鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要結構金屬。
鈦合金因具有優秀的性能而被廣泛用于各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性,相繼對其進行研究開發,并得到了實際應用。
· 1954年——美國研制成功Ti-6Al-4V合金,由于它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好,而成為鈦合金工業中的王牌合金
· 20世紀50~60年代——主要發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金
· 70年代——開發出一批耐蝕鈦合金
· 80年代至今——耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展
鈦很輕
有時也被劃入輕金屬的行列,其密度介于鋼鐵和鋁之間。
鈦很貴
不是特別重要的用途用不起鈦。鈦合金的價格相比一般金屬材料要貴很多,普通的鈦板大約要三十萬一噸,常用的鈦合金的話價格要翻上十幾倍。
鈦很稀有
但它其實并不是真的稀有,在用作結構材料的金屬中,僅次于鋁,鐵,鎂,在地殼中儲量排名第四,比銅多61倍。
但并不是“物以稀為貴”,而是“物以難變貴”。
因為鈦的提煉工藝比較難,鈦太活潑,以至于沒有能熔煉它的耐火材料,它與各種耐火材料都發生反應,如果有辦法解決這個生產工藝的困難,總有一天,鈦也會變的很普及。
鈦的性能好
鈦是綜合性能最好的低密度金屬。強度高、耐蝕性好、耐熱性好,有記憶特性。既可以鑄造,也可以進行多種壓力加工,板,管,梁,帶,鍛件都能制造,應用范圍更廣。
鈦的應用領域
航空航天
鈦合金最多用于制作飛機的發動機壓氣機部件,起落架,蒙皮,橫梁,尾翼,支撐筋,黑匣子等重要部件,其次為火箭,導彈和高速飛機的結構件。
鈦在波音飛機上使用量逐年增加
· 1974年——美國剛剛開始從盧森堡科學家克勞爾手中接過海綿鈦的冶金技術,進行鈦的工業生產時,當年產量只有2噸。
· 1995年——鈦產量就猛增到2萬噸,主要用于飛機制造。
· 1972年——產量達到了20萬噸,生產成本有所下降。在與復合材料的競爭中,應用于波音飛機上的鈦合金明顯增加。
· 2030年——預計鈦合金的用量有望接近飛機用料的30%。
目前,在航天火箭和導彈中鈦也大量代替鋼鐵。有統計稱,全球每年用于航天工業中的鈦,已達千噸以上。超細鈦粉還是火箭的固體燃料,鈦材料稱得上是名副其實的航天金屬,空間合金。
腕表
因為外觀高檔,亮度高,稀有昂貴,質量輕,只有鋼的55%,但強度和性能比鋼更好,耐腐蝕不生銹,綠色環保,相比鎳金屬對人體無害,也不易過敏。目前使用鈦合金做表殼和表帶的高端腕表越來越多。
3C
鈦合金是一種理想的手機材料。
其實,手機的用途和航天非常像,要求輕薄,還得有一定的強度。如果不考慮成本的話,鈦合金骨架有最高的強度,比普通不銹鋼和鋁合金更輕更結實,同時不怕腐蝕,特別適合于手機。
不過,蘋果最終并沒有挑戰鈦合金,分析下來有5點;
1 切割工藝,作為堅硬度極高的材料,鈦合金在切割上是很麻煩的,雖然有特種刀具的存在,使鈦合金沒有達到不可加工的程度,但是批量產出,刀具成本會變得非常高。
2 焊接處理,尤其是細節焊接,相比于常規材質的處理要多出很多步的工序,無形中又增加了加工成本。
3 氧化鍍層上,鈦合金的氧化鍍層也沒有手機常用材料鋁氧化物的強度高,鋁的表面的硬質氧化,只要達到0.06mm厚度,表面質感就可以接近鋼鐵了,而鈦的氧化物,雖然聽起來高大上,但實際作用卻并不會比鋁氧化物高,想一想粉餅的原料鈦白粉就很容易理解了。
4 重量上,鈦合金其實也并不會輕太多,鈦合金比鋼輕比鋁重,在我們的認知中,鈦合金制品之所以更輕,是因為鈦的高強度可以使我們可以用更少的材料來取得一樣的強度。不過即便如此,整體面積不大的手機,可能節省下來的重量也不過是以克來計算,如果不解決最占重量的電池、電路和屏幕問題,手機的重量也輕不到哪里。
5 原材料成本上,鈦合金的成本相比于鋁要高出太多了,此前曾有網友提供過這樣一份數據,表示本地鋁錠均價16000元/噸,實際制造商拿到的6061,約為3萬元每噸(進口),至于鈦合金,1mmx1Mx2M鈦合金板材價格為13000元,按質量換算約為9.02千克,也就是說,鈦合金價格約144萬元每噸,也就是說,光制造一個手機外殼,僅僅原料成本已經是原來的48倍 ! 4~8~倍~,鍍真金也比鍍鈦便宜!
如果只是為了提升一點點體驗,而付出高報廢率,低良品率,高成本,低出貨量,如此做只能導致蘋果的利潤縮水,更多的利潤去養活了鈦合金制造企業,相信蘋果也不會萌萌噠為他人做嫁衣裳。所以以目前的技術,相信蘋果雖然對鈦合金做過很多嘗試,但因為現實各種困難而放棄。
所以目前所謂的鈦合金手機只是一小部分外殼是鈦合金的。理論上說比一般的塑料外殼更堅硬。外表光亮。抗壓。和抗摔更好一些。讓人感覺很高檔。和手機上鑲鉆石。鍍黃金的作用是一樣的。
汽車
鈦合金是汽車在減重,降耗,減排上寄予重要希望的材料之一。
鈦合金的各項優勢,目前在汽車工業的應用已初現端倪,前景光明。
當然目前鈦合金汽車也只有帕加尼這樣的頂級豪車才用得起,首先得將鈦合金鍛壓成型,之后才能進行切削加工。要出產一件完整合格的車架,光是切削下來的鈦合金廢料怕是都不止這個數,更不用說大型高性能鍛壓機和車銑設備的采購和應用維護的成本了。
當然目前國內在激光增材制造上有巨大突破,大幅提高了材料利用率,技術指標也是極高的,成品已經被用作為大飛機的大型承力構架了。但是些涉及軍用技術的工藝仍未在民工生產上普及開來。
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