鈦的應(yīng)用 |
作者:daisy 發(fā)布時(shí)間:2012-04-07 瀏覽:3220次 |
1.鈦在航空航天上的應(yīng)用 多年來(lái),為了滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求,各國(guó)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(guó)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(jì)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(guó)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(guó)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(lái)開(kāi)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(jì)生產(chǎn)的世界最大的客機(jī),于2005年10月29日在德國(guó)法蘭克福順利完成全球首次機(jī)場(chǎng)兼容性認(rèn)證測(cè)試。A380在設(shè)計(jì)時(shí)便考慮到與目前機(jī)場(chǎng)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]。
根據(jù)國(guó)際大型飛機(jī)的用鈦情況,有專家預(yù)測(cè)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(dòng)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。“徘徊者”衛(wèi)星和助推器共用了14個(gè)鈦容器,共減輕重量272kg。(2)貯存液體推進(jìn)劑的壓力容器。“阿波羅”飛船上使用了50個(gè)左右的壓力容器,有85%是鈦制的。大力神Ⅲ過(guò)渡級(jí)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)殼體?!懊癖敝揠H導(dǎo)彈第二級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用了Ti64合金重量減輕30%~40%。(4)液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。“阿波羅”登月艙下降發(fā)動(dòng)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。“水星”號(hào)宇宙飛船的壓力艙主要為鈦材,占座艙重量的80%。“雙子星座”號(hào)宇宙飛船所用鈦合金牌號(hào)有7種,使用鈦件570kg,占結(jié)構(gòu)重量的84%?!鞍⒉_”號(hào)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 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(guó)際領(lǐng)先地位,也是用鈦合金最先建造耐壓殼體的國(guó)家。高峰時(shí)期,潛艇用鈦合金厚板和管材的年產(chǎn)量曾達(dá)萬(wàn)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(hào)全鈦核潛艇于1968年12月下水,己運(yùn)行了30多年,到過(guò)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(guò)任何事故。俄羅斯于1970年建造第一艘“ALFA”級(jí)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(dòng)性能良好。鈦在船舶上使用的典型例子是俄羅斯臺(tái)風(fēng)級(jí)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(wú)磁性、下潛深、航速快、噪音小、維修次數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)。艇長(zhǎng)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(shí)50km,最大下潛深度500m,持續(xù)潛航時(shí)間達(dá)到120d。該艇于1977年開(kāi)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。
2.3深潛器、救援艇,及其他艦船 美國(guó)、日本、法國(guó)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(guó)Aivin號(hào)、Sea—Cliff號(hào)深潛器的殼體;Ti-6A1-4V ELI合金用于法國(guó)SM97號(hào)、美國(guó)Aivin號(hào)的浮力球、日本“深海2000”號(hào)、美國(guó)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(dòng)力破冰船上使用的鈦制蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器,比不銹鋼制品的使用壽命延長(zhǎng)數(shù)十倍。鈦合金聲納導(dǎo)流罩應(yīng)用于庫(kù)爾斯克號(hào)核潛艇、“明斯克”航母、“基輔”號(hào)航母,以及我國(guó)購(gòu)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(guò)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 熱交換器:傳熱效率高,重量輕,使用周期長(zhǎng),結(jié)疤速度慢,清洗時(shí)間短,壽命長(zhǎng),可使用25年。鈦陽(yáng)極:使用壽命延長(zhǎng)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(dòng)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(guò)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(gè)降低、三個(gè)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(shí)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
近年來(lái),美國(guó)、歐洲、日本都已制定了未來(lái)汽車的發(fā)展規(guī)劃。美國(guó)自1993年開(kāi)始制定并實(shí)施“PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)計(jì)劃”,美國(guó)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(guó)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(jì)劃對(duì)未來(lái)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(lái)20年內(nèi),家用汽車要減重40%的減重目標(biāo)[39]。類似的計(jì)劃還有歐洲的“明日汽車計(jì)劃”、日本的“高效清潔能源汽車開(kāi)發(fā)計(jì)劃”,中國(guó)政府也有相應(yīng)的汽車行業(yè)振興規(guī)劃。毫無(wú)疑問(wèn),鈦將作為實(shí)現(xiàn)新型汽車計(jì)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(dòng)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(dòng)機(jī)使用的Ti-4A1-4Mn吸排氣閥。1962年對(duì)RCll2賽車用鈦制連桿、閥彈簧護(hù)筒、挺桿、凸輪傳動(dòng)件等進(jìn)行了已經(jīng),但一部分沒(méi)有達(dá)到實(shí)用。1987年Ti-15A1-4V發(fā)動(dòng)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(chǎng)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(jiàn)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(dòng)機(jī)零件相比,更要求低成本化。據(jù)《中國(guó)有色金屬報(bào)》報(bào)道,2008年,美國(guó)推出一款名為Ecosse的摩托車,是世界首臺(tái)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(jià)為27.5萬(wàn)美元。
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(gè)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(guó)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(jì)別具匠心的鈦建材。 美國(guó)Timet為了推動(dòng)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(guó)阿布扎比機(jī)場(chǎng)屋頂選用了鈦,結(jié)構(gòu)用鈦量將達(dá)800t,該機(jī)場(chǎng)是世界上第一個(gè)機(jī)場(chǎng)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(guó)的杭州大劇院坐落在錢江新城南端,總占地面積10萬(wàn)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(guó)內(nèi)第一家大型建筑用鈦?zhàn)疃嗟墓こ?。?guó)家大劇院總建筑面積21.75萬(wàn)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(gè)工程的建成大大推動(dòng)了鈦在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用[32]。
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(dòng)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(lè)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。 |
1.鈦在航空航天上的應(yīng)用 多年來(lái),為了滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求,各國(guó)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(guó)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(jì)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(guó)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(guó)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(lái)開(kāi)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(jì)生產(chǎn)的世界最大的客機(jī),于2005年10月29日在德國(guó)法蘭克福順利完成全球首次機(jī)場(chǎng)兼容性認(rèn)證測(cè)試。A380在設(shè)計(jì)時(shí)便考慮到與目前機(jī)場(chǎng)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]。
根據(jù)國(guó)際大型飛機(jī)的用鈦情況,有專家預(yù)測(cè)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(dòng)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(gè)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(gè)左右的壓力容器,有85%是鈦制的。大力神Ⅲ過(guò)渡級(jí)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)殼體?!懊癖敝揠H導(dǎo)彈第二級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用了Ti64合金重量減輕30%~40%。(4)液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體?!鞍⒉_”登月艙下降發(fā)動(dòng)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?hào)宇宙飛船的壓力艙主要為鈦材,占座艙重量的80%?!半p子星座”號(hào)宇宙飛船所用鈦合金牌號(hào)有7種,使用鈦件570kg,占結(jié)構(gòu)重量的84%。“阿波羅”號(hào)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 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(guó)際領(lǐng)先地位,也是用鈦合金最先建造耐壓殼體的國(guó)家。高峰時(shí)期,潛艇用鈦合金厚板和管材的年產(chǎn)量曾達(dá)萬(wàn)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(hào)全鈦核潛艇于1968年12月下水,己運(yùn)行了30多年,到過(guò)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(guò)任何事故。俄羅斯于1970年建造第一艘“ALFA”級(jí)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(dòng)性能良好。鈦在船舶上使用的典型例子是俄羅斯臺(tái)風(fēng)級(jí)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(wú)磁性、下潛深、航速快、噪音小、維修次數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)。艇長(zhǎng)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(shí)50km,最大下潛深度500m,持續(xù)潛航時(shí)間達(dá)到120d。該艇于1977年開(kāi)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。
2.3深潛器、救援艇,及其他艦船 美國(guó)、日本、法國(guó)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(guó)Aivin號(hào)、Sea—Cliff號(hào)深潛器的殼體;Ti-6A1-4V ELI合金用于法國(guó)SM97號(hào)、美國(guó)Aivin號(hào)的浮力球、日本“深海2000”號(hào)、美國(guó)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(dòng)力破冰船上使用的鈦制蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器,比不銹鋼制品的使用壽命延長(zhǎng)數(shù)十倍。鈦合金聲納導(dǎo)流罩應(yīng)用于庫(kù)爾斯克號(hào)核潛艇、“明斯克”航母、“基輔”號(hào)航母,以及我國(guó)購(gòu)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(guò)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 熱交換器:傳熱效率高,重量輕,使用周期長(zhǎng),結(jié)疤速度慢,清洗時(shí)間短,壽命長(zhǎng),可使用25年。鈦陽(yáng)極:使用壽命延長(zhǎng)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(dòng)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(guò)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(gè)降低、三個(gè)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(shí)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
近年來(lái),美國(guó)、歐洲、日本都已制定了未來(lái)汽車的發(fā)展規(guī)劃。美國(guó)自1993年開(kāi)始制定并實(shí)施“PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)計(jì)劃”,美國(guó)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(guó)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(jì)劃對(duì)未來(lái)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(lái)20年內(nèi),家用汽車要減重40%的減重目標(biāo)[39]。類似的計(jì)劃還有歐洲的“明日汽車計(jì)劃”、日本的“高效清潔能源汽車開(kāi)發(fā)計(jì)劃”,中國(guó)政府也有相應(yīng)的汽車行業(yè)振興規(guī)劃。毫無(wú)疑問(wèn),鈦將作為實(shí)現(xiàn)新型汽車計(jì)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(dòng)鏈條及螺釘?shù)取H毡颈咎锕镜哪ν熊囉免伭慵芯渴加?955年賽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用的Ti-4A1-4Mn吸排氣閥。1962年對(duì)RCll2賽車用鈦制連桿、閥彈簧護(hù)筒、挺桿、凸輪傳動(dòng)件等進(jìn)行了已經(jīng),但一部分沒(méi)有達(dá)到實(shí)用。1987年Ti-15A1-4V發(fā)動(dòng)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(chǎng)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(jiàn)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(dòng)機(jī)零件相比,更要求低成本化。據(jù)《中國(guó)有色金屬報(bào)》報(bào)道,2008年,美國(guó)推出一款名為Ecosse的摩托車,是世界首臺(tái)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(jià)為27.5萬(wàn)美元。
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(gè)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(guó)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(jì)別具匠心的鈦建材。 美國(guó)Timet為了推動(dòng)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(guó)阿布扎比機(jī)場(chǎng)屋頂選用了鈦,結(jié)構(gòu)用鈦量將達(dá)800t,該機(jī)場(chǎng)是世界上第一個(gè)機(jī)場(chǎng)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(guó)的杭州大劇院坐落在錢江新城南端,總占地面積10萬(wàn)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(guó)內(nèi)第一家大型建筑用鈦?zhàn)疃嗟墓こ?。?guó)家大劇院總建筑面積21.75萬(wàn)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(gè)工程的建成大大推動(dòng)了鈦在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用[32]。
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(dòng)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(lè)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。 |