鈦的應(yīng)用
我們現(xiàn)在在這工作的每一個(gè)人對(duì)鈦都有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí),都知道鈦是一種比重輕,耐腐蝕,耐熱性好等許多優(yōu)良性能,被譽(yù)為“未來(lái)金屬”“二十一世紀(jì)金屬”是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。它有類(lèi)是鋁材的金屬色澤,大家也解了一些鈦材的有關(guān)知識(shí)。咱們先從海綿鈦談起,我國(guó)的鈦礦儲(chǔ)量是世界已探明儲(chǔ)量的64%左右,從礦石工業(yè)類(lèi)型上看,我國(guó)鈦資源主要是原生釩鈦磁鐵礦巖礦,其次是外生鈦鐵礦沙礦,第三是金紅石巖礦,第四是金紅石沙礦,我國(guó)鈦精礦產(chǎn)能只要分布在四川攀枝花,海南,廣西,攀枝花是我國(guó)最大的鈦精礦供應(yīng)基地,占中國(guó)市場(chǎng)的90%以上。鈦資源主要用來(lái)生產(chǎn)鈦白,金屬鈦(海綿鈦),含鈦鋼以及鈦焊絲和涂料。海綿鈦主要是通過(guò)鎂還原和鈉還原(蒸餾法)二種方法,其它方法還沒(méi)有工業(yè)化生產(chǎn)。2008年底,中國(guó)海綿鈦產(chǎn)量達(dá)到6萬(wàn)噸,居世界第一。鈦加工材2.7萬(wàn)噸左右,寶鈦2008年鈦加工材1.1萬(wàn)噸。鈦錠生產(chǎn)約5萬(wàn)噸。寶鈦只占1/5多。在中國(guó)化工用鈦是第一大戶(hù),占全國(guó)用鈦量的44%左右,航空航天占17%左右,體育休閑領(lǐng)域的用鈦量為16%,排行第三。(據(jù)2007年統(tǒng)計(jì))。在美國(guó)歐洲,鈦材主要用于航空航天領(lǐng)域,約占60%,在日本,鈦材主要用于化工.電力等領(lǐng)域,約占50%。而在中國(guó),主要應(yīng)用于化工.體有休閑等領(lǐng)域,約占70%。國(guó)外主要鈦材生產(chǎn)企業(yè)有美國(guó)鈦金屬,Timet,RTI國(guó)際金屬公司,Allegheny,日本的神戶(hù)制鐵.住友鈦和新日鐵。俄羅斯的VSMPO-AVISMA。
鈦棒是怎樣加工出來(lái)的,以前我們沒(méi)有接觸鈦的時(shí)候,對(duì)鈦都有一種神秘的感覺(jué)。的確,鈦是一種新興的金屬,在20世紀(jì)如果說(shuō)到鈦,我們無(wú)論老少很多人會(huì)感到很陌生,不要說(shuō)全國(guó),就是咱們寶雞號(hào)稱(chēng)是中國(guó)鈦城,知道鈦的人也不是很多。所以把鈦稱(chēng)作稀有金屬,曾經(jīng)成立的中國(guó)稀有稀土集團(tuán)中就有寶鈦集團(tuán)和遵義鈦業(yè)的身影,其實(shí)鈦元素在地球上并不是一個(gè)稀缺元素,在所有元素中排行老十,之所以把它排入稀有金屬,主要是冶煉困難,工藝復(fù)雜,造成生產(chǎn)成本高,所以市場(chǎng)售價(jià)就高。鈦材的價(jià)格大約是不銹鋼的十倍,是普通鋼的100倍左右。一般的地方是用不起的,到現(xiàn)在為止也只是用在航天航空軍工化工醫(yī)療等用得起或者非用不可的地方。中國(guó)民用市場(chǎng)在70年代中期才大量推廣應(yīng)用?,F(xiàn)在隨著鈦金屬應(yīng)用越來(lái)越廣泛,以及鈦的產(chǎn)能逐年大幅提高,知道和認(rèn)識(shí)鈦的人越來(lái)越多了。現(xiàn)在鈦的應(yīng)用除了國(guó)防工業(yè)的飛機(jī),火箭,導(dǎo)彈,潛艇以外,化工,醫(yī)學(xué),體育,汽車(chē),建筑,日常生活都有鈦及鈦合金的應(yīng)用。而且今后鈦的事業(yè)這塊蛋糕會(huì)越做越大,發(fā)展越來(lái)越快,應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鈦是個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。所以我們大家都應(yīng)該對(duì)我們的企業(yè)未來(lái)充滿信心。
為什么今天先講鈦的應(yīng)用,原因是我們每天都在鈦行業(yè)里工作,就應(yīng)該知道我們所生產(chǎn)的產(chǎn)品都用在哪些地方,不然,親戚朋友問(wèn)到你們鈦是干什么的,都用在什么地方,答不上來(lái)會(huì)很尷尬的。銷(xiāo)售部門(mén)的人知道了這些就知道到哪去找市場(chǎng),質(zhì)量部門(mén)的人知道了這些,就知道鈦材料的標(biāo)準(zhǔn)為什么要這樣要求。鈦元素是英國(guó)分析化學(xué)家格列高爾在1789年在英國(guó)的默納陳河谷中發(fā)現(xiàn)的,雖然他興趣極濃,但是并沒(méi)有引起人們的重視,直到二十世紀(jì)四五十年代才開(kāi)始開(kāi)發(fā)鈦的應(yīng)用,到現(xiàn)在也只有50多年的歷史,最開(kāi)始那是1954年美國(guó)人第一次煉出了鈦合金,也就是Ti—6AI—4V, 鈦的最早的應(yīng)用是從航空工業(yè)開(kāi)始的,后來(lái)在研制火箭.導(dǎo)彈.人造衛(wèi)星.和航天器材時(shí)就考慮到鈦的許多優(yōu)點(diǎn),也成為這些領(lǐng)域使用的重要材料之一。到現(xiàn)在也已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在民用及日用產(chǎn)品上。遍及各個(gè)行業(yè)。下面從12個(gè)方面講:
1、航空領(lǐng)域
鈦材料過(guò)去和現(xiàn)在最大的用戶(hù)都是航空業(yè),現(xiàn)在無(wú)論是軍用還是民用飛機(jī)都廣泛使用鈦及鈦合金材料,而且用量直接影響到鈦工業(yè)的興衰,如果世界經(jīng)濟(jì)步入衰退,將會(huì)直接反應(yīng)在世界的航空工業(yè)上,出行坐飛機(jī)的人少了,各國(guó)航空業(yè)蕭條了,飛機(jī)訂單就會(huì)少了,用鈦量也就少了。2001年美國(guó)9.11事件發(fā)生之后,世界航空業(yè)曾有過(guò)短暫一段低潮時(shí)期,出現(xiàn)了短期的調(diào)整,結(jié)果鈦行業(yè)也萎縮一段時(shí)間,目前美國(guó)爆發(fā)出次級(jí)債的風(fēng)波,導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)又處于一個(gè)動(dòng)蕩和緩慢衰退時(shí)期,世界經(jīng)濟(jì)也受到一定的影響,但目前還看不出對(duì)鈦工業(yè)有多大地影響。鈦在飛機(jī)上應(yīng)用主要有以下幾個(gè)地方。
(一)是發(fā)動(dòng)機(jī),每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦量占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的20~30%,主要是壓氣機(jī)的部件,包括葉片.輪轂.入口導(dǎo)向閥.和外殼。
(二)是飛機(jī)骨架,這方面用鈦的量也很大,因?yàn)殁伜辖鸬谋葟?qiáng)度高,做骨架鈦是所有金屬材料中的首選,大家知道我們國(guó)家也要制造大飛機(jī),其中一個(gè)很重要的硬件就是大噸位的鍛造機(jī),目前世界上最大的鈦合金模鍛機(jī)是俄羅斯的有七點(diǎn)五萬(wàn)噸,現(xiàn)在在西安閻良已經(jīng)立項(xiàng),準(zhǔn)備上八萬(wàn)噸的模鍛機(jī),第一期工程上四萬(wàn)噸的,投資1.95億元,2009年年底投產(chǎn),第二期工程上八萬(wàn)噸的,投資八點(diǎn)五億元。這些模鍛機(jī)鍛的什么材料呢,就是鈦合金材料的飛機(jī)骨架。尤其是機(jī)架的中段和后段。中段是機(jī)翼和機(jī)身連接段,是機(jī)架受力最大的部位,后段是發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝部位同樣是受力的重要部位。
(三)是起落架.支撐架等。飛機(jī)許多失事就是在起落之時(shí),因?yàn)轱w機(jī)起落時(shí)負(fù)荷和沖擊力很大,所以對(duì)起落架的要求很高。選擇鈦合金既保證高強(qiáng)度耐沖擊的性能要求,也比選用優(yōu)質(zhì)鋼材重量輕。
(四)是機(jī)翼外皮和內(nèi)部固定用的鉚接件,有的飛機(jī)選擇鈦材料做機(jī)翼外皮,主要是一些軍用飛機(jī),一架飛機(jī)上的鉚釘和緊固件上萬(wàn)個(gè),我們國(guó)家生產(chǎn)冷熱鉚釘和緊固件的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件廠就有三四個(gè),他們的工廠就是只生產(chǎn)各個(gè)型號(hào)的螺栓螺帽,鉚釘,絕大部分都是鈦和鈦合金材料的。。
那么一架飛機(jī)要用多少鈦呢?舉一個(gè)例子,大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)美國(guó)的波音747飛機(jī),一架這個(gè)飛機(jī)用鈦達(dá)到35噸。俄羅斯的蘇-27ck用鈦達(dá)8噸,美國(guó)早期的F—15用鈦7噸,占其機(jī)體總重量的25%,后期的F—15用鈦量增加到8噸4,美國(guó)的F/A—22是世界上真正意義上的第四代戰(zhàn)機(jī),到2007年7月已經(jīng)交付100架,這種機(jī)型是美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)中使用鈦合金與復(fù)合材料最多的一種機(jī)型,一架F/A—22機(jī)體鈦合金使用毛胚量達(dá)到驚人的36噸。加工好的鈦件占飛機(jī)總重量的41%。全球總共有多少架軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)沒(méi)有見(jiàn)到統(tǒng)計(jì)資料,但是我們可以從這里知道航空業(yè)是鈦行業(yè)的大買(mǎi)家。所以航空業(yè)興,鈦業(yè)也就興。國(guó)外很多企業(yè)選擇中國(guó)的鈦產(chǎn)品,原因是我們的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
2、航天領(lǐng)域
鈦和鈦合金在火箭.導(dǎo)彈及宇宙飛船工業(yè)中,可用于高壓容器,燃料貯箱,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及導(dǎo)彈殼體。飛船艙蒙皮及結(jié)構(gòu)骨架.主起落架.登月艙等。
目前世界上每年用于宇宙航行的鈦已經(jīng)達(dá)到一千噸以上。航天產(chǎn)品使用鈦量接近于航空,美國(guó)航天飛機(jī)比普通軍用及民用飛機(jī)用鈦更多,美國(guó)哥倫比亞航天飛機(jī)的機(jī)身.發(fā)動(dòng)機(jī)支架和發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī).垂直尾翼.升降舵輔助翼全部都是鈦材料制做的。各個(gè)國(guó)家每年要發(fā)射許多火箭,用于把各種人造衛(wèi)星送上天,火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)只是沒(méi)有飛機(jī)那樣大的骨架,發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)也是大量選擇鈦材料。據(jù)報(bào)道,國(guó)外的國(guó)際空間站上也廣泛選用鈦材料加工部件。“水星”號(hào)宇宙飛船的座艙用鈦168公斤,占其總重量的80%,“阿波羅”飛船在托架.緊固體.夾具.機(jī)械艙.登月艙.液壓罐等器件總共用鈦1180Kg.全世界的導(dǎo)彈品種很多,數(shù)量很大,無(wú)論是一般導(dǎo)彈還是洲際導(dǎo)彈,每一個(gè)導(dǎo)彈不論大小也都有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī),它的葉片和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身都是鈦材料的,它的燃料氧化劑箱也都是鈦制的,這要用多少鈦材料大家只能估計(jì),因?yàn)槟莻€(gè)國(guó)家也不會(huì)公布它有多少枚導(dǎo)彈的。
3、其他軍工領(lǐng)域
在海洋的腐蝕環(huán)境下,軍艦和潛艇都廣泛的選用鈦材料,例如潛艇的耐壓殼體.船舵,軸托架,球閥.滅火泵.熱交換器.冷卻器,船殼聲納導(dǎo)流罩,動(dòng)力裝置的噴水推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)器和推進(jìn)器軸,.艦船管道系統(tǒng).鑄件等。除了武器系統(tǒng)外很多地方都是鈦材料做成的。據(jù)報(bào)道,俄羅斯生產(chǎn)的一種全鈦潛艇,每艘用鈦達(dá)3000~3500噸,這種潛艇可以使?jié)撍疃确槐?。可以在深達(dá)4500米的深海中航行。同時(shí)由于總重量下降就使速度大幅提高。其他艦船上的一些設(shè)備如冷凝器.蒸汽發(fā)生器.閥門(mén).大型法蘭.魚(yú)雷發(fā)射器.鞭狀天線.泵體等都使用鈦材料制造。另外在炮筒.裝甲車(chē).工兵裝備.新型戰(zhàn)車(chē)等部分裝置也有采用鈦材料的。例如現(xiàn)在的迫擊炮的底座就是鈦合金的。
4、化工系統(tǒng)
在石油化工.化肥.酸堿.鈉.氯氣及海水淡化等工業(yè)中,鈦及鈦合金可用作制造熱交換器.反應(yīng)塔.蒸餾器.洗滌塔.合成器.高壓釜.閥門(mén).導(dǎo)管.泵.管道等。
從用量來(lái)講,化工系統(tǒng)是鈦行業(yè)在民用方面的一個(gè)大用戶(hù),2007年全國(guó)10家大型鈦設(shè)備企業(yè)的產(chǎn)值就達(dá)13億6千181萬(wàn)元,由于鈦及鈦合金在許多酸,堿,鹽類(lèi)介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性,同時(shí)具有重量輕,比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),因此在化工,石油,海洋工程等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。雖然用鈦材成本要高一些,但綜合壽命周期,強(qiáng)度,環(huán)境影響這幾方面,使用鈦材還是劃算一些,可以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在化工領(lǐng)域主要有五個(gè)方面:
(1)純堿工業(yè)
純堿,學(xué)名是碳酸鈉,它是基本的化工原料之一,市場(chǎng)需求量很大。采用氨堿法或者聯(lián)合制堿法設(shè)備都會(huì)受到氯化鈉和氯化銨等介質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕,如果用鋼或者不銹鋼,就得經(jīng)常更換設(shè)備,經(jīng)常停產(chǎn)維修,損失很大,而用鈦材5年以上完好無(wú)損,這個(gè)鈦材用的很值。過(guò)去純堿工業(yè)用于冷卻結(jié)晶氯化銨母液的外冷器采用碳鋼材料,壽命只有1~4年,而采用鈦材每年腐蝕率只有0.001mm/年。至少可以用幾十年以上。
(2)氯堿工業(yè)
氯堿工業(yè)就是用咱們吃的食鹽通過(guò)電解生產(chǎn)出氫氧化鈉和氯產(chǎn)品,如鹽酸和次氯酸鈉。氫氧化鈉是造紙行業(yè)主要的原料,次氯酸鈉被廣泛的用在消毒的方面。過(guò)去一直用石墨電極作為電解用的不溶性陽(yáng)極,在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)了許多問(wèn)題,比如,由于石墨不耐高溫和鹽水腐蝕,使得其使用壽命一般僅為4~9個(gè)月,也由于石墨陽(yáng)極被腐蝕,造成極距逐漸增大,耗電量也就增大,另外由于石墨被腐蝕脫落,進(jìn)入堿液,降低了堿液的質(zhì)量。換成鈦陽(yáng)極后,耐高溫鹽水腐蝕,導(dǎo)電性能優(yōu)良,極距變化很小,槽電壓穩(wěn)定,陽(yáng)極使用壽命可以達(dá)到10年以上。而且堿液的質(zhì)量有明顯的提高。綜合效益大幅提高。(鈦陽(yáng)極就是在鈦管里穿入與內(nèi)徑一樣大的純銅棒,用軋制的辦法再加工成各種形狀,截成一定長(zhǎng)度,再把一頭用鈦密封住就行了。)所以在這個(gè)行業(yè)里都在大量使用鈦陽(yáng)極。
(3)漂白粉行業(yè)
漂白粉是氯產(chǎn)品之一,漂白粉在紡織印染行業(yè)大量使用。生產(chǎn)漂白粉的設(shè)備由于要接觸濕氯氣,次氯酸根等強(qiáng)腐蝕介質(zhì),因而腐蝕問(wèn)題十分嚴(yán)重,設(shè)備維修工作量很大,經(jīng)常停產(chǎn)維修,一般企業(yè)的開(kāi)工率很低,特別是反應(yīng)塔的橫臂和刮板,腐蝕十分嚴(yán)重。
使用了鈦橫臂和鈦刮板后,運(yùn)行情況良好,效果十分顯著,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,維修及更換設(shè)備的費(fèi)用大幅降低,漂白粉產(chǎn)量明顯增加。
(4)尿素工業(yè)
尿素是主要的化學(xué)肥料之一,是一種優(yōu)質(zhì)高效的氮肥。這幾年國(guó)內(nèi)外尿素生產(chǎn)規(guī)模很大,尿素合成塔的腐蝕問(wèn)題很大,過(guò)去使用不銹鋼材料制造合成塔,存在局部腐蝕問(wèn)題,而且使用溫度限制在190℃以?xún)?nèi),超過(guò)這個(gè)溫度腐蝕速度會(huì)成倍增加,這就限制了合成尿素的溫度,是尿素的轉(zhuǎn)化率很低,采用純鈦襯里的尿素合成塔,不但解決了腐蝕問(wèn)題,而且還使合成尿素的轉(zhuǎn)化率提高。在尿素生產(chǎn)的設(shè)備里氣提塔,分解系統(tǒng),往復(fù)式高壓甲銨泵,減壓閥等現(xiàn)在都用鈦材料制造。
(5)其他化工
化工行業(yè)還有以?xún)?nèi)酰胺,順丁烯二酸酐,丙烯,丙酮,對(duì)苯二甲酸,乙醛等很多的品種,生產(chǎn)設(shè)備也廣泛用到鈦材料,主要是用鈦板和鈦管生產(chǎn)裝置中的反應(yīng)釜,和連接管道。而且反應(yīng)釜的使用壽命都是一定的 ,更新?lián)Q代也很頻繁,有的反應(yīng)釜個(gè)頭很大,一個(gè)都有幾噸或者幾十噸重,另外,在處理腐蝕性物質(zhì)如硝酸.有機(jī)酸.鹽酸.硫化氫等時(shí)還大量使用了鈦容器.熱交換器.罐.攪拌器.冷卻器及管道系統(tǒng),所以全國(guó)的鈦行業(yè)的壓力容器廠家多的很,每年要消耗大量的鈦板和鈦管。
5、鈦設(shè)備在石油工業(yè)中的應(yīng)用
石油通過(guò)精煉生產(chǎn)出汽油,柴油,煤油等產(chǎn)品,但是原油中含有硫化物,氯化物,對(duì)設(shè)備腐蝕十分嚴(yán)重,尤其是石油精煉設(shè)備如初餾塔,常壓塔頂部,塔頂冷凝器采用鈦材制造的上述設(shè)備取得良好的效果,基本上解決了設(shè)備的腐蝕問(wèn)題。
煉油廠在催化裂化,工藝水處理,加氫精制,脫硫,不飽和分離,氫提純,重整,管式蒸餾和聚合反應(yīng)等工藝中廣泛的使用了鈦設(shè)備。
6、鈦設(shè)備在冶金工業(yè)的應(yīng)用
隨著冶金工業(yè)的快速發(fā)展,鈦材作為強(qiáng)度高,耐腐蝕的結(jié)構(gòu)材料得到了推廣和應(yīng)用。在濕法冶金過(guò)程中,由于設(shè)備接觸堿,酸及各種腐蝕性強(qiáng)的氣體,煙塵,傳統(tǒng)的鋁合金,耐酸不銹鋼等材料不能滿足生產(chǎn)工藝的需要,限制了濕法冶金的發(fā)展。鈦設(shè)備的使用,對(duì)于提高生產(chǎn)效率,解決濕法冶金常見(jiàn)的跑,冒,滴,漏等現(xiàn)象及減少環(huán)境污染等方面具有重要的意義。
(1)鈦設(shè)備在電解鎳生產(chǎn)中的應(yīng)用
電解鎳生產(chǎn)中,設(shè)備接觸含酸量很高的溶液和活性離子,而鈦的耐蝕性?xún)?yōu)異,因而成為制造電解鎳設(shè)備的理想材料。
電解鎳生產(chǎn)中的陰極母板與不銹鋼母板相比具有更好的經(jīng)濟(jì)效果和優(yōu)越的使用性能,如,沉積鎳皮不易沾板,剝離容易,剝離率提高,鈦母板的始極片平整,剛性好,電解時(shí)電流密度均勻等。另外電解鎳生產(chǎn)設(shè)備中的加熱器,泵,閥門(mén)等也大量使用了鈦材料。
(2)鈦設(shè)備在電解銅生產(chǎn)中的應(yīng)用
電解銅生產(chǎn)設(shè)備陰極輥原來(lái)都是用鋼陰極輥筒,由于電解液的腐蝕,導(dǎo)致輥筒表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕,影響了銅箔的質(zhì)量,而且定期打磨輥筒也浪費(fèi)了人力財(cái)力。使用了鈦輥筒后就解決了這些問(wèn)題。另外,電解銅生產(chǎn)中的加熱器,陰極母板等大部分都是鈦材制造的。
(3)其他金屬的濕法冶金
鈦設(shè)備還用于鈷,鋅,鋁,汞等冶煉,鎢酸提純等,冶金工業(yè)中主要設(shè)備有電解槽,反應(yīng)器,洗滌塔,熱交換器,攪拌器,蒸發(fā)裝置,收塵裝置等等,均取得了顯著的效益。國(guó)外還有用鈦泵輸送氯化物,氯化鈉,氯化鉀,稀鹽酸時(shí),泵的壽命比鑄鐵泵或不銹鋼泵提高5—20倍,液體損失減少五分之三,氯化車(chē)間的鈦儲(chǔ)槽能使用3—4年,而鋼制儲(chǔ)槽只能用2個(gè)月。
7、鈦設(shè)備在電力工業(yè)的應(yīng)用
火電站和核電站的凝汽器是發(fā)電機(jī)組的重要設(shè)備,主要是在沿海的電力工業(yè),這些企業(yè)要利用海水降溫凝汽,而海水中含有大量的泥沙,懸浮物質(zhì),海生物,和各種腐蝕性物質(zhì),在海水與河水交替變化的淡鹽水中的情況更為嚴(yán)重。傳統(tǒng)的凝汽器是用銅合金管,銅合金管在海水環(huán)境中被腐蝕的速率很高,經(jīng)常遭到嚴(yán)重破壞,凝汽器運(yùn)行一年左右就腐蝕泄露。我國(guó)早在上個(gè)世紀(jì)七十年代開(kāi)始電站凝汽器用鈦管的研究,寶鈦集團(tuán)承擔(dān)了冷軋薄壁無(wú)縫鈦管的研制任務(wù),所提供的鈦管在金山熱電廠,鎮(zhèn)海電廠等凝汽器中使用后,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,鈦管比銅管在這相同的環(huán)境下壽命提高了4—6倍,保證了電廠穩(wěn)定安全生產(chǎn)。
8、鈦設(shè)備在海洋工程的應(yīng)用
目前,海洋工程用鈦已經(jīng)成為鈦產(chǎn)品民用的一個(gè)重要領(lǐng)域。
(1)海洋油氣開(kāi)發(fā)
海上石油開(kāi)采設(shè)備主要包括采油平臺(tái)和附屬設(shè)備,附屬設(shè)備有原油冷卻器,升油管,泵,閥,接頭和夾具等。這些設(shè)備都與海水及原油中的硫化物,氨,氯等介質(zhì)接觸。由于鈦在這些介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性,所以早在70年代美國(guó)在其油田中就使用了鈦制造的近海石油平臺(tái)支柱,同時(shí)用鈦制造了列管式換熱器和板式換熱器。美國(guó)在北海油田鉆井平臺(tái)上使用了100個(gè)鈦熱交換器。
鈦鉆探管的使用壽命較長(zhǎng),其重量?jī)H為不銹鋼的一半,而使用靈活性卻是不銹鋼的二倍, 使用壽命是不銹鋼的10倍,在2000年就有美國(guó)的幾家公司把鈦鉆探管應(yīng)用于海上采油。
(2)海水淡化
早期的海水淡化裝置使用銅合金,碳素鋼等材料,因?yàn)檫@些材料不耐海水腐蝕,生產(chǎn)效率低,很快被耐海水腐蝕性能優(yōu)異的鈦材料所代替。在海水淡化中,鈦的主要應(yīng)用是淡化裝置的加熱傳熱管,日本一家公司為沙特建造日產(chǎn)淡水3萬(wàn)噸的蒸餾裝置10臺(tái),用鈦管3200噸,平均日產(chǎn)1萬(wàn)噸的裝置需要用鈦107噸,我國(guó)的天津,山東等地已建或在建海水淡化工程用鈦量大約是250噸。
(3)造船業(yè)
鈦及鈦合金在船舶中的應(yīng)用十分廣泛,如船體結(jié)構(gòu)件,深海調(diào)查船和海洋熱能轉(zhuǎn)換,海洋漁業(yè)。如現(xiàn)在沿海地區(qū)使用鈦金屬網(wǎng)進(jìn)行人工養(yǎng)殖,鈦金屬網(wǎng)在海上基本上不被腐蝕,多年使用不用更換。用鈦管制造的熱交換器給海水加溫,保證所養(yǎng)育的魚(yú)所需的溫度。在海洋熱能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域,美國(guó),日本的溫差發(fā)電站的主要設(shè)備蒸發(fā)器,凝縮器及海水吸管,環(huán)路系統(tǒng)等都使用了鈦制設(shè)備,均取得了良好的效果。
9、醫(yī)學(xué)應(yīng)用
醫(yī)學(xué)上的鈦的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面一是制藥,二是人體植入
(1)鈦設(shè)備在制藥工業(yè)的應(yīng)用
在制藥生產(chǎn)過(guò)程中,設(shè)備接觸鹽酸,硝酸,醋酸,硫酸及其鹽類(lèi)和有機(jī)溶劑等介質(zhì),設(shè)備腐蝕現(xiàn)象很?chē)?yán)重。若經(jīng)常停產(chǎn)維修,就會(huì)影響生產(chǎn),況且設(shè)備的腐蝕會(huì)直接影響藥品的質(zhì)量。所以現(xiàn)在許多制藥企業(yè)在制藥設(shè)備中的氣流干燥裝置,管道,螺旋加料機(jī),加熱器,旋風(fēng)分離器的設(shè)備都選用鈦材料,一方面腐蝕速率僅為0.008—0.003mm/a,最重要的是保證了藥品的質(zhì)量不會(huì)因?yàn)樵O(shè)備的銹蝕而受到影響。
(2)鈦材料在人體上的應(yīng)用
因?yàn)殁伨哂休^高的強(qiáng)度.較低的模量.以及良好的生物相容性,現(xiàn)在已經(jīng)成為醫(yī)療上常用人體骨骼替代材料,用鈦制造髖關(guān)節(jié).肘關(guān)節(jié),骨螺釘.膝關(guān)節(jié).骨板.牙科植入件(也就是口腔醫(yī)院講的種植牙,價(jià)格很高),義齒支架,冠橋,和正牙絲,外科器械.心律調(diào)節(jié)器盒等。甚至現(xiàn)在發(fā)展到鈦合金精鑄假肢。有的小孩牙齒長(zhǎng)得不整齊需要矯正,口腔醫(yī)院就會(huì)用鈦鎳合金制成的記憶合金絲進(jìn)行矯正,有的人血管在某個(gè)部位狹窄,醫(yī)生就會(huì)建議植入鈦材料做成的血管支架,現(xiàn)在人從頭到腳都可以用鈦材料更換部件,美國(guó)有一個(gè)68歲的彼德.霍頓心臟有嚴(yán)重的疾病,醫(yī)生為了挽救他的生命,在他的心臟中安裝了一個(gè)鈦金屬設(shè)備,幫助他的心臟泵輸血液,他靠這個(gè)裝置又活了七年半,成為人造心臟活的最長(zhǎng)的一個(gè)人。但是,醫(yī)用鈦材在質(zhì)量要求上是最嚴(yán)格最挑剔的,特別是金相上的要求可以說(shuō)是最嚴(yán)格的,比軍工要求還要高。既不能有低倍上的偏析,高倍的組織要求要很均勻。
10、體育用品
咱們?cè)陔娨暽峡吹接械母呤杖肴巳捍蚋郀柗蚯?,那個(gè)球桿上的擊球的頭部就是鈦合金制造的,咱們附近的
亞鈦用品廠就是專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)高爾夫球桿上的擊球盒,是鑄造方法生產(chǎn)的。另外有全鈦?zhàn)孕熊?chē),鈦制羽毛球拍,網(wǎng)球拍,賽馬比賽騎手的坐鞍等。
11、汽車(chē)制造行業(yè)
由于鈦是一種質(zhì)量輕,高強(qiáng)度,高彈性,耐蝕性好的材料,應(yīng)用在汽車(chē)上可以起到減重,節(jié)能,減震,降噪,減少污染,延壽提高汽車(chē)安全性和舒適型的綜合作用,是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的理想材料,只是由于鈦材料的高價(jià)格而不能廣泛的應(yīng)用到普通汽車(chē),現(xiàn)在只是用在高檔車(chē)和賽車(chē)上,目前公認(rèn)的汽車(chē)可用鈦替代的零件主要有彈簧,連桿,氣門(mén),氣門(mén)座,搖臂,排氣管,消音器,門(mén)鏡框,前擋板,后擋板,車(chē)門(mén),門(mén)側(cè)蓋,緊固件,掛耳螺帽,車(chē)輪等。美國(guó)和日本相繼在汽車(chē)上采用鈦材料,早在1956年美國(guó)就制造出“火鳥(niǎo)2“型全鈦汽車(chē),日本的三菱和本田公司相繼在一些高檔車(chē)和賽車(chē)上應(yīng)用鈦材料替代鋼材料,2006年奧迪美國(guó)公司就推出鈦版2006奧迪車(chē)。
12、其他領(lǐng)域
最近美國(guó)一家摩托車(chē)公司推出一款全鈦車(chē)架和全鈦排氣筒的高檔摩托車(chē),車(chē)身重199.5公斤,發(fā)動(dòng)機(jī)是V2型,全球限量只有十臺(tái),每臺(tái)價(jià)格是27.5萬(wàn)美元。在美洲女性佩戴的首飾有COI鈦金手鏈,鈦金戒指,鈦金耳環(huán),鈦金項(xiàng)墜,鈦金鉆石戒指,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鈦金首飾也相當(dāng)精美。文化方面用鈦現(xiàn)在不是太多,只是在一些數(shù)碼相機(jī),筆記本電腦等高端產(chǎn)品的外殼有采用鈦材料的。另外在建筑的屋頂上使用鈦材料的已經(jīng)不少了,除了日本外,咱們中國(guó)已經(jīng)在國(guó)家大劇院首開(kāi)先例了。另外,在日用方面也有不少的新東西,有鈦拐杖,鈦茶葉盒,鈦餐具,還有鈦制外殼的手表,中國(guó)神五飛船上的楊立偉就是佩帶著鈦合金手表遨游太空21小時(shí)23分鐘。神六上的兩位宇航員戴的則是重量?jī)H為94克采用鈦金屬材料制作的手表,大大提高了表面硬度和耐腐蝕性能,比鈦合金手表又上升了一個(gè)新的高度。這個(gè)工藝沒(méi)有報(bào)道過(guò),但很有可能使用離子氮化的辦法。
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