空-2飛行器成功試射也著實令西方焦慮。

(國產高超音速飛彈)

鈦在高科技領域廣泛用途:製造火箭、飛彈宇宙飛船。起飛和降落、運行過程都能經受住「烈火」的考驗。據說我國多次成功試射的超高音速飛彈的外殼就大量使用了鈦合金。有的讀者會想,太空極低溫度會影響嗎?不會的,鈦在零下一百多度不發脆、不斷裂,又被稱為「未來之金屬」。

金屬鈦含量豐富,應用廣泛,可以大量冶煉。但是生產過程複雜,成本較高。主要存在的鈦鐵礦,每噸價格在2000元左右,冶煉後純鈦價格比銀子還貴啦,一般我們民用普通設備是不需要用金屬鈦的。

(巖石中的鈦鐵礦)

當然鈦也有不足,可以說是「糟脾氣」,與空氣中的氮氣、氧氣化合,尤其在生產過程中不能碰到空氣,否則話和後產物變得發脆,用途不大。當下理想選擇是在生產裝備中充入氬氣做保護氣進行冶煉!

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