一、鈦板在主要工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
1、航空航天領(lǐng)域
鈦板具有密度小、比強(qiáng)度高等優(yōu)異性能，因此是一種較理想的航空結(jié)構(gòu)材料，目前鈦合金在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的青睞。
20世紀(jì)50年代，在航空飛機(jī)中僅有后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等為數(shù)不多的非承力構(gòu)件采用鈦合金制造；自60年代起，中機(jī)身中的隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件也逐漸用鈦合金來(lái)代替結(jié)構(gòu)鋼。就目前的趨勢(shì)來(lái)看，越是先進(jìn)的新型飛機(jī)，越是寬體飛機(jī)，鈦用量越大。美國(guó)1970年開(kāi)始服役的C一5鈦合金的密度為6％，之后的C一17增至l0．3％，2006年后，美國(guó)第4代戰(zhàn)斗機(jī)F22的用鈦量高達(dá)39％～41％。我國(guó)在鈦合金的研究與應(yīng)用方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。20世紀(jì)60年代投產(chǎn)的殲一7飛機(jī)的鈦零件質(zhì)量只有9kg，80年代生產(chǎn)的殲一8Ⅱ型的鈦零件質(zhì)量達(dá)到93kg。2002年設(shè)計(jì)定型的昆侖渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，鈦用量提高至15％，我國(guó)第1臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)鈦用量提高到25％。
20世紀(jì)70年代起，民用飛機(jī)上開(kāi)始大量使用鈦合金，如一架波音787用鈦量高達(dá)136t，占全機(jī)質(zhì)量的15％。除此之外，航天工業(yè)中的壓力容器、燃料貯箱、緊固件、火箭殼體等也開(kāi)始使用鈦合金來(lái)制造。
2、船舶領(lǐng)域的應(yīng)用
鈦屬于化學(xué)性質(zhì)較活潑的元素，與氧的親合力大，放置于空氣中時(shí)與氧發(fā)生反應(yīng)在其表面生成一層致密的Ti0保護(hù)膜，使鈦合金免于外來(lái)介質(zhì)的腐蝕。因此，鈦合金具有良好的耐腐蝕性，可以在酸、堿及氧化性介質(zhì)中體現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性優(yōu)于現(xiàn)有的不銹鋼及大部分有色金屬，甚至可與鉑比美。純鈦的硬度大概在HV150左右，并不算高，但加入合金元素后硬度提高非常明顯，如T A4的表面硬度大致為HR C30，超過(guò)了常規(guī)的不銹鋼及普通碳鋼材料，如果對(duì)其表面處理，則可以超過(guò)HRC60；在低溫和超低溫條件下，鈦依然保持其原有的性能，強(qiáng)度與硬度維持在較高的水平，因此鈦合金非常適合于制作艦船零部件。如以鈦合金為主制造的潛艇，可承受4500m的深度而不損壞，而一般鋼鐵潛艇的這個(gè)指標(biāo)約為300m。20世紀(jì)60年代開(kāi)始，很多國(guó)家就開(kāi)始著手研究將鈦合金應(yīng)用到艦船工業(yè)上，如美國(guó)、俄羅斯、日本、中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)和德國(guó)等國(guó)。
鈦合金具有獨(dú)特的物理性能(包括磁性能)、較高的比強(qiáng)度以及抗沖擊性能優(yōu)異的耐腐蝕性能和耐沖刷腐蝕性能等使其在艦船上得到了廣泛的應(yīng)用，特別是美俄等軍事強(qiáng)國(guó)，鈦合金的研究明顯領(lǐng)先于世界。如俄羅斯是世界上最早研制和使用船用鈦合金的國(guó)家，目前已構(gòu)建了系統(tǒng)的船用鈦合金系列，研制開(kāi)發(fā)了不同系列強(qiáng)度級(jí)別的鈦合金產(chǎn)品，已被成功應(yīng)用于船體、船機(jī)、動(dòng)力裝置等艦船上的零部件及相應(yīng)設(shè)備中，鈦以及鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝已經(jīng)較為成熟；美國(guó)對(duì)艦船用鈦合金的研究也較多，其以航空用鈦合金為基礎(chǔ)進(jìn)行改良，在核動(dòng)力航母、導(dǎo)彈巡洋艦、導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦等不同船體上的艦船的海水冷卻系統(tǒng)、海水系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件、推進(jìn)器等，均使用了高性能鈦合金。
我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始加強(qiáng)了對(duì)船用鈦合金的研究。幾十年來(lái)，船用鈦合金的研究及應(yīng)用水平取得了顯著的成果，已經(jīng)形成了較完整的船用鈦合金系列，基本滿足了海軍艦艇、潛艇以及深潛器等對(duì)不同強(qiáng)度鈦合金的要求。如屈服強(qiáng)度在490MPa以下的低強(qiáng)鈦合金，具有優(yōu)異的塑性，Ti31等用于制造熱交換器、冷凝器等；490～790MPa之間的中強(qiáng)鈦合金，如ZTi60用于制造各種耐壓系統(tǒng)鑄件；高于790MPa的高強(qiáng)鈦合金，也已應(yīng)用于螺旋槳、高壓容器、彈射裝置等船舶動(dòng)力工程中的耐熱耐蝕部件。
近年來(lái)，為進(jìn)一步提高我國(guó)海軍裝備水平，我國(guó)非常重視艦船領(lǐng)域的新材料研究與開(kāi)發(fā)，鈦合金的特殊性能使其在艦船領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
3、化工領(lǐng)域
鈦具有良好的耐腐蝕，是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)等腐蝕介質(zhì)作用條件下所使用設(shè)備中重要的結(jié)構(gòu)材料之一。采用鈦合金代替不銹鋼、鎳基合金和其他稀有金屬等，可有效降低運(yùn)營(yíng)成本、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗等方面都有十分重要的意義。
近年來(lái)，我國(guó)化工領(lǐng)域的鈦合金材料主要用于蒸餾塔、反應(yīng)器、壓力容器、熱交換器、過(guò)濾器、測(cè)量?jī)x器、汽輪機(jī)葉片、泵、閥、管道、氯堿生產(chǎn)電極、合成塔內(nèi)襯及其他耐酸設(shè)備內(nèi)襯等。
(1)氯堿工業(yè)中的應(yīng)用
由于氯堿工業(yè)中是用電解飽和氯化~N(Na c1)溶液的方法來(lái)制取氫氧化鈉(NaOH)等，并進(jìn)一步生產(chǎn)系列化工產(chǎn)品的工藝過(guò)程，因此其對(duì)防止腐蝕的要求是很高的，因此對(duì)鈦板、鈦管等鈦合金材料在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用需求還是非常大的。目前氯堿工業(yè)中，已經(jīng)采用鈦合金材料制備的設(shè)備有濕氯冷卻器、陽(yáng)極電解槽、脫氯塔加熱管、真空脫氯用泵等。如食鹽電解生產(chǎn)燒堿的工藝過(guò)程中產(chǎn)生大量溫度為75-95℃的高溫濕氯氣，嚴(yán)重污染環(huán)境，使用了鈦合金制作的濕氯氣冷卻器代替石墨冷卻器，取得良好的效果，有的使用壽命超過(guò)20年。
(2)鈦合金材料在純堿工業(yè)中也取得廣泛的應(yīng)用
純堿是最基本的化工原料之一，其生產(chǎn)工藝主要是合成堿法，包括氨堿法和聯(lián)堿法等。無(wú)論哪種工藝方法，多以氨氣(NH)和二氧化碳(C0)為氣體介質(zhì)，液體介質(zhì)則多為氯離子(Cl一)濃度較高的溶液。以前制作碳化塔管、冷卻器、結(jié)晶外冷器等主體設(shè)備大都使用碳鋼、鑄鐵材料，反應(yīng)塔腐蝕嚴(yán)重，泄漏現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。而采用鈦合金材料后發(fā)生了很大的變化，如大連化學(xué)工業(yè)股份有限公司堿廠購(gòu)置了寶雞有色金屬加工廠的TA2管代替氨冷凝器內(nèi)鑄鐵管，投產(chǎn)使用14年未現(xiàn)腐蝕泄露現(xiàn)象，延長(zhǎng)了使用壽命。
4、高端油井管領(lǐng)域的應(yīng)用
自埃德溫·德雷克1859年在賓州泰特斯維爾鉆出第一口油井后，石油工業(yè)迅猛發(fā)展，目前石油天然氣已取代煤炭成為人類使用比例最大的能源。管材是油氣鉆采中消耗最大的物資，不僅用量大、花錢多，更重要的是其質(zhì)量對(duì)石油工業(yè)關(guān)系重大，直接影響到油氣井的單井壽命，進(jìn)而影響到石油工業(yè)的整體效益。
隨著現(xiàn)代鉆采技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)石油鉆探開(kāi)始向更深、條件更苛刻的油氣井發(fā)展。普通材質(zhì)油井管已無(wú)法滿足需求，隨著開(kāi)采深度的進(jìn)一步加深，油井管服役環(huán)境擴(kuò)展至高溫高壓、高CO、硫化氫(H：s)、Cl一等腐蝕介質(zhì)共存的極端苛刻條件。
傳統(tǒng)高端抗腐蝕油井管的原材料普遍采用鎳基合金，但是近兩年，鎳基合金的局限f生逐漸顯現(xiàn)，價(jià)格昂貴且重，在某些苛刻環(huán)境下，比如抗硫磺腐蝕，它就無(wú)法抵抗。而鈦合金輕，且抗腐蝕性更好。天津鋼管集團(tuán)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，以鈦為基體，添加一些合金元素保證抗腐蝕性的同時(shí)提高強(qiáng)度、韌性，另外通過(guò)改進(jìn)機(jī)加工技術(shù)，設(shè)計(jì)出符合鈦合金特性的特殊螺紋絲扣，保證油管連接的密封性，鋼管集團(tuán)研發(fā)生產(chǎn)的鈦合金油管所應(yīng)用的下井深度超過(guò)6300m，成為全球首家開(kāi)發(fā)鈦合金油管并應(yīng)用于超深高含硫油氣田的生產(chǎn)企業(yè)。
二、鈦板在醫(yī)療民用領(lǐng)域的應(yīng)用
鈦及鈦合金不僅是航空航天工業(yè)中不可缺少的結(jié)構(gòu)材料，在造船、化工、石油開(kāi)采等方面也獲得了廣泛的應(yīng)用。目前正逐步開(kāi)發(fā)應(yīng)用于生物醫(yī)療、眼鏡、首飾、手機(jī)、電腦等民用行業(yè)，每年均以一定的速度不斷地增長(zhǎng)。
1、生物醫(yī)療領(lǐng)域
鈦是理想的醫(yī)用金屬材料，具有良好的生物相容性。美國(guó)早在20世紀(jì)80年代中期便開(kāi)始研制不含鋁、釩等元素、具有生物相容性的鈦合金，將其用于矯形術(shù)。當(dāng)前鈦合金材料主要用于制造植入人體內(nèi)的醫(yī)療器件、假體或人工器官以及輔助治療設(shè)備的鈦合金。
從20世紀(jì)70年代起，我國(guó)對(duì)生物醫(yī)療用鈦及鈦合金的研究取得了顯著成效，目前已可以用鈦合金材料制造醫(yī)療器械，人造髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動(dòng)心瓣、骨骼固定夾。
如鈦合金烤瓷牙，其強(qiáng)度高、價(jià)格低，是目前國(guó)內(nèi)使用較為普遍的一種烤瓷牙。鈦合金烤瓷牙，外形美觀，色澤穩(wěn)定，能很好地恢復(fù)牙體形態(tài)和功能，尤其適合于對(duì)鎳離子敏感的人群，可以避免牙齦出血和黑色牙齦現(xiàn)象的發(fā)生，此外它的耐腐蝕性也很強(qiáng)，不容易變黑。此種材料生物相容性優(yōu)于非貴金屬烤瓷牙，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)10年。
2、眼鏡行業(yè)中的應(yīng)用
鈦金屬日漸成為一種新型的眼鏡架材料。用鈦合金制造的眼鏡架，硬度高，且柔韌性好，符合人體工程學(xué)、彈性好、長(zhǎng)期使用不變形、不褪色、觸感溫潤(rùn)柔滑，沒(méi)有其它金屬眼鏡架的嚴(yán)寒感，鈦材對(duì)人體無(wú)毒，無(wú)任何輻射。另外，鈦可以與鎳生成“記憶合金”，即記憶鈦合金，這種眼鏡架發(fā)生變形后，在特定的溫度下用水進(jìn)行清洗，即可恢復(fù)原狀。
鈦金屬鏡架的生產(chǎn)工藝要求很高，不僅加工工序多，而且需要專用的加工設(shè)備以及特殊的焊接技術(shù)和電鍍工藝，所以相對(duì)其他金屬、板材或塑料眼鏡架來(lái)說(shuō)鈦金屬鏡架價(jià)格較高。但隨著人們生活水平的提高，鈦金屬鏡架的需求也越來(lái)越大，需要廣大科技工作者不斷研究與開(kāi)發(fā)各種新的工藝技術(shù)，改進(jìn)生產(chǎn)加工工藝，使其為更多人所接受。
3、首飾行業(yè)中的應(yīng)用
比起黃金、鉑金等貴金屬，鈦?zhàn)鳛樾滦褪罪椨貌牟粌H價(jià)格上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其他方面的優(yōu)勢(shì)也不可小覷。①輕，鈦合金的密度為黃金的27％，在制作耳墜、項(xiàng)鏈等首飾時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯，可設(shè)計(jì)加工一些體積大且造型獨(dú)特的特殊飾品。②鈦的耐腐蝕性較好，鈦表面所生成的氧化膜極其完整致密，局部遭到破壞后，瞬間會(huì)自行修復(fù)，不影響其外觀。③良好的生物相容性，人長(zhǎng)期接觸后不會(huì)造成過(guò)敏，尤其對(duì)金屬過(guò)敏的人可放心佩帶。④鈦能著色，可通過(guò)改變氧化膜的厚薄程度來(lái)改變顏色，無(wú)需外加元素。現(xiàn)在可做的顏色有金、黑、藍(lán)、褐、花等，色彩時(shí)尚。⑤鈦硬度高，不易變形，不象普通金銀首飾佩帶一段時(shí)間后需要重新整形。