鈦的十大特性和三種特殊功能

鈦是元素周期表中原子序數(shù)為22的元素，第四周期的副族元素，即ⅣB族，這族元素除鈦以外，還有鋯、鉿，其共同特點(diǎn)是熔點(diǎn)高，常溫下在其表面形成穩(wěn)定的氧化膜。

鈦的十大特性

1、密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大

鈦的密度是4.51g/cm3，為鋼的57%，鈦比鋁重不到兩倍，強(qiáng)度比鋁大三倍。鈦合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度之比值）是常用工業(yè)合金中最大的（見表1)，鈦合金的比強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，鎂合金的1.7倍，所以是宇航工業(yè)必不可少的結(jié)構(gòu)材料。

表1 鈦與其他金屬密度和比強(qiáng)度的比較

2、耐蝕性能優(yōu)異

鈦的鈍性取決于氧化膜的存在，它在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性比在還原介質(zhì)中要好得多。在還原性介質(zhì)中會(huì)發(fā)生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質(zhì)中不被腐蝕，如海水、濕氯氣、亞氯酸鹽及次氯酸鹽溶液、硝酸、鉻酸、金屬氯化物、硫化物以及有機(jī)酸等?？墒窃谂c鈦反應(yīng)產(chǎn)生氫的介質(zhì)（例如鹽酸和硫酸）中，鈦通常具有較大的腐蝕率。但如果在酸中加入少量的氧化劑會(huì)使鈦表面形成一層鈍化膜。所以在強(qiáng)硫酸-硝酸或鹽酸-硝酸的混合液里，甚至在含游離氯的鹽酸中，鈦都是耐腐蝕的。鈦的保護(hù)性氧化膜經(jīng)常是當(dāng)金屬碰到水時(shí)形成的，即使少量的水或水蒸氣中也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強(qiáng)氧化性環(huán)境里，就會(huì)發(fā)生快速氧化并產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，甚至常出現(xiàn)自燃。鈦與含過量氧化氮的發(fā)煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應(yīng)就發(fā)生過這類現(xiàn)象。所以要預(yù)防發(fā)生這類反應(yīng)，必須有一定量的水分。

3、耐熱性能好

通常鋁在150℃，不銹鋼在310℃即失去了原有性能，而鈦合金在 500℃左右仍保持良好的力學(xué)性能。當(dāng)飛機(jī)速度達(dá)到音速的2.7倍時(shí)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)表面溫度達(dá)到230℃，鋁合金和鎂合金已不能使用，而鈦合金則能滿足要求。鈦的耐熱性能好，它用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的盤和葉片以及飛機(jī)后機(jī)身的蒙皮。

4、低溫性能好

某些鈦合金（如Ti-5AI-2.5SnELI）的強(qiáng)度隨溫度的降低而提高，但塑性降低得不多，在低溫下仍有較好的延展性及韌性，適宜在超低溫下使用。可以用干液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，或在載人飛船上作超低溫容器和貯箱使用。

5、無磁

鈦無磁性，它用于潛艇殼體，不會(huì)引起水雷的爆炸。

6、熱導(dǎo)率小

鈦與其他的金屬熱導(dǎo)率比較見表2。

表2 鈦與其他金屬的熱導(dǎo)率比較

鈦的熱導(dǎo)率小，僅為鋼的1/5，鋁的1/13，銅的1/25。導(dǎo)熱性不好是鈦的一個(gè)缺點(diǎn)，但在某些場(chǎng)合下可以利用鈦的這一特征。

7、彈性模量低

鈦與其他金屬的彈性模量比較見表3。

表3 鈦與其他金屬的彈性模量比較

鈦的彈性模量?jī)H為鋼的55％，作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，彈性模量低是個(gè)缺點(diǎn)。

8、抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度很接近

Ti-6AI-4V鈦合金抗拉強(qiáng)度為 960MPa，屈服強(qiáng)度為892MPa，兩者之間差只有58MPa，見表4。

表4 鈦與其他金屬抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比較

9、鈦在高溫下容易被氧化

鈦同氫氧的結(jié)合力強(qiáng)，要注意防止氧化和吸氫。鈦材焊接要在氬氣保護(hù)下進(jìn)行，防止污染。鈦管與薄板要在真空下熱處理，鈦鍛件的熱處理時(shí)要控制微氧化性氣氛。

10、抗阻尼性能低

用鈦及其他金屬材料（銅，鋼）制成形狀和大小完全一樣的鐘，用同等的力把每個(gè)鐘敲一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，用鈦?zhàn)龅溺娬袷幤饋砺曇舫掷m(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失，所以，我們說鈦的阻尼性能低。

鈦的三種特殊功能

01

形狀記憶功能

指的是Ti-50%Ni（原子）合金，在一定的溫度條件下，能夠恢復(fù)它原來形狀的本領(lǐng)，稱這種材料為形狀記憶合金。

02

超導(dǎo)功能

指的是Nb-Ti合金，當(dāng)溫度下降到接近絕對(duì)零度時(shí)，Nb-Ti合金制成的導(dǎo)線，會(huì)失去電阻，任意大的電流通過，導(dǎo)線都不會(huì)發(fā)熱，沒有能耗，Nb-Ti被稱為超導(dǎo)材料。

03

貯氫功能

指的是Ti-50%Fe（原子）合金，具有大量吸收氫氣的本領(lǐng)。利用Ti-Fe的這一特征，可把氫安全的貯存起來，即貯存氫不一定使用鋼制高壓氣瓶。在一定條件下還可以讓Ti-Fe把氫放出來，Ti-Fe被稱為貯能材料。