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一種“有生命的合金”-- 鈦合金彈簧
2022-03-25 10:50:07
你造嗎?鈦合金種類竟達數(shù)百種……
在說鈦合金之前，我們先來看看有色金屬。
平常我們所說的有色金屬是指鐵、鉻、錳三種金屬以外的所有金屬。廣義的有色金屬包括有色合金。
有色合金是以一種有色金屬為基體(通常大于50%)，加入一種或幾種其他元素而構成的合金。
有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，電阻比純金屬大、電阻溫度系數(shù)小，具有良好的綜合機械性能。常用的有色合金有鋁合金、銅合金、鎂合金、鎳合金、錫合金、鉭合金、鈦合金、鋅合金、鉬合金、鋯合金等。
現(xiàn)在，我們就來聊聊有色合金金屬里一種"有生命的合金"--鈦合金。
之所以聊鈦合金，是因為鈦合金以其優(yōu)異的特性，已被廣泛運用在各個領域。
從20世紀運用在各金屬機械的結構件到21世紀逐漸運用在人體內(nèi)，到現(xiàn)在變成可食用金屬合金容器，鈦合金的眾多優(yōu)異特性在不斷被發(fā)掘。
我國“十三五”戰(zhàn)略提出對鈦合金等高新材料要大力發(fā)展。
目前,世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種,最著名的合金有20～30種,如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等。
但目前，國人對它的認知度尚淺，這對鈦合金的發(fā)展有一定的阻礙作用。
所以，今天就來為大家介紹鈦合金，提高大家對這一有色合金的認知，讓鈦合金更深入地走進人們的日常生活：
一、鈦合金原理
鈦合金是以鈦為基礎加入其它元素組成的合金，鈦有兩種同質(zhì)異晶體：鈦是同素異構體，熔點為1720℃，在低于882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦;在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。
利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。
例如，當我們添加“鎳”金屬元素時，它就變成“鎳鈦形狀記憶合金”。
其在不同的相變溫度下，呈現(xiàn)不同的形狀。
但當其在受到有限度的塑性變形后，利用不同的方式，可都使其恢復到原來的形狀。
由它制成的溫控彈簧，利用鎳鈦形狀記憶合金的形狀記憶功能，已被運用在熱水器、溫控閥門、消防報警裝置及電器設備的保安裝置等。
二、鈦合金發(fā)展歷程及用途
鈦合金具有強度高而密度小，機械性能好，韌性和抗蝕性能好等優(yōu)點。
1948年，鈦的工業(yè)化生產(chǎn)開始。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長速度發(fā)展。
鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。
60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。
中國于1956年開始鈦和鈦合金研究;60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。
鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結構材料，比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比鋁、鋼強度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。
1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。
60年代開始鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替結構鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加，達到飛機結構重量的20%～25%。
70年代，鈦合金主要用于制造壓氣機部件，如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強度，耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構架和火箭殼體。
人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機 也都使用鈦合金板材焊接件。
鈦無毒、質(zhì)輕、強度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料，可用作植入人體的植入物等。
80年代，美國開始研制無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金，將其用于矯形術。隨后，日本、英國也進行研究，并取得一些進展。
到了21世紀，鈦合金已被廣泛運用在醫(yī)學領域，諸如制人造髖關節(jié)、膝關節(jié)、肩關節(jié)、脅關節(jié)、頭蓋骨及人體血管中等。
2017年，中國首創(chuàng)了直徑僅為0.06mm的鈦合金金屬絲--肺癌定位絲，可將其植入到肺癌患者肺部，對肺癌細胞精準定位，可長期不取。
鈦合金除在醫(yī)學領域中的運用，現(xiàn)在還被制作為食品容器，日益生活化。
未來，相信隨著醫(yī)療水平、科研水平的不斷提高，鈦合金的用途將被廣泛挖掘，也將會越來越多的被運用到人類生活中。
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