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钛材的应用

[作者:佚名 转贴自:本站原创 点击数:3016    更新时间:2013-05-18 文章录入:本站 ]

钛及其合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性,被誉为“未来的金属”,是具有发展前途的新型结构材料。钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用,而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电等许多工业部门中广泛应用。

1.钛在化工等部门的应用

钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强,这是由于它对氧的亲合力特别大,能在其表面上生成一层致密的氧化膜,可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中,都能在表面生成钝化氧化膜。因此,钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性,比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好,甚至可与铂比美。但是,如果在某种介质中,能连续溶解钛表面氧化膜时,则钛在这种介质中便会受到腐蚀。例如,钛在氢氟酸、浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中,由于这些溶液溶解钛表面氧化膜,所以钛被腐蚀。如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时,则钛表面氧化膜便会受到保护,此时钛的稳定属于增加。

一.化学工业      

钛在各种酸、碱、盐介质中,除上述四种无机酸和腐蚀性很强的氯化铝外,都具有很好的稳定性。所以,钛是化学工业中优良的抗腐蚀材料,得到了越来越广泛的应用。例如,在氯碱工业中使用钛金属阳极和钛制湿氯气冷却器,收到很好的经济效果,被誉为氯碱工业中的一大革命。 

二.石油工业     

钛在有机化合物中,除了温度较高下的五种有机酸(甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸和三氟乙酸)外,都具有非常好的稳定性。因此,钛是石油炼制和石油化工中优良的结构材料,可以用来制作各种热交换器、反应器、高压容器和蒸馏塔等。

三.冶金工业      

钛属活性金属,具有良好的吸气性能,是炼钢工业中优良的脱气剂,它能化合钢在冷却时析出的氧和氮。在钢中加入少量的钛(<0.1%)可使钢坚韧而富有弹性。钛也是炼钢,炼铝等工业中重要的合金添加剂。钛具有超导性,是一种常见的超导材料。另外,钛在含有金属离子的酸性溶液中具有很好的稳定性,因此钛在湿法冶金工业中,如铜、镍、钴、锰等有色金属的电解生产中,有着十分广泛的应用。

四.化肥工业     

尿素是重要的化肥,在生产过程中尿素、氨、氨基甲酸铵和它们的混合液,在高温高压的条件下腐蚀性很强,使用钛取代不锈钢后设备寿命大大增加,检修时间大大减少。因此目前尿素生产中的主要设备都使用钛材。

五.海水淡化和造船工业     

钛抗海水腐蚀的能力比其它所有金属都好,无论是在静止的或高速流动的海水中钛都具有特殊的稳定性。因此,钛是海水淡化装置的理想材料。钛在这个领域的应用数量将越来越大。钛抗海水和海洋空气腐蚀能力很强,而且强度大,重量轻,是造船工业的理想结构材料,已广泛应用在各种舰艇、深水潜艇的许多部件中。

六.电力工业      

钛在含有氯化物、硫化物等许多腐蚀性较强的热水中具有较好的稳定性,因此钛已经大量在火力发电厂中用作为热交换器的冷却管。用薄壁钛管取代铜镍合金管后,不仅大大提高了使用寿命,而且大大减少了检修时间,经济效果十分显著。

七.造纸和纺织工业     

钛对二氧化氯、亚氯酸、亚氯酸盐等漂白剂具有特殊的抗腐蚀性能。因此,钛在纺织印染工业、造纸工业的漂白设备中有着重要的应用。例如,钛材制造的亚漂机使用效果很好。同时,还有合成纤维等工业中用作喷丝头。

八.其它方面     

钛能抵抗人体的腐蚀,并对人体无害。因此可以广泛用于工医疗和制药工业部门。钛有着良好的吸气性能,也在电子真空技术中和高真空技术中有广泛的应用。  

钛在石油、化工等部门的应用     

使用部门用途 

石油化工 反应器、压力容器、热交换器、分离器配管、蒸馏塔顶凝缩器内衬等。 

化学工业 蒸馏塔、反应器、压力容器、热交换器、过滤器、测量仪器、汽轮机叶片、泵、阀、管道、氯碱生产电极、合成塔内衬、其它耐酸设备内衬。 

造纸工业 搅拌器、漂白塔、加热锅、反应塔配管。 

纺织工业 连续漂白机、蒸馏塔、反应槽、冷凝器、热交换管、离心分离机、喷丝头、阀、泵。 

冶金工业 炼钢吸气剂、合金添加剂、超导合金材料、电解高纯金属(如钠、镍、钴)的阴极板和电镀槽等。 

海水淡化和发电厂 热交换器、冷凝器、供水加热器、管道、其它接触海水的设备。 

舰艇工业 舰艇外壳、甲板、阀、翼、快艇推进器、传动轴、蒸汽机、深潜艇压力舱、开发海洋设备。 

其它 超高真空钛泵、医疗和矫形器械、人工关节、制药和食品工业设备。 

2.钛材在航空工业中的应用

钛及其合金的比强度(强度与重量比)在金属结构材料中是很高的,它的强度与钢材相当,但其重量仅为钢材的57%。另外,钛及其合金的耐热性很强,在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性,短时间工作温度甚至还可更高些。而铝在150℃,不锈钢在310℃,就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时,其发动机和表面温度相当高,铝合金已不能胜任,应用钛合金是十分合适的。正是由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能,在飞机制造中用它来代替其它金属时,不仅可延长飞机的使用寿命,而且可以减轻其重量,从而大大提高其飞行性能。所以,钛是航空工业和宇宙航空工业中最有前途的结构材料之一。钛及其合金在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身。一般来讲,马赫数小于2的飞机,其发动机使用一部分钛及其合金,机身一般用铝合金。马赫数在于2的飞机,其发动机用钛量增加,而且机身也部分需要用钛。马赫数大于3.5的飞机,其发动机入口温度已很高,就不能用钛合金而需用超级合金了,但其机身用钛量则显著增加。钛及其合金还具有良好的耐低温性能,即使在-250℃的超低温下,它仍具有较高的冲击强度,可耐高压抗震动。因此,钛及其合金在火箭、导弹和宇宙飞船上不仅用于制造发动机外壳和结构部件,而且用于制造高压容器,如高压气瓶、低温液态燃料箱等。另外,钛及其合金在原子能反应堆和军用武器上都有应用。  

钛在航空工业等部门的应用    

使用部门用途 

航空式业 飞机机身和蒙皮、发动机、尾锥、喷管、弹射舱、防火壁、夹层结构机身机架、连结件和其它零件。 

宇宙航行工业 飞船的液体燃料贮箱、高压容器、船舱、蒙皮、结构骨架、制动火箭主起落架 ,火箭、导弹 高压容器、液体燃料贮箱、外壳、喷嘴、火箭发动机。 

其它原子能反应堆的结构材料、坦克天窗、炮筒和轻便常规武器等。

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