钛是什么

钛是一种很特别的金属，质地非常轻盈，却又十分坚韧和耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。钛的熔点与铂金相差不多，因此常用于航天.军工精密部件。加上电流和化学处理后，会产生不同的颜色。

钛如同它的名字一样是一种具有英雄气概的金属，银亮，轻盈，坚牢。在化学上，大名鼎鼎的强腐蚀剂“王水”能够吞噬白银、黄金，以至把号称“不锈”的不锈钢侵蚀，变得锈迹斑驳，面目全非。然而，“王水”对钛却无可奈何。在“王水”中浸泡了几年的钛，依旧锃亮，光彩照人！有优异的抗酸碱腐蚀性；若把钛加到不锈钢中，只加百分之一左右，就大大提高抗锈本领。常温时钛在空气中稳定；因为钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优良的特性，钛合金强度高，它密度小，强度大，密度是钢铁的一半而强度和钢铁差不多；钛既耐高温，又耐低温。在-253℃~500℃这样宽的温度范围内都能保持高强度。这些优点正是太空金属所必备的。钛的合金是制做火箭发动机的壳体及人造卫星、宇宙飞船的好材料。钛有“太空金属”之称。由于钛有这些优点，所以50年代以来，一跃成为突出的稀有金属。

钛是一种纯性金属，正因为钛金属的“纯”，

故物质和它接触的时候，不会产生化学反应。也就是说，因为钛的耐腐蚀性、稳定性高，使它在和人长期接触以后也不影响其本质，所以不会造成人的过敏，它是唯一对人类植物神经和味觉没有任何影响的金属。钛又被人们称为“亲生物金属”。钛在医学上有着独特的用途。在骨头损伤处，用钛片和钛螺丝钉固定好，过几个月，骨头就会长在钛片上和螺丝钉的螺纹里。新的肌肉就包在钛片上，这种“钛骨”就如真的骨头一样，甚至可以用钛制人造骨头来代替人骨治疗骨折。

由于钛的以上特性，它特有的银灰色调不论是高抛光.丝光.亚光都有很好的表现，是除贵金属铂，金以外最合适的首饰金属，在国外现代首饰设计中经常使用。但由于钛的加工技术要求很高，用普通设备很难浇铸成型，用普通工具又很难将它焊接起来，所以很难形成生产规模。因此，在国内首饰市场很难见到它的踪影，市场上俗称钛金。

钛金属具有未来性的特质，皆能增显气质，同时历久弥新，质地轻盈却格外坚固，是国际上流行的首饰用材。至于款型设计上，极简干净的切割，高度的设计性与低调的前卫风格，备受年轻白领的推崇。

钛的十大性能

1.密度小，比强度高

金属钛的密度为4.51g/cm3，高于铝而低于铁、铜、镍，但比强度位于金属之首， 2.耐腐蚀性能

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性介质中是耐腐蚀性的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一种致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀，即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315*c以下钛的氧化膜始终保持这一特性。

为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术。对钛的氧化膜起到了增强保护性作用。获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛-钼，钛-钯，钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2鈀合金，均获得了很好的使用效果。 3.耐热性能好

新型钛合金能在600*C或更高的温度下长期使用。 4.耐低温性能好

其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大，在-196-253*c低温下保持良好的延性及韧性。避免了金属冷脆性，是低温容器，贮箱等设备的理想材料。 5.抗阻尼性能强。

金属钛受到机械振动，电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长，利用钛的这一性能可做音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。 6.无磁性、无毒

钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相容性，所以被医疗界采用。 7.抗拉强度与其屈服强度接近

钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属太材料在成型是塑性变形差，由于钛的屈服极限与弹性膜量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。 8.换热性能好

金属态的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，使用壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热阻，钛表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。 9.弹性模量低

钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa，为钢的57%。

10.吸气性能

钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氧发生反应。

牌号 主要特性 用途举例 用于350℃以下、受力小的零件及冲压成工业纯钛 YA1、冲压性能优良。可进行各种形式的焊接,焊各种复杂形状的零件。如火电站凝汽器;接性能良好,焊接接头可达基体金属强度船用海水腐蚀的管道系统、阀门、泵;化的90%。易于锯和砂轮切割,机械加工性能工热交换器、泵体、蒸馏塔;海水淡化系YA2、YA3 良好。耐蚀性能优良 统、镀铂阳极;飞机的骨架、蒙皮、发动机部件、横梁等 具有良好的焊接性能,有较高的蠕变强度,TA6 但工艺可塑性较低,可热状态下变形,合金在承受轴向负荷时,对切口没有敏感性,切削性能尚好 冲压性能差,热塑性尚好。可进行各种形式TA7 的焊接,性能良好,焊接接头强度和塑性可做500℃以下长期工作的结构件,可做各与基体金属相等。机械加工性能与工业纯种模锻件 钛相同。耐蚀性良好,高温热稳定性良好 热塑性良好。可进行各种形式焊接,焊接性TA8 良好。机加工性与工业纯钛相同。抗氧化性良好 冲压性良好。可进行各种形式焊接,焊接性TC1 良好。机加工性与工业纯钛相同。抗氧化性良好 在350℃下,100h的持久强度在400MPa以TC2 上,热加工有良的塑性。加热到350-400℃,做500℃以下工作的零件、焊接件、模锻没有发脆倾向,因此,可用其焊接在高温下件和弯曲加工的零件等 工作的零件 冲压性差,热塑性良好。可进行各种形式的焊接,焊接接头强度可达基体金属强度TC4 90%。机械加工性能尚好,需要用硬质合金刀具,大走刀量、慢速,充分冷却。耐蚀性能良好,热稳定性好。是应用最广的钛合金之一 TC5 TC9 在350以下稳定,在更高的温度下塑性下降。在热状态下可进行锻造、冲压等变形 在350℃以下工作的零件 做400℃以下长期工作的零件 500℃以下长期工作零件。可以制造发动机压气机盘和叶片 400℃以下工作的零件及焊接件 做400℃以下工作的零件。适于各种板材，冲压和焊接零件 热塑性尚好。机加工性与TC4合金相同。400℃以下长期工作的零件。可制造压气抗蚀性高。热稳定性尚好 冲压性差,热塑性良好。可进行各种形式的焊接,焊接接头强度可达基体金属强度TC10 机盘和叶片 90%。机械加工性能与TC4合金相同 。耐做450℃以下长期工作的零件 蚀性能好。热稳定性较好,热处理效果显著,淬透性好 钛的质轻，强度高，耐腐蚀性优异。但在冶炼、加工较困难，价格较贵，过去主要用在军品及部分转移价值高的民品上，部分人对其特性及使用要求缺乏全面了解，在设计、应用钛制品时难免失误，造成不必要的经济损失。笔者因工作关系，接触这方面问题较多，其中在铝阳极化上的应用，问题尢为突出。

一、 钛夹具的设计

钛用作电镀夹具，最有价值的莫过于铝阳极氧化。它不具有铝材夹具弹性差因而接触不牢靠，每次用后需退除氧化膜而寿命短的缺点，宜于推广应用。设计钛夹具时应注意的问题是： 1、钛材牌号

化学纯钛虽耐蚀性最好，但机械性能差，无工业应用价值。兼顾耐蚀性与机械性能，最常用的是在纯钛中含有少量铁、碳、氧、氮、氢的工业纯钛，国产牌号为TA1、TA2、TA3，其强度极限依次提高，延伸率依次下降。工业纯钛的供应状态一般为退火状态。

用作氧化挂具，一直或交替处于阳极（后者如交流氧化），工业纯钛的抗蚀性均能达到要求。一般情况下，其弹性已能满足要求。若要求弹性特高，应在选购钛材时特别定购未退火的或选用最常用的钛合金TA7或TC4等。 2、截面积

钛的导电性较差，近似于不锈钢。若以铜的导电率为100%，则钛仅为3.1%。工业纯钛在20℃时的电阻率为55.6微欧/厘米m2。为减小夹具上的电压损失及欧姆热，在设计夹具，特别是主杆的截面积时，不能取得太小（建议电流密度不大于2A/mm2）。 3、复合材质的连接

有时考虑到导电性，挂具主杆选用铜材，夹持工件部分选用钛材。应注意铜材与钛材之同是无法焊接的（钛只能与钛熔焊，不能与异金属焊，锡焊结合力亦很差）。只能采用铆接或螺栓压接。连接后，铜材部分必须进行良好的绝缘处理，往往比较困难。采用铜钛复合棒材做挂具主杆，既解决了导电问题，又解决了防腐和钛材焊接问题，是铝阳极化挂具最佳材料选择。 4、机械设计问题

设计夹具时应尽量避免有盲孔，过深的通孔和细深的丝孔。因钛难于攻丝，丝锥中有限切屑沟和钛的严重粘着作用会导致螺纹恶化及丝锥断裂。钛材弯折，必须有较大的弯曲半径，不能要求直角、死角。

二、 钛冷却器

铝件硫酸阳极化，特别是硬质氧化时，对溶液要进行降温。比起铅管或铁管包铅，钛显得优越得多，其应用也越来越多，但发现问题也较多。

1、耐蚀性问题

从热力学角度讲，钛很活泼，能从水中置换出氢。钛之所以耐蚀，是因为其表面很易生成氧化膜，几小时内达20埃左右，一个月后达30~40埃，其钝化系数达2.44（铁为0.18、镍为0.37、铬为0.74、铝为0.82），为易钝化金属，一旦钝化膜遭破坏，钛则很易被腐蚀。

在氧化性介质中，钛的耐蚀性良好（王水中也难溶），而在纯还原性介质中，钛的耐蚀性并不理想，如热盐酸、热硫酸、热磷酸、热草酸等，氢氟酸和氟硅酸、氟硼酸等氟化物，会严重腐蚀钛，根本不能采用。 在10~98%的硫酸中，钛的腐蚀率大于1.2毫米/年，随温度升高腐蚀加快。0℃时，钛耐20%硫酸腐蚀；室温下耐5%且溶氧的硫酸；100℃时仅在0.2%的硫酸中保持钝态。当硫酸中含有高价铁高介铜、铬酸根、二氧化锰、、氯气时，钛的耐蚀性即大大提高，对硫酸耐蚀性好的钛合金为Ti-32Mo-2Nb。

钛能耐冷却器中通入的冷水或氟里昂腐蚀，而接触硫酸液的一面，对于液温低于0℃的硬质氧化，耐蚀性尚好，对液温较高的普通装饰性氧化或硬质氧化，则耐蚀性不令人满意。建议采用下述措施：

（1） 必须在配制硫酸氧化液时，待液温冷却至室温后再放入冷却器，否则热硫酸会迅速破坏钛表面自然形成的钝化膜。

（2） 在放入溶液后即将冷却器接为阳极，阴极用铅板，以18~24伏直流电压人为氧化数小时，以增厚氧化膜。曾有报导，在5~10%硫酸铵溶液中用25伏直流电压对钛阳极处理72小时，氧化膜厚度可由几十埃增至3000~5000埃（在30%中外加1.28伏直流电压进行阳极氧化也很有效果）。

（3） 平时使用时可串接一电阻丝将冷却器与阳极相接，在处理工件时，施加阳极保护。可见报导有：对60℃、40%硫酸，阳极保护电流大于0.3MA/Cm2，外加电压+2.1V，维持钝态电流0.5~1.0MA/CM2，钛的腐蚀率降低了1100倍，仅0.005毫米/年。将钛冷却器与石墨。18~8不锈钢等电位比钛更正的金属接触，也能实现阳极保护。若为交流氧化，应另配小型直流电源及阴极铅板，进行阳极保护。 （4） 对溶液采用空气搅拌，不断输入氧化性物质氧气，也有利于钛的钝化。 2、蛇管式换成热器的设计问题 （1） 钛材

宜用工业纯钛TA1或TA2，不宜用一般钛合金。Ti-32M。-2Nb耐腐蚀性良好，但价格太贵，供货也困难。 （2） 壁厚与管径

钛的导热性较差，其导热系数比不锈钢略低，其中含有杂质时，导热系数还将下降。工业纯钛在25℃时导热系数为0.41卡/厘米·秒·C（铜为0.94铁为0.21）。因此制作换热器的钛管壁厚不过大，管径不过粗，以便在同等造价下增加换热面积。建议采用外径φ20、φ32、φ38等，壁厚1.5~2.5左右钛管（过薄，强度无问题，但考虑耐腐性，厚度不宜小于是1.2）。 （3） 弯曲半径

钛的回弹显著，远比钢大，是不锈钢冷成型时的2~3倍。弯管时宜冷序加工，不宜加热弯曲，否则材料易脆化。冷弯成型时，其弯曲半公式至少应为管径的2.5倍以上，不可设计过小更不能是死角。 （4） 焊接问题

由于钛的焊接处晶粒变应用于，有较大的残余应力，因而焊接处的耐蚀力会下降；若钛材中铁杂质含量高，在焊接处会发生选择性腐蚀；焊接处脆性大，钛对缺口敏感性较高。因此，冷却器应尽量要求减少焊接点，且要求焊缝尽量平滑。

在使用过程中，若钛材渗氢量大，达600PPM以上，则可焊性很差，损坏后的冷却器很难焊接修复。 3、管壳式换热器

有的大型氧化槽或连续氧化线采用在贮液槽中设列管式大型换热器连续通液冷却方式。钛质列管式