钛在新兴领域的应用发展迅速

屈联西

　钛合金以其独特的特性在航空、航天、医药等各个领域都受到青睐，钛合金从不被人认知到摘下神秘的面纱已经渐渐被人熟悉。最近几年，随着钛提取、熔炼、加工、成型、表面处理、焊接和机械加工等技术的不断发展及新的低成本合金的开发，钛的新兴应用市场得以快速发展。
汽车用钛新应用
汽车中使用钛可使汽车重量大大减轻，降低燃料消耗，提高汽车工作效率，改善环境和降低噪音。据资料介绍，每降低10%的车体重量就可以减少10%废气排放量及节省7%的燃料消耗，因此汽车的轻量化将会起到“节能，环保”的双重功效。
随着现代交通工具的发展，世界汽车产量与日俱增。与此同时，美国、日本等国家先后颁布了一系列生态法规，对燃油利用率、CO2排放、汽车减重、汽车安全性、可靠性等提出了更高要求。许多发达国家知名汽车制造商都积极研究开发汽车工业用钛。
钛在新型汽车上的应用主要在发动机元件和底盘部件。在发动机系统，钛可制作阀门、阀簧、阀簧承座和连杆。钛连杆对减轻发动机重量最有效，能极大地提高燃油利用率，减少排气量。与钢制连杆相比，重量减轻15%~20%。与钢制气门座相比，能减重10~12g。用钛制造的弹簧，在弹性功相同时高度仅为钢弹簧的40%，重量可减轻60%~70%。如大众汽车公司在Lupo FSI普通轿车上配备了由美国Timet公司发明的钛合金弹簧，可使汽车减重82kg。钛在排气系统用量较大，用钛及钛合金制作的排气系统不但可以大大延长使用寿命，提高可靠性，外形美观，同时提高燃料效率。钛消音器比不锈钢制造的轻很多。日本本田等四家公司采用了钛制消音器用于大型汽车和中型汽车上，汽车速度更快、操作灵活且节约燃料。
医学领域钛应用
钛的比强度大，与人体相容性好，是医学植入的理想材料。
钛具有密度低，为4.5克/立方厘米，是钢的50%左右，强度高，比强度大，钛及钛合金的屈服强度为207~1379MPa，而自然骨为83~117MPa，故能够满足性能要求。无磁；导热系数小，仅为钢的1/5，铝的1/3，铜的1/2；线膨胀系数小，为碳钢的1/5，为不锈钢的一半。
骨的低弹性模量约为16.5×103MPa，而钛为102.7~113.3×103MPa。钛的弹性模量低，对于人体接受植入件非常重要，同时减少了结合界面上的附加应力，延长了使用寿命。而且抗阻尼性低；耐热性好，在500℃左右仍能保持良好的机械性能；耐腐蚀性能好。
目前，钛及钛合金已广泛用于人工骨关节、人工骨、接头脚板、断骨固定器、骨髓内钉、人工心脏瓣膜、头盖骨等。据统计，中国每年对钛合金人工关节的需求量超过5000套，临床应用效果良好。
外科用移植材料规定使用的钛材以纯钛和Ti-6Al-4VELI合金为主。最近，与人体亲合性良好的移植材料Ti-6Al-7Nb及Ti-13Nb1-13Zr也取得了ASTM标准认可。
休闲领域钛应用
电脑：钛比传统的计算机外壳材料金属镁的拉伸强度高出许多，导热率仅为镁的1/10。用钛作计算机外壳，在保证强度水平的情况下，壁可以较薄，且可以防止硬件热量扩散造成的底面发热。
手机：钛用于手机主要是用作外壳、紧固件。用钛做外壳的手机外观漂亮、手感好。苹果公司即将发布的新一代iphone手机每台使用多达30个紧固件，替换之前使用的不锈钢或铝合金材料。
眼镜架：用来制作眼镜架的材料需要重量轻，韧性好，这样在稍微用力拉或压时，在镜片中心不会出现变位变形，否则，戴眼镜者会有不适感。
钛眼镜架质轻、强度高、耐蚀性好，又不发生皮肤过敏。随着人们生活水平的提高及制作水平的提高，钛眼镜架的需求将会成倍增加。
此外，近年钛手表、首饰、宝剑、笔筒、钛版画、鱼杆等用钛量也比较可观。
钛的新应用市场前景展望
目前最具新钛应用潜力是汽车行业，汽车用钛是一个非常庞大的市场。一旦钛在汽车工业中得到广泛的应用，那钛材的用量将远远超过目前航天航空工业中的用量。现在美国每年可生产1500万～1600万辆汽车，若每辆车上使用1kg的钛部件，则美国每年的汽车用钛量将达到15000t以上。汽车制造商批量使用钛制零部件标志着世界钛工业今后将逐步摆脱航空业的束缚，向更广阔的应用领域拓展。
钛在建筑、汽车、能源、兵器用装甲板等新领域市场已较前大幅度增加，其总消费量已达到12000t。
钛作为一种新的实用金属材料在20世纪50年代才进入工业生产。世界钛工业的发展与航空工业息息相关，航空业的周期性波动对钛工业的影响极大。近年来，随着钛的提取、熔炼、加工、成型、焊接及机械加工等技术的不断发展以及新的低成本钛合金的开发，钛的新兴应用市场发展很快，更多的人们开始了解钛、使用钛，享受钛产品带来的高品质生活。钛从传统的航空应用到非航空领域不断发展，给钛工业带来新的生机和希望。