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鈦具有十分優(yōu)異的性能，因而得到了廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域主要有：航空航天、艦船制造、化工石化、交通運(yùn)輸、兵器、海洋、電力、建筑、冶金、醫(yī)療、運(yùn)動器械、生活用品和輕工業(yè)等。美國和俄羅斯的大部分鈦加工材是應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，約占80％左右，與之相反的是，日本和中國則是將80％應(yīng)用于化工、一般民用工業(yè)及民生用品領(lǐng)域[22]。從世界用鈦的需求來看，2005年的結(jié)構(gòu)比例是：宇航占35％，軍用占12％，工業(yè)占38％，民用和其他占15％。

1.鈦在航空航天上的應(yīng)用

1．1航空工業(yè) 航空工業(yè)是研制和應(yīng)用鈦及鈦合金最早, 的部門，飛機(jī)和發(fā)動機(jī)如果沒有鈦，實(shí)際上就不可能制造出Ma2.7的超音速飛機(jī)。20世紀(jì)60年代以后，鈦合金在發(fā)動機(jī)上的用量逐漸增加，主要用于風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、盤、軸和機(jī)匣。鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中主要用于骨架、蒙皮、機(jī)身隔框、起落架、防火壁、機(jī)翼、尾翼、縱梁、艙蓋、倍加器、龍骨、速動制動閘、停機(jī)裝置、緊固件、前機(jī)輪、拱形架、襟翼滑軌、復(fù)板、路標(biāo)燈和信號板等。

多年來，為了滿足高性能航空發(fā)動機(jī)的需求，各國十分重視高溫鈦合金的研發(fā)，先后研制出了在350~600℃使用的高溫鈦合金[23-25]。如，歐美有Ti64，Ti6242，Ti811，Till00，IMl679，IMl685，IMl829，IMl834等，俄羅斯有BT6，BT3-1，BT8，B39，BTl8(BTl8y)，BT25(BT25y)，BT8M．BT81，BT8M-1，BT36等，中國有TC7，TC11，ZTC3，Ti-53311S，Ti-55，Ti-60，Ti-600等。20世紀(jì)80年代以后，歐美設(shè)計的各種先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在20％以上。美國F-14，F(xiàn)-15，F(xiàn)-18，F(xiàn)-117，B-1，B-2，F(xiàn)-22軍用飛機(jī)的用鈦比例分別為24％，27％，13％，25％，22％，26％，42％，其中1架F-15軍機(jī)用鈦達(dá)30 t(最終制品約5t) [26，27]。60年代中期美國研制成功的YF-12A／SR-71偵察機(jī)，用鈦量達(dá)95％，可以稱為“全鈦飛機(jī)”。

以波音和空客為代表的民用客機(jī)和大型運(yùn)輸機(jī)中，也大量使用了鈦合金。一架波音747，767，777，777ER，787飛機(jī)用鈦量分別是45，50，59，68，91t。這些數(shù)字很好地詮釋了鈦?zhàn)鳛椤疤战饘佟钡暮x[28]。波音777是波音飛機(jī)的典型代表，于90年代研制成功，廣泛采用了80年代中期以來開發(fā)的新材料，其中共用了5種鈦合金：Til023，Ti64ELI，Ti15-3，B21S和Ti-6242。鈦合金用量占飛機(jī)總重的9％。A380是空中客車公司設(shè)計生產(chǎn)的世界最大的客機(jī)，于2005年10月29日在德國法蘭克福順利完成全球首次機(jī)場兼容性認(rèn)證測試。A380在設(shè)計時便考慮到與目前機(jī)場設(shè)施的兼容性，其起飛與降落距離均短于目前世界主要巨型客機(jī)。該機(jī)用鈦量約為60t，占總重量的10％。圖1是波音777和A380客機(jī)鈦材使用部位示意圖[29，30]。

中國政府于2007年3月做出大飛機(jī)項(xiàng)目立項(xiàng)的決定，并于2008年5月11日在上海成立了中國商用飛機(jī)有限公司。整個項(xiàng)目將投入500~600億元，主要用于大型運(yùn)輸機(jī)、大型客機(jī)和發(fā)動機(jī)的研制和生產(chǎn)。大飛機(jī)確定的國產(chǎn)化率目標(biāo)是30％，目標(biāo)市場是立足國內(nèi)，面向國際，在競爭力上全面超越目前市場上的主流機(jī)型空客A320和波音B737。

根據(jù)國際大型飛機(jī)的用鈦情況，有專家預(yù)測新飛機(jī)用鈦量應(yīng)在10％~15％左右。

1．2航天工業(yè) 鈦在航天工業(yè)中應(yīng)用也做到了減輕發(fā)射重量、增加射程、節(jié)省費(fèi)用，是航天工業(yè)的熱門材料。在火箭、導(dǎo)彈和航天工業(yè)中可用作壓力容器、燃料貯箱、火箭發(fā)動機(jī)殼體、火箭噴嘴套管、人造衛(wèi)星外殼、載人宇宙飛船船艙(蒙皮及結(jié)構(gòu)骨架)、起落架、登月艙、推進(jìn)系統(tǒng)等。航天用鈦除了工業(yè)純鈦、Ti64(ELI)、Ti-5A1-2.5Sn(ELI) 外，還使用了Ti-7A1-4Mo，Ti-3A1-2.5V，Ti-13V-11Cr-3A1，Ti-15V-3Cr-3Sn-3A1及Ti／B-A1復(fù)合材料[31]。成功的應(yīng)用實(shí)例有：(1)貯存壓縮氣體的壓力容器?！芭腔舱摺毙l(wèi)星和助推器共用了14個鈦容器，共減輕重量272kg。(2)貯存液體推進(jìn)劑的壓力容器?！鞍⒉_”飛船上使用了50個左右的壓力容器，有85％是鈦制的。大力神Ⅲ過渡級發(fā)動機(jī)，改用鈦合金推進(jìn)劑貯箱后重量減輕35％。(3)固體燃料火箭發(fā)動機(jī)殼體?！懊癖敝揠H導(dǎo)彈第二級火箭發(fā)動機(jī)采用了Ti64合金重量減輕30％~40％。(4)液體燃料火箭發(fā)動機(jī)殼體?！鞍⒉_”登月艙下降發(fā)動機(jī)燃燒室的承壓殼是由Ti64合金制成。(5)鈦合金還廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件?！八恰碧栍钪骘w船的壓力艙主要為鈦材，占座艙重量的80％?！半p子星座”號宇宙飛船所用鈦合金牌號有7種，使用鈦件570kg，占結(jié)構(gòu)重量的84％?！鞍⒉_”號宇宙飛船的托架、夾具和緊固件均用鈦制成，共使用68 t鈦材[32]。

2.鈦在艦船制造上的應(yīng)用

鈦及鈦合金廣泛應(yīng)用于核潛艇、深潛器、原子能破冰船、水翼船、氣墊船、掃雷艇，以及螺旋槳推進(jìn)器、鞭狀天線、海水管路、冷凝器、熱交換器、聲學(xué)裝置、消防設(shè)備上，主要合金有工業(yè)純鈦、Ti64，Ti64ELI，Ti-15Al-2Nb-1Ta-0.8Mo，Ti-3A1-2.5V，ΠT-3B，ΠT-7M等。

2．1 核潛艇 俄羅斯在建造鈦合金核潛艇研究和制造技術(shù)上，處于國際領(lǐng)先地位，也是用鈦合金最先建造耐壓殼體的國家。高峰時期，潛艇用鈦合金厚板和管材的年產(chǎn)量曾達(dá)萬噸，占鈦合金加工材年產(chǎn)量的30％～50％。從20世紀(jì)60年代起，俄羅斯研制的核潛艇已有4代，世界第一艘K162號全鈦核潛艇于1968年12月下水，己運(yùn)行了30多年，到過各大洋和海域，經(jīng)受了不同載荷和環(huán)境考核，從未出現(xiàn)過任何事故。俄羅斯于1970年建造第一艘“ALFA”級核潛艇，70~80年代又相繼造了6艘，每艘用鈦約3000t[33]，最大下潛深度914 m，即輕又快，機(jī)動性能良好。鈦在船舶上使用的典型例子是俄羅斯臺風(fēng)級核潛艇(圖2)，它擁有鈦金屬制造的外殼，因軍事需要，采用雙殼結(jié)構(gòu)，其雙層外殼共用鈦9000 t，使其具有了無磁性、下潛深、航速快、噪音小、維修次數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)。艇長172.8m，最大寬度23.3m，高度42.7m，水上排水量23200 t，下潛排水量33800 t，潛行速度為每小時50km，最大下潛深度500m，持續(xù)潛航時間達(dá)到120d。該艇于1977年開工建造，1981年服役，在俄羅斯軍事防御工程中具有舉足輕重的地位。

2．2全鈦船 1985年，日本東邦鈦公司與藤新造船所共同建造了“摩利支天II號”全鈦制快艇，一段時間內(nèi)在美國很暢銷。1997年，日生工業(yè)公司制造的“泰坦快速號”快艇下水就航，船長約12m，船體形狀是漂亮的三次元曲線，可最大減少航行阻力。江藤造船所分別于1998年和1999年制造了“第二朝日丸”和“昭丸”號兩艘全鈦船，優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、速度快、發(fā)動機(jī)小、燃料費(fèi)用少、二氧化碳排量少、不需要表面涂層、附著物易清理等，缺點(diǎn)是材料成本高、加工制造技術(shù)難度大、保護(hù)要求嚴(yán)。試船的結(jié)果顯示船速穩(wěn)定性振動和噪聲等性能都很好。

2．3深潛器、救援艇，及其他艦船 美國、日本、法國先后都建造深潛器，采用鈦和鈦合金制造耐壓殼體。其中，Ti-6A1-2Nb-1Ta-0.8Mo合金用于制造美國Aivin號、Sea—Cliff號深潛器的殼體；Ti-6A1-4V ELI合金用于法國SM97號、美國Aivin號的浮力球、日本“深海2000”號、美國海軍深海救援艇(DSRV)的殼體、浮力球等[34]。

其他應(yīng)用還有：俄羅斯原子動力破冰船上使用的鈦制蒸汽發(fā)動機(jī)、熱交換器，比不銹鋼制品的使用壽命延長數(shù)十倍。鈦合金聲納導(dǎo)流罩應(yīng)用于庫爾斯克號核潛艇、“明斯克”航母、“基輔”號航母，以及我國購置的K877艇、K636艇、956艦上。各種艦船上鈦合金螺旋槳的使用壽命超過銅合金槳的5倍以上。鈦合金制各種泵、閥、管的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅或不銹鋼制品[35]。

3．鈦在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用

鈦材在化學(xué)和石化工業(yè)中應(yīng)用，有電解槽(電極)、反應(yīng)器、濃縮器、分離器、熱交換器、冷卻器、吸收塔、連接配管、配件(法蘭盤、螺栓、螺母)墊圈、泵、閥等?；瘜W(xué)工業(yè)用鈦量最大行業(yè)是氯堿制造，占總用鈦量的50％，從其次是純堿占20％，塑料占17％，有機(jī)化工占10％，無機(jī)化工占3％。在用鈦的各種化工設(shè)備中換熱器最多，占鈦材用量的52％，其次為陽極占24％、容器、管和泵閥占19％，其他占有5％。下面以熱交換器、鈦金屬陽極、濕氯氣冷卻器為例，說明鈦制設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)[32]。

熱交換器：傳熱效率高，重量輕，使用周期長，結(jié)疤速度慢，清洗時間短，壽命長，可使用25年。鈦陽極：使用壽命延長20倍以上，生產(chǎn)能力增加1倍，提高燒堿質(zhì)量和氯氣純度，可以節(jié)電15％，節(jié)汽5％，減少維修工作量和改善勞動條件。濕氯氣冷卻器：鈦在高溫濕氯氣的環(huán)境下極耐腐蝕，腐蝕率為0．0025 mm·a-1。使用鈦冷卻器，能縮短冷卻和干燥工藝過程，降低氯氣損失，減少環(huán)境污染，并為壓縮氣體穩(wěn)定操作和達(dá)到高度干燥創(chuàng)造了條件。

湖南省湘澧鹽礦將鈦材應(yīng)用于罐體、換熱器、蒸發(fā)器、管道、泵、葉輪等方面，實(shí)現(xiàn)了“三個降低、三個提高”，即單位產(chǎn)品能耗下降79％，設(shè)備維修費(fèi)用減少90％，維修時間減少75％；產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和企業(yè)效益大幅度提高[32]。

4.鈦在運(yùn)輸車輛上的應(yīng)用

4．1 汽車 鈦在汽車上應(yīng)用很廣泛(圖3)，主要有：連桿、曲軸、擋圈、氣門、進(jìn)氣閥、排氣閥、制動壓力管道密封圈、輪圈螺桿、轉(zhuǎn)向齒條和小齒輪、彈簧、消音器、排氣裝置、車輪的襯套及軸承、各種半軸、緊固件等。汽車產(chǎn)品采用鈦合金制造零部件的最突出的優(yōu)點(diǎn)是：減輕質(zhì)量、延長使用壽命、提高可靠性、節(jié)省燃油、不含鉛鈷等有害金屬、耐腐蝕、抗高溫能力大大提高[36,37]。

鈦在汽車上的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，即鈦工業(yè)剛剛誕生不久。1956年，美國通用汽車公司裝配了展覽用“火鳥Ⅱ號”全鈦車身，從此拉開了汽車用鈦的序幕。日本從60年代開始在日產(chǎn)汽車R382使用鈦部件。1992年，在第29屆國際汽車展覽會(東京)上展出了日本制造的鈦制車身和發(fā)動機(jī)。1996年，根據(jù)美國Timet公司開發(fā)的鈦汽車排氣系統(tǒng)，克萊斯勒和通用公司制造出了鈦排氣系統(tǒng)樣機(jī)。近年來，隨著汽車節(jié)能與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，鈦在汽車上的應(yīng)用逐漸成為材料界與汽車界共同關(guān)注的話題，這也是近年來鈦的應(yīng)用增長最快的領(lǐng)域[38]。

近年來，美國、歐洲、日本都已制定了未來汽車的發(fā)展規(guī)劃。美國自1993年開始制定并實(shí)施“PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)計劃”，美國眾多名牌大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)乃至用于軍事、航天的若干實(shí)驗(yàn)部門匯同美國的三大汽車公司(克萊勒斯、福特、通用)結(jié)成聯(lián)盟，大力加強(qiáng)新一代汽車的研究。計劃對未來汽車在燃料利用率、承載能力、維修性和再利用性等方面提出了新的, 要求，明確提出了在未來20年內(nèi)，家用汽車要減重40％的減重目標(biāo)[39]。類似的計劃還有歐洲的“明日汽車計劃”、日本的“高效清潔能源汽車開發(fā)計劃”，中國政府也有相應(yīng)的汽車行業(yè)振興規(guī)劃。毫無疑問，鈦將作為實(shí)現(xiàn)新型汽車計劃最重要的候選材料走人人們的視野。

4．2摩托車 鈦在摩托車上主要用于排氣管、消音器、套筒、懸掛彈簧、鏈輪、傳動鏈條及螺釘?shù)?。日本本田公司的摩托車用鈦零件研究始?955年賽車發(fā)動機(jī)使用的Ti-4A1-4Mn吸排氣閥。1962年對RCll2賽車用鈦制連桿、閥彈簧護(hù)筒、挺桿、凸輪傳動件等進(jìn)行了已經(jīng)，但一部分沒有達(dá)到實(shí)用。1987年Ti-15A1-4V發(fā)動機(jī)連桿最先用于VFR750R型普通二輪摩托車上。1997年鈦制消音器首次出現(xiàn)在售后服務(wù)市場上，此后各種鈦制零部件就被廣泛的應(yīng)用到摩托車上[40]，見圖4。普通摩托車車體部件的排氣管和消音器是車體的大型構(gòu)件，材料使用量多，與發(fā)動機(jī)零件相比，更要求低成本化。據(jù)《中國有色金屬報》報道，2008年，美國推出一款名為Ecosse的摩托車，是世界首臺采用全鈦車架的摩托車，車身僅重440磅。這輛豪華摩托車的售價為27.5萬美元。

4．3 自行車 鈦?zhàn)钤缬?0年代中期開始在自行車上應(yīng)用，車架主要由工業(yè)純鈦、Ti-6Al-4V、Ti-3A1-2.5V合金管材加工而成。美國Litespeed公司生產(chǎn)鈦車架平均重量為1.5 kg。意大利Campagnolo公司利用鈦及鈦合金制造競賽用自行車的多種零部件，包括：封裝變速機(jī)用銷、左旋螺母、無銷曲柄軸、前后輪轂軸、左右腳蹬軸等。圖5是日本Panasonic公司生產(chǎn)的鈦?zhàn)孕熊?。近年來，鈦?zhàn)孕熊囋谖覈〉昧撕芸斓陌l(fā)展。2004年“捷安特杯”全國自行車BMX冠軍賽上所使用的鈦合金自行車，可以承受從幾米高的地方摔下的沖力。我國是一個自行車的王國，年產(chǎn)量為5000萬輛。隨著鈦技術(shù)的進(jìn)步和鈦材成本的降低，鈦在自行車上的應(yīng)用將有廣闊的市場。

5.鈦在建筑上的應(yīng)用

5．1建筑裝飾 建筑用鈦有近40年的歷史，在幾百例建筑中得以應(yīng)用。目前，日本、美國、中國、英國、蘇格蘭、法國、德國、西班牙、荷蘭、比利時、瑞士、瑞典、加拿大、秘魯、新加坡和埃及等均有建筑物使用了鈦。鈦?zhàn)鳛檠b飾材料主要有以下幾個特點(diǎn)：(1)輕量、強(qiáng)度好且不易生銹；(2)可根據(jù)需要調(diào)整和控制色彩；(3)與其他材料極易相配，重點(diǎn)使用可提高附加值[41]。

日本于1973年建筑了世界首例鈦屋頂(Hayasuihime神廟)，其后在日本真光明教堂神殿屋頂上用鈦量達(dá)90～120t[42]。1986~2003年，在583個項(xiàng)目上用鈦總量為2163t(其中298項(xiàng)為屋頂，用鈦1413.6t；127項(xiàng)為幕墻，用鈦627.8 t) [43]。目前，日本國內(nèi)建材用鈦每年約200 t左右。新日鐵公司以其卓越的冷軋、表面處理技術(shù)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)質(zhì)量高、設(shè)計別具匠心的鈦建材。

美國Timet為了推動鈦在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)程，不僅能提供各種各樣的產(chǎn)品，而且還提出了100年的質(zhì)量保證。Timet于1997年10月為西班牙畢爾巴鄂·古根海姆(Bilbao Guggenheim)博物館的外壁提供外裝飾鈦板80t，成為歐美建筑用鈦的先驅(qū)。法國阿布扎比機(jī)場屋頂選用了鈦，結(jié)構(gòu)用鈦量將達(dá)800t，該機(jī)場是世界上第一個機(jī)場用鈦?zhàn)鳛榻ㄖ锝Y(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范例。紐約Conde Nasta公司大樓的咖啡館的內(nèi)裝也使用了5 t左右的鈦材。

中國的杭州大劇院坐落在錢江新城南端，總占地面積10萬m2，后屋蓋金屬幕墻采用了鈦金屬板，使用工業(yè)純鈦板6000余塊，重160 t，成為國內(nèi)第一家大型建筑用鈦?zhàn)疃嗟墓こ?。國家大劇院總建筑面積21.75萬m2，中心建筑為獨(dú)特的殼體造型，殼體表面由18398塊鈦金屬板和1226塊超白玻璃巧妙拼接而成(圖6)。鈦包層總面積為36000 m[2]，使用鈦材60 t。這兩個工程的建成大大推動了鈦在我國建筑業(yè)的應(yīng)用[32]。

5．2海洋建筑海洋建筑面臨的主要問題是海水腐蝕，鈦材由于具有優(yōu)越的耐腐蝕性能成為海洋建筑的首選材料，日本在海洋用鈦方面成績顯著。東京灣橫跨道路橋的12座橋樁采用了鈦包覆鋼板，是最早利用鈦進(jìn)行防腐蝕處理的應(yīng)用實(shí)例，用鈦量達(dá)80 t。該工程于1993年完工，13年后的2006年對橋樁的腐蝕情況進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)和竣工時幾乎沒有變化，充分說明了鈦在海洋建筑中防腐效果非常優(yōu)異，見圖7[3]。鈦在海洋建筑中的使用實(shí)例還有：日本夢舞大橋浮橋、神戶機(jī)場聯(lián)絡(luò)橋、廣島高速公路猿猴川橋梁等，用鈦量分別為36，30，22 t。

6.鈦在其他方面的應(yīng)用

如今，鈦已被廣泛應(yīng)用于生活的方方面面，并將在很大程度上改變我們的生活[44-49]。

兵器工業(yè)中，鈦被應(yīng)用于：坦克、戰(zhàn)車、導(dǎo)彈、大小炮體、機(jī)槍、噴火器、頭盔、防彈衣、防爆手套等。

冶金工業(yè)中，鈦被應(yīng)用于：耐腐蝕容器、電解槽、反應(yīng)器、濃縮器、分離器、熱交換器、冷卻器、各種泵和閥、渦輪葉片、連接配管、配件等。

海洋工程中，鈦被用于：海水淡化、海洋石油鉆探、海洋熱能轉(zhuǎn)換電站。

運(yùn)動器械方面，鈦被用于：高爾夫球桿、球頭、網(wǎng)球拍、擊劍保護(hù)面罩、寶劍、短跑鞋釘、登山工具、滑雪板、滑雪鞋、滑雪杖、冰刀、潛水衣、釣具、帳篷桿等。

生活用品方面，鈦被用于：眼鏡架、手表、電腦、照相機(jī)、游戲機(jī)、手機(jī)、天線、樂器、廚房用具、工藝品等。

醫(yī)療器械方面，鈦被用于：頭顱骨、心臟盒、起搏器、人工關(guān)節(jié)、牙弓絲、血管支架、假肢、骨髓針、醫(yī)療工具、光催化劑等。