浅析钛材的发展趋势

王朋

摘 要：本文从钛材的发展历程入手，对不同钛材如钛板卷、钛棒、钛锻件的发展趋势进行了分析，从而探究了钛材的发展趋势。

关键词：钛材、发展、趋势

钛与它的合金拥有耐腐蚀、耐高温、高强度、低磁性、低阻尼的特点，且与碳复合材料具有较好的相容性，同时还拥有形状记忆、超导、储氢特性等优点，在海陆空都有着极其广泛的应用，是目前最具有研究价值的金属材料之一，被人们形象的称为：“战略金属”、“海洋金属”、“太空金属”。钛在生产生活中的使用，展现出了一个国家的综合实力，是高新技术产业发展中必须的关键材料。换句话说，钛材的使用多少是衡量一个国家发达程度的标志。

一、钛材的发展历程

早在上个世纪50年代北京有色金属试验所就已经对如何从钛铁精矿中提取钛展开了研究，并在之后几年和北京有色金属设计院展开了合作，设计了一个年产能在60吨到100吨之间的海绵钛实验工厂。该工厂通过使用硬化法提取纯钛来得到高纯钛，并且能够达到工业化生产的要求。在之后几年中，该厂积极地改进生产工艺，引进先进的生产设备，大大提升了生产效率与产品质量，使产能从之前的60吨逐步扩展到了800吨。与此同时，在钛合金的加工上，我国组建了宝鸡有色金属研究所，它是我国第一个专门从事稀有金属材料研究的单位。到了上个世纪70年代初期，我国已经在钛工业与钛应用的推广上形成了一套完整的体系。目前，随着社会经济的不断发展，我国钛、钛材的生产日益集中，例如，遵义钛厂钛生产能力达到了我国钛生产量的四分之三；钛材的生产量以宝鸡有色金属加工厂为主，产量达到了我国的90%，并且已经拥有了年产3650吨海绵钛与2800吨加工材的生产能力，大大推动了我国钛工业的发展，使钛的生产研究在我国国民经济中起着越发重要的战略作用。

二、各种钛材产品的发展趋势

钛材产品多种多样，有冷卷、热卷、钛钢复合板、单张板、宽厚板等，能够满足不同中端产品的使用需求。钛冷卷在2017年的需求达到了9000吨左右，相比于2016年提升了约500吨。钛冷轧卷多使用在电力、化工、海水淡化、制盐等行业，海水淡化是其增长的主要来源；钛热卷在2017年的需求量达到了约15500吨相比上年提高了1500吨，年增长率约10%，其主要使用在电力、化工、海水淡化、制盐等行业中，预计随着海水淡化产业的不断发展，对钛热卷的需求也会不断增加；钛单板在2017年的需求约6800吨，相比于2016年增加了约800吨，增长率为12%，其主要使用在电力、化工、海水淡化、体育、医用等行业，主要增长的部分是海水淡化，其或将成为钛单板的重要增长动力；钛宽厚板的消费与生产能力展示出一个国家的钛材价值链水平，其2017需求达到了4000吨，比上一年略有提升，预估在2018年产量将翻一番，这也表现出我国钛工业的快速进步。钛宽厚板大量使用在舰船、核电、石化等领域，其主要的增长的动力来源于舰船与核电两个方面；钛钢复合板在供给侧改革的调整、升级的过程中逐渐稳定，年消费量在七万到八万吨之间，主要使用在石化、化工、电力等行业；钛棒在2017年的需求量约为12000吨，相比于上一年提升了近900吨，增长率达到了9%，钛棒主要使用在航天、航空等领域，是钛单板需求量提升的主要动力；钛锻件在2017年的需求达到了约3300吨，相比于上一年提升了300吨，增长率达到了10%，主要也是使用在航空、航天等方面，是将来钛单板的主要增长动力。

三、钛材的最新技术运用

于文艳等研究了在舰船冷凝器中使用钛管的优点，介绍了钛材在舰船冷凝器中的使用情况。经过比较，进一步证实了具有优异性能的钛材在舰船冷凝器中具有十分宽广的使用前景；石湘伟等使用钛材对二蒸加热器、液氨泵、尿素甲氨泵等展开了改造，极大的延长了设备的使用时间。该技术的成功运用，对于那些在腐蚀介质中使用的设备及尿素系统都具有十分重要的意义[1]；

白彬等分析了轴表面磁控溅射离子镀Ti/复合镀层中Ti膜在某些环境中的外部化学结构改变，并和块状金属Ti的行为展开了分析。分析结果显示，Ti膜表面结构根据氧化温度与氧分压的变化而改变，同时对基体有着较强的保护作用；席艳君等使用磁控溅射的方式分析了纳米化对Ti-48Al-8Cr-2Ag合金抗腐蚀与抗氧化能力的影响，研究结果显示溅射纳米晶涂层在某些地方产生了氧化铝保护膜，极大的增强了其抗腐蚀性能[2]；

王志伟对TiAl基合金展开了探究。该合金是具有很好的发展潜力的高温结构材料，使用最新的机械活化法，能够快速的制作本材料。并且还对放电等离子烧结等新兴纳米固体材料的制备展开了研究；邵亚薇等分析了使用Ti纳米粒子对环氧涂层防护性能的作用。研究显示，使用Ti纳米粒子能够增强环氧涂层的防护能力，增加量在0.5%时能够达到最佳效果。原因是增加Ti纳米粒子虽能提升涂层孔隙率，可Ti纳米粒子和环氧树脂间能够互相影响，进而提升涂层对腐蚀介质的屏蔽能力，增强涂层的防护性能[3]；

胡俊华等使用LPD（液相沉积法）在变形镁合金AZ31外部形成了TiO 薄膜，这个薄膜是由锐钛型TiO 颗粒形成。研究显示，沉积时间与水解温度极大的影响着薄膜的保护效果；35摄氏度恒温水解，沉积20小时，在400摄氏度下烧结2个小时所产生的薄膜具有最佳的保护效果；杜敏等使用动电位极化技术和失重法分析了Q235B碳钢/TA2钛与Q235B碳钢/TA2钛/海军黄铜在海水中的电偶腐蚀规律。研究显示，以上几种金属形成的电偶对，被碳钢所保护；刘广录等分析了不同SiC含量的Ti SiC /SiC复合材料在960摄氏度的恒温与循环氧化行为。研究显示，SiC的多少极大的影响着复合材料的抗氧化性[4]。

四、钛材的应用前景

我国是世界上钛资源储量最多的国家，占到了已知钛资源的3/5。在几十年的不斷探索中， 我国已经掌握了钛资源在防腐领域上的使用，并且在向军事、民用方向不断拓展。现在我国钛材相关行业与发达国家的主要差距在于我国现在的钛工业生产规模较小，还没有达到经济规模；工艺技术较差；产品种类很少、且较为低端；产品质量稳定性差、没有国际竞争力等。所以在钛材的使用中，其一要不断完善发展适合我国的钛资源特点的镁热法生产钛的流程与设备，加强应用研究，使得钛及其合金的耐蚀性能发挥出最佳的效果；其二，目前国内外的市场还十分宽阔，需求量很大，加紧研制出成本低、质量好的钛材产品迫在眉睫。不久前科技部已经把钛及钛合金列入我国优先发展的高新技术产品，对钛材的应用发展从政策上予以支持；其三要加紧健全选矿、钛冶炼、钛合金加工等方面的制度，协调供需关系，使得各个企业合理分工，从而推动我国钛行业的发展。

结语：

在“十九大”后，我国提出的“一路一带”的战略规划逐步进入区域产能一体化实施阶段，而钛产业将重新使用价值链把“一带一路”上的国家高质量钛矿、钛白粉与冶炼低消耗系统展开结合，从而使我国钛材的应用得到不断发展。

参考文献：

[1] 于文艳，黄渭堂.钛材在舰船冷凝器中的应用前景〔J〕.应用科技，2000，7：7.

[2] 席艳君，贺连龙，王福会.纳米化对Ti- 48A1- 8Cr- 2Ag合金抗氧化和抗腐蚀性能的影响〔J〕.中国腐蚀与防护学报，2005，3：135.

[3] 王志伟. Ti-Al-Al2O3纳米粉体的机械活化-放电等离子烧结〔J〕.材料保护，2005，9：54.

[4] 胡俊华，关绍康.镁合金负载TiO2薄膜的耐腐蚀性能研究〔J〕.腐蚀科学与防护技术，2006，3：161.