淺析鈦材的發(fā)展趨勢(shì)

王朋

摘 要：本文從鈦材的發(fā)展歷程入手，對(duì)不同鈦材如鈦板卷、鈦棒、鈦鍛件的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，從而探究了鈦材的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鈦材、發(fā)展、趨勢(shì)

鈦與它的合金擁有耐腐蝕、耐高溫、高強(qiáng)度、低磁性、低阻尼的特點(diǎn)，且與碳復(fù)合材料具有較好的相容性，同時(shí)還擁有形狀記憶、超導(dǎo)、儲(chǔ)氫特性等優(yōu)點(diǎn)，在海陸空都有著極其廣泛的應(yīng)用，是目前最具有研究?jī)r(jià)值的金屬材料之一，被人們形象的稱(chēng)為：“戰(zhàn)略金屬”、“海洋金屬”、“太空金屬”。鈦在生產(chǎn)生活中的使用，展現(xiàn)出了一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中必須的關(guān)鍵材料。換句話(huà)說(shuō)，鈦材的使用多少是衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。

一、鈦材的發(fā)展歷程

早在上個(gè)世紀(jì)50年代北京有色金屬試驗(yàn)所就已經(jīng)對(duì)如何從鈦鐵精礦中提取鈦展開(kāi)了研究，并在之后幾年和北京有色金屬設(shè)計(jì)院展開(kāi)了合作，設(shè)計(jì)了一個(gè)年產(chǎn)能在60噸到100噸之間的海綿鈦實(shí)驗(yàn)工廠(chǎng)。該工廠(chǎng)通過(guò)使用硬化法提取純鈦來(lái)得到高純鈦，并且能夠達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。在之后幾年中，該廠(chǎng)積極地改進(jìn)生產(chǎn)工藝，引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，大大提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)能從之前的60噸逐步擴(kuò)展到了800噸。與此同時(shí)，在鈦合金的加工上，我國(guó)組建了寶雞有色金屬研究所，它是我國(guó)第一個(gè)專(zhuān)門(mén)從事稀有金屬材料研究的單位。到了上個(gè)世紀(jì)70年代初期，我國(guó)已經(jīng)在鈦工業(yè)與鈦應(yīng)用的推廣上形成了一套完整的體系。目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)鈦、鈦材的生產(chǎn)日益集中，例如，遵義鈦廠(chǎng)鈦生產(chǎn)能力達(dá)到了我國(guó)鈦生產(chǎn)量的四分之三；鈦材的生產(chǎn)量以寶雞有色金屬加工廠(chǎng)為主，產(chǎn)量達(dá)到了我國(guó)的90%，并且已經(jīng)擁有了年產(chǎn)3650噸海綿鈦與2800噸加工材的生產(chǎn)能力，大大推動(dòng)了我國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展，使鈦的生產(chǎn)研究在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越發(fā)重要的戰(zhàn)略作用。

二、各種鈦材產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)

鈦材產(chǎn)品多種多樣，有冷卷、熱卷、鈦鋼復(fù)合板、單張板、寬厚板等，能夠滿(mǎn)足不同中端產(chǎn)品的使用需求。鈦冷卷在2017年的需求達(dá)到了9000噸左右，相比于2016年提升了約500噸。鈦冷軋卷多使用在電力、化工、海水淡化、制鹽等行業(yè)，海水淡化是其增長(zhǎng)的主要來(lái)源；鈦熱卷在2017年的需求量達(dá)到了約15500噸相比上年提高了1500噸，年增長(zhǎng)率約10%，其主要使用在電力、化工、海水淡化、制鹽等行業(yè)中，預(yù)計(jì)隨著海水淡化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)鈦熱卷的需求也會(huì)不斷增加；鈦單板在2017年的需求約6800噸，相比于2016年增加了約800噸，增長(zhǎng)率為12%，其主要使用在電力、化工、海水淡化、體育、醫(yī)用等行業(yè)，主要增長(zhǎng)的部分是海水淡化，其或?qū)⒊蔀殁亞伟宓闹匾鲩L(zhǎng)動(dòng)力；鈦寬厚板的消費(fèi)與生產(chǎn)能力展示出一個(gè)國(guó)家的鈦材價(jià)值鏈水平，其2017需求達(dá)到了4000噸，比上一年略有提升，預(yù)估在2018年產(chǎn)量將翻一番，這也表現(xiàn)出我國(guó)鈦工業(yè)的快速進(jìn)步。鈦寬厚板大量使用在艦船、核電、石化等領(lǐng)域，其主要的增長(zhǎng)的動(dòng)力來(lái)源于艦船與核電兩個(gè)方面；鈦鋼復(fù)合板在供給側(cè)改革的調(diào)整、升級(jí)的過(guò)程中逐漸穩(wěn)定，年消費(fèi)量在七萬(wàn)到八萬(wàn)噸之間，主要使用在石化、化工、電力等行業(yè)；鈦棒在2017年的需求量約為12000噸，相比于上一年提升了近900噸，增長(zhǎng)率達(dá)到了9%，鈦棒主要使用在航天、航空等領(lǐng)域，是鈦單板需求量提升的主要?jiǎng)恿?；鈦鍛件?017年的需求達(dá)到了約3300噸，相比于上一年提升了300噸，增長(zhǎng)率達(dá)到了10%，主要也是使用在航空、航天等方面，是將來(lái)鈦單板的主要增長(zhǎng)動(dòng)力。

三、鈦材的最新技術(shù)運(yùn)用

于文艷等研究了在艦船冷凝器中使用鈦管的優(yōu)點(diǎn)，介紹了鈦材在艦船冷凝器中的使用情況。經(jīng)過(guò)比較，進(jìn)一步證實(shí)了具有優(yōu)異性能的鈦材在艦船冷凝器中具有十分寬廣的使用前景；石湘?zhèn)サ仁褂免伈膶?duì)二蒸加熱器、液氨泵、尿素甲氨泵等展開(kāi)了改造，極大的延長(zhǎng)了設(shè)備的使用時(shí)間。該技術(shù)的成功運(yùn)用，對(duì)于那些在腐蝕介質(zhì)中使用的設(shè)備及尿素系統(tǒng)都具有十分重要的意義[1]；

白彬等分析了軸表面磁控濺射離子鍍Ti/復(fù)合鍍層中Ti膜在某些環(huán)境中的外部化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，并和塊狀金屬Ti的行為展開(kāi)了分析。分析結(jié)果顯示，Ti膜表面結(jié)構(gòu)根據(jù)氧化溫度與氧分壓的變化而改變，同時(shí)對(duì)基體有著較強(qiáng)的保護(hù)作用；席艷君等使用磁控濺射的方式分析了納米化對(duì)Ti-48Al-8Cr-2Ag合金抗腐蝕與抗氧化能力的影響，研究結(jié)果顯示濺射納米晶涂層在某些地方產(chǎn)生了氧化鋁保護(hù)膜，極大的增強(qiáng)了其抗腐蝕性能[2]；

王志偉對(duì)TiAl基合金展開(kāi)了探究。該合金是具有很好的發(fā)展?jié)摿Φ母邷亟Y(jié)構(gòu)材料，使用最新的機(jī)械活化法，能夠快速的制作本材料。并且還對(duì)放電等離子燒結(jié)等新興納米固體材料的制備展開(kāi)了研究；邵亞薇等分析了使用Ti納米粒子對(duì)環(huán)氧涂層防護(hù)性能的作用。研究顯示，使用Ti納米粒子能夠增強(qiáng)環(huán)氧涂層的防護(hù)能力，增加量在0.5%時(shí)能夠達(dá)到最佳效果。原因是增加Ti納米粒子雖能提升涂層孔隙率，可Ti納米粒子和環(huán)氧樹(shù)脂間能夠互相影響，進(jìn)而提升涂層對(duì)腐蝕介質(zhì)的屏蔽能力，增強(qiáng)涂層的防護(hù)性能[3]；

胡俊華等使用LPD（液相沉積法）在變形鎂合金AZ31外部形成了TiO 薄膜，這個(gè)薄膜是由銳鈦型TiO 顆粒形成。研究顯示，沉積時(shí)間與水解溫度極大的影響著薄膜的保護(hù)效果；35攝氏度恒溫水解，沉積20小時(shí)，在400攝氏度下燒結(jié)2個(gè)小時(shí)所產(chǎn)生的薄膜具有最佳的保護(hù)效果；杜敏等使用動(dòng)電位極化技術(shù)和失重法分析了Q235B碳鋼/TA2鈦與Q235B碳鋼/TA2鈦/海軍黃銅在海水中的電偶腐蝕規(guī)律。研究顯示，以上幾種金屬形成的電偶對(duì)，被碳鋼所保護(hù)；劉廣錄等分析了不同SiC含量的Ti SiC /SiC復(fù)合材料在960攝氏度的恒溫與循環(huán)氧化行為。研究顯示，SiC的多少極大的影響著復(fù)合材料的抗氧化性[4]。

四、鈦材的應(yīng)用前景

我國(guó)是世界上鈦資源儲(chǔ)量最多的國(guó)家，占到了已知鈦資源的3/5。在幾十年的不斷探索中， 我國(guó)已經(jīng)掌握了鈦資源在防腐領(lǐng)域上的使用，并且在向軍事、民用方向不斷拓展。現(xiàn)在我國(guó)鈦材相關(guān)行業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家的主要差距在于我國(guó)現(xiàn)在的鈦工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小，還沒(méi)有達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模；工藝技術(shù)較差；產(chǎn)品種類(lèi)很少、且較為低端；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、沒(méi)有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力等。所以在鈦材的使用中，其一要不斷完善發(fā)展適合我國(guó)的鈦資源特點(diǎn)的鎂熱法生產(chǎn)鈦的流程與設(shè)備，加強(qiáng)應(yīng)用研究，使得鈦及其合金的耐蝕性能發(fā)揮出最佳的效果；其二，目前國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)還十分寬闊，需求量很大，加緊研制出成本低、質(zhì)量好的鈦材產(chǎn)品迫在眉睫。不久前科技部已經(jīng)把鈦及鈦合金列入我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)品，對(duì)鈦材的應(yīng)用發(fā)展從政策上予以支持；其三要加緊健全選礦、鈦冶煉、鈦合金加工等方面的制度，協(xié)調(diào)供需關(guān)系，使得各個(gè)企業(yè)合理分工，從而推動(dòng)我國(guó)鈦行業(yè)的發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)：

在“十九大”后，我國(guó)提出的“一路一帶”的戰(zhàn)略規(guī)劃逐步進(jìn)入?yún)^(qū)域產(chǎn)能一體化實(shí)施階段，而鈦產(chǎn)業(yè)將重新使用價(jià)值鏈把“一帶一路”上的國(guó)家高質(zhì)量鈦礦、鈦白粉與冶煉低消耗系統(tǒng)展開(kāi)結(jié)合，從而使我國(guó)鈦材的應(yīng)用得到不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于文艷，黃渭堂.鈦材在艦船冷凝器中的應(yīng)用前景〔J〕.應(yīng)用科技，2000，7：7.

[2] 席艷君，賀連龍，王福會(huì).納米化對(duì)Ti- 48A1- 8Cr- 2Ag合金抗氧化和抗腐蝕性能的影響〔J〕.中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2005，3：135.

[3] 王志偉. Ti-Al-Al2O3納米粉體的機(jī)械活化-放電等離子燒結(jié)〔J〕.材料保護(hù)，2005，9：54.

[4] 胡俊華，關(guān)紹康.鎂合金負(fù)載TiO2薄膜的耐腐蝕性能研究〔J〕.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2006，3：161.