為什么聽到鈦合金都覺得很牛,到底是一種什么樣的材料?
我們(men)在一些(xie)電視節目或者(zhe)網(wang)絡上,經常能看到介紹(shao)建造(zao)航母(mu)有(you)多么的(de)燒錢(qian),這是因為航母(mu)的(de)建造(zao)需要(yao)涉及到很多技術(shu)領(ling)域和(he)(he)相關的(de)材(cai)(cai)料,所以說建造(zao)航母(mu)光(guang)有(you)錢(qian)還不夠,還需要(yao)有(you)強大的(de)工業基礎和(he)(he)材(cai)(cai)料研發能力。
曾經有報道說航母甲板上一顆鉚(liu)釘就能(neng)換(huan)一輛轎車,可(ke)見有多(duo)燒(shao)錢(qian),這(zhe)種(zhong)鉚(liu)釘也(ye)不(bu)是普通的(de)鉚(liu)釘,它(ta)是用鈦(tai)合金材料(liao)制成的(de)鉚(liu)釘,這(zhe)種(zhong)昂貴的(de)鈦(tai)合金鉚(liu)釘并不(bu)是滿(man)甲板都是,也(ye)只有在起落戰斗機的(de)地(di)方才有。
因為戰(zhan)斗機(ji)在(zai)起飛(fei)時會噴出超(chao)過1000攝氏度的(de)高(gao)溫(wen),這就(jiu)需要對甲(jia)板有耐(nai)高(gao)溫(wen)的(de)要求(qiu),而對耐(nai)高(gao)溫(wen)材料的(de)焊(han)接技術又不(bu)成熟,所以甲(jia)板之間的(de)拼裝就(jiu)需要靠鈦合金鉚釘來完成。
鈦(tai)合金是(shi)以鈦(tai)為基(ji)礎加入(ru)了(le)其它元素組成的合金,鈦(tai)合金材料具有質量輕,強度大,彈性小,耐(nai)高溫(wen)和耐(nai)腐蝕等(deng)特(te)點,主(zhu)要用于航空發動機,火箭,導彈的部(bu)件,(普通(tong)工業也會用到鈦(tai),鈦(tai)的等(deng)級(ji)也有很多,不同行業根據要求會選擇(ze)合適等(deng)級(ji)的鈦(tai)。)
鈦合金(jin)是(shi)比較年(nian)輕的(de)(de)一種(zhong)金(jin)屬,從被研發(fa)出(chu)來到(dao)現在(zai)也就(jiu)六,七(qi)十年(nian)的(de)(de)歷史(shi),進入20世紀(ji)后(hou)傳統(tong)的(de)(de)鋼鐵和鋁已經不能(neng)滿足航(hang)天航(hang)空(kong),航(hang)海等領域(yu)的(de)(de)需(xu)求(qiu),在(zai)1954年(nian)由(you)美國(guo)公司(si)研發(fa)出(chu)了鈦合金(jin)材料(liao)。
每當說起(qi)一(yi)個產品的(de)(de)材(cai)料(liao)采用了鈦(tai)合(he)(he)金(jin)時(shi),就會(hui)吸(xi)引很(hen)多人的(de)(de)眼球(qiu),因為鈦(tai)合(he)(he)金(jin)這種材(cai)料(liao)特別的(de)(de)貴,在很(hen)多人眼中鈦(tai)合(he)(he)金(jin)都是(shi)高檔金(jin)屬材(cai)料(liao)的(de)(de)代名詞,這么(me)金(jin)貴的(de)(de)材(cai)料(liao)一(yi)般都是(shi)用在航空發動機上(shang),它還是(shi)一(yi)些尖端武器裝備(bei)的(de)(de)最理想材(cai)料(liao)。
但(dan)事(shi)實上(shang),組成鈦(tai)(tai)(tai)合金這種(zhong)材料的(de)(de)主要(yao)金屬鈦(tai)(tai)(tai)并(bing)不稀有(you),在地(di)球(qiu)上(shang)鈦(tai)(tai)(tai)元素的(de)(de)含量(liang)占到地(di)殼總質量(liang)的(de)(de)0.45%,僅次(ci)于鐵,鋁,鎂等(deng)金屬元素,目前已知的(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)礦物種(zhong)類就(jiu)超過了(le)140多(duo)種(zhong),儲量(liang)也是(shi)很(hen)豐(feng)富的(de)(de)。
在(zai)自(zi)然(ran)界中鈦(tai)存在(zai)于鈦(tai)鐵(tie)礦和(he)金(jin)紅(hong)石等(deng)礦物中,純鈦(tai)呈銀灰色,同時它也(ye)是一種輕質金(jin)屬(shu),鈦(tai)的密(mi)度只有(you)4.54克每立方(fang)厘米,熔點在(zai)1668攝氏度,具有(you)可塑性。
而(er)真正讓鈦備受(shou)追捧的(de)(de)(de)還是(shi)它本身具有的(de)(de)(de)特性(xing),作為一種輕(qing)質金屬,在(zai)所有元素中,鈦的(de)(de)(de)重量(liang)與(yu)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)(de)比例最高,重量(liang)比鋼輕(qing)44%,但機械強(qiang)(qiang)度(du)卻與(yu)鋼差不多,比鋁強(qiang)(qiang)3倍,鈦擁有極強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)抗腐蝕(shi)能力,與(yu)鋁相似的(de)(de)(de)是(shi)鈦在(zai)常溫下表(biao)面也會(hui)覆蓋一層(ceng)致密的(de)(de)(de)氧化(hua)膜。
其(qi)無(wu)毒(du),無(wu)磁的(de)特點也很適(shi)合(he)于(yu)工業生產,液態(tai)鈦(tai)幾乎可(ke)以(yi)(yi)與(yu)所(suo)有(you)(you)金(jin)屬相(xiang)溶,因此可(ke)以(yi)(yi)與(yu)多種金(jin)屬形(xing)成合(he)金(jin),通(tong)過加入一定(ding)比(bi)例(li)的(de)其(qi)它金(jin)屬元(yuan)素,可(ke)以(yi)(yi)讓冶煉出(chu)來的(de)鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)保證重量輕,強度大(da),耐(nai)腐蝕特性的(de)同時,還(huan)擁有(you)(you)更大(da)的(de)強度或(huo)者更強的(de)耐(nai)高溫(wen)度性能(neng),甚至還(huan)擁有(you)(you)記(ji)憶(yi)能(neng)力,鈦(tai)是與(yu)人體(ti)最相(xiang)容的(de)一種金(jin)屬,在(zai)醫學(xue)領域也有(you)(you)使(shi)用,比(bi)如心(xin)臟支架,骨科鈦(tai)板(ban)等,日(ri)常生活中一些眼鏡框,手表(biao)框,還(huan)有(you)(you)一些體(ti)育用品(pin)也會廣泛使(shi)用鈦(tai)合(he)金(jin)。
這就會(hui)涉及(ji)到金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)冶(ye)煉(lian)(lian)技術(shu),鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)對冶(ye)煉(lian)(lian)環(huan)(huan)境及(ji)其苛刻,鈦(tai)(tai)在高(gao)溫條(tiao)件(jian)下(xia)化(hua)學活性小,所以冶(ye)煉(lian)(lian)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)必須要(yao)(yao)在高(gao)溫下(xia)進行,一般情況下(xia)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)冶(ye)煉(lian)(lian)溫度(du)要(yao)(yao)在800攝氏度(du)以上(shang),并且還(huan)要(yao)(yao)在真空的(de)(de)環(huan)(huan)境下(xia)操(cao)作(zuo),這個冶(ye)煉(lian)(lian)環(huan)(huan)境相對于鋼鐵等金(jin)(jin)屬(shu)(shu)要(yao)(yao)高(gao)很多,正所謂物以稀為貴,久而久之鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)就成了所謂的(de)(de)稀有金(jin)(jin)屬(shu)(shu),這就導致了它(ta)的(de)(de)價格居高(gao)不下(xia)。
雖然鈦合(he)金(jin)(jin)的(de)產量低價格貴,但并(bing)不(bu)代表用得少(shao),特別是(shi)各國在一些尖端武器裝(zhuang)備和國之(zhi)重器上對(dui)鈦合(he)金(jin)(jin)的(de)使(shi)用也是(shi)很豪放的(de),據透露,中國殲-20使(shi)用的(de)鈦合(he)金(jin)(jin)大約占機(ji)身重量的(de)20%,這些鈦合(he)金(jin)(jin)主要(yao)用于機(ji)身的(de)結構材料。
目前鈦合(he)(he)金(jin)(jin)材(cai)料在航空(kong)航天工業中應(ying)用(yong)是最多(duo)的,所以也(ye)將鈦合(he)(he)金(jin)(jin)叫作“空(kong)間金(jin)(jin)屬”,它(ta)重量(liang)輕,強度大又耐高溫(wen),特(te)別適合(he)(he)制造(zao)航空(kong)航天器,很多(duo)以前使用(yong)鋁(lv)合(he)(he)金(jin)(jin)的部件都改用(yong)了鈦合(he)(he)金(jin)(jin)。
隨著技術的(de)(de)(de)發展,現(xian)在飛(fei)(fei)(fei)機的(de)(de)(de)最高(gao)航速(su)(su)時(shi)是音(yin)(yin)速(su)(su)的(de)(de)(de)3倍(bei)以上(shang),這么快的(de)(de)(de)超音(yin)(yin)速(su)(su)飛(fei)(fei)(fei)行,會使(shi)飛(fei)(fei)(fei)機與空氣(qi)摩(mo)擦而產生(sheng)大量的(de)(de)(de)熱,一般當(dang)飛(fei)(fei)(fei)行速(su)(su)度(du)達(da)到音(yin)(yin)速(su)(su)2倍(bei)以下時(shi)機身(shen)用鋁合金(jin)就(jiu)可(ke)以了(le)(le),當(dang)飛(fei)(fei)(fei)行速(su)(su)度(du)達(da)到音(yin)(yin)速(su)(su)的(de)(de)(de)2倍(bei)以上(shang)時(shi),鋁合金(jin)就(jiu)經受不(bu)住了(le)(le),就(jiu)必(bi)須采用耐高(gao)溫和性能更(geng)(geng)好的(de)(de)(de)鈦(tai)合金(jin),當(dang)飛(fei)(fei)(fei)行速(su)(su)度(du)超過音(yin)(yin)速(su)(su)的(de)(de)(de)3倍(bei)時(shi),機身(shen)就(jiu)要使(shi)用更(geng)(geng)多的(de)(de)(de)鈦(tai)合金(jin)。
一(yi)些攻(gong)擊核(he)潛(qian)艇(ting)的內壓艇(ting)殼(ke),魚雷(lei)艙(cang)等部(bu)件都是用鈦(tai)合金打造(zao),鈦(tai)合金材(cai)料無磁(ci),耐腐(fu)蝕,強度極高,可以有(you)效的抵抗炸彈(dan)的沖擊波,還有(you)就(jiu)是能夠下(xia)潛(qian)得更深,例如(ru)我國“蛟龍(long)號(hao)”載人艙(cang)就(jiu)使用了(le)鈦(tai)合金材(cai)料,能夠下(xia)潛(qian)到7000多米的深海,這就(jiu)相(xiang)當(dang)于每平方米要承受7000噸的壓力(li)(li),壓力(li)(li)大得驚人啊(a)。
現在(zai)各(ge)國除了在(zai)航(hang)空,火(huo)箭發動機(ji),潛艇,戰(zhan)機(ji)等(deng)高精尖(jian)設備上(shang)大量使(shi)用(yong)鈦合(he)(he)金外(wai),在(zai)常(chang)規(gui)或者單兵裝備上(shang)也(ye)廣泛使(shi)用(yong)鈦合(he)(he)金,例如榴彈(dan)炮(pao),防彈(dan)頭(tou)盔等(deng)。
目前世界(jie)上鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)技(ji)術最強(qiang),應(ying)用(yong)最多的(de)就是(shi)(shi)美俄中,而中國的(de)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)儲(chu)量(liang)(liang)(liang)(liang)世界(jie)第(di)一,約占(zhan)世界(jie)總(zong)儲(chu)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)28.9%,其中鈦(tai)(tai)鐵礦(kuang)(kuang)儲(chu)量(liang)(liang)(liang)(liang)約為7.2億(yi)噸,占(zhan)全球(qiu)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)的(de)92%,金(jin)紅石儲(chu)量(liang)(liang)(liang)(liang)約為4700萬(wan)噸,二者合(he)(he)計(ji)儲(chu)量(liang)(liang)(liang)(liang)約7.67億(yi)噸,這(zhe)(zhe)應(ying)該就是(shi)(shi)所(suo)說的(de)家(jia)里(li)有(you)礦(kuang)(kuang),對于鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)冶煉和加工(gong)也已(yi)經(jing)實現了產業化(hua),所(suo)以說鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)在中國各領域(yu)的(de)廣泛應(ying)用(yong)已(yi)經(jing)不(bu)存(cun)在原理和技(ji)術問題(ti)了,相信(xin)未來鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)這(zhe)(zhe)種“空(kong)(kong)間金(jin)屬”不(bu)再只(zhi)是(shi)(shi)航(hang)空(kong)(kong)航(hang)天(tian)領域(yu)才會使用(yong)。