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鈦的一些用途
鈦及其合金具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優(yōu)特性,被譽(yù)為“未來(lái)的金屬”,是具有發(fā)展前途的新型結構材料。鈦及其合金不僅在航空、宇宙航行工業(yè)中有著(zhù)十分重要的應用,而且已經(jīng)開(kāi)始在化工、石油、輕工、冶金、發(fā)電等許多工業(yè)部門(mén)中廣泛應用。
1.鈦在化工等部門(mén)的應用
鈦的另一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是耐腐蝕性強,這是由于它對氧的親合力特別大,能在其表面上生成一層致密的氧化膜,可保護鈦不受介質(zhì)腐蝕。金屬鈦在大多數水溶液中,都能在表面生成鈍化氧化膜。因此,鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩定性,比現有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好,甚至可與鉑比美。但是,如果在某種介質(zhì)中,能連續溶解鈦表面氧化膜時(shí),則鈦在這種介質(zhì)中便會(huì )受到腐蝕。例如,鈦在氫氟酸、濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中,由于這些溶液溶解鈦表面氧化膜,所以鈦被腐蝕。如果在這些溶液中加入氧化劑或某些金屬離子時(shí),則鈦表面氧化膜便會(huì )受到保護,此時(shí)鈦的穩定屬于增加。
一.化學(xué)工業(yè)
鈦在各種酸、堿、鹽介質(zhì)中,除上述四種無(wú)機酸和腐蝕性很強的氯化鋁外,都具有很好的穩定性。所以,鈦是化學(xué)工業(yè)中優(yōu)良的抗腐蝕材料,得到了越來(lái)越廣泛的應用。例如,在氯堿工業(yè)中使用鈦金屬陽(yáng)極和鈦制濕氯氣冷卻器,收到很好的經(jīng)濟效果,被譽(yù)為氯堿工業(yè)中的一大革命。
二.石油工業(yè)
鈦在有機化合物中,除了溫度較高下的五種有機酸(甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸和三氟乙酸)外,都具有非常好的穩定性。因此,鈦是石油煉制和石油化工中優(yōu)良的結構材料,可以用來(lái)制作各種熱交換器、反應器、高壓容器和蒸餾塔等。 三.冶金工業(yè) 鈦屬活性金屬,具有良好的吸氣性能,是煉鋼工業(yè)中優(yōu)良的脫氣劑,它能化合鋼在冷卻時(shí)析出的氧和氮。在鋼中加入少量的鈦(<0.1%)可使鋼堅韌而富有彈性。鈦也是煉鋼,煉鋁等工業(yè)中重要的合金添加劑。鈦具有超導性,是一種常見(jiàn)的超導材料。另外,鈦在含有金屬離子的酸性溶液中具有很好的穩定性,因此鈦在濕法冶金工業(yè)中,如銅、鎳、鈷、錳等有色金屬的電解生產(chǎn)中,有著(zhù)十分廣泛的應用。
四.化肥工業(yè)
尿素是重要的化肥,在生產(chǎn)過(guò)程中尿素、氨、氨基甲酸銨和它們的混合液,在高溫高壓的條件下腐蝕性很強,使用鈦取代不銹鋼后設備壽命大大增加,檢修時(shí)間大大減少。因此目前尿素生產(chǎn)中的主要設備都使用鈦材。
五.海水淡化和造船工業(yè)
鈦抗海水腐蝕的能力比其它所有金屬都好,無(wú)論是在靜止的或高速流動(dòng)的海水中鈦都具有特殊的穩定性。因此,鈦是海水淡化裝置的理想材料。鈦在這個(gè)領(lǐng)域的應用數量將越來(lái)越大。鈦抗海水和海洋空氣腐蝕能力很強,而且強度大,重量輕,是造船工業(yè)的理想結構材料,已廣泛應用在各種艦艇、深水潛艇的許多部件中。
六.電力工業(yè)
鈦在含有氯化物、硫化物等許多腐蝕性較強的熱水中具有較好的穩定性,因此鈦已經(jīng)大量在火力發(fā)電廠(chǎng)中用作為熱交換器的冷卻管。用薄壁鈦管取代銅鎳合金管后,不僅大大提高了使用壽命,而且大大減少了檢修時(shí)間,經(jīng)濟效果十分顯著(zhù)。
七.造紙和紡織工業(yè)
鈦對二氧化氯、亞氯酸、亞氯酸鹽等漂白劑具有特殊的抗腐蝕性能。因此,鈦在紡織印染工業(yè)、造紙工業(yè)的漂白設備中有著(zhù)重要的應用。例如,鈦材制造的亞漂機使用效果很好。同時(shí),還有合成纖維等工業(yè)中用作噴絲頭。
八.其它方面
鈦能抵抗人體的腐蝕,并對人體無(wú)害。因此可以廣泛用于工醫療和制藥工業(yè)部門(mén)。鈦有著(zhù)良好的吸氣性能,也在電子真空技術(shù)中和高真空技術(shù)中有廣泛的應用。
鈦在石油、化工等部門(mén)的應用
使用部門(mén) 用 途
石油化工 反應器、壓力容器、熱交換器、分離器配管、蒸餾塔頂凝縮器內襯等。
化學(xué)工業(yè) 蒸餾塔、反應器、壓力容器、熱交換器、過(guò)濾器、測量?jì)x器、汽輪機葉片、泵、閥、管道、氯堿生產(chǎn)電極、合成塔內襯、其它耐酸設備內襯。
造紙工業(yè) 攪拌器、漂白塔、加熱鍋、反應塔配管。
紡織工業(yè) 連續漂白機、蒸餾塔、反應槽、冷凝器、熱交換管、離心分離機、噴絲頭、閥、泵。
冶金工業(yè) 煉鋼吸氣劑、合金添加劑、超導合金材料、電解高純金屬(如鈉、鎳、鈷)的陰極板和電鍍槽等。
海水淡化和發(fā)電廠(chǎng) 熱交換器、冷凝器、供水加熱器、管道、其它接觸海水的設備。
艦艇工業(yè) 艦艇外殼、甲板、閥、翼、快艇推進(jìn)器、傳動(dòng)軸、蒸汽機、深潛艇壓力艙、開(kāi)發(fā)海洋設備。
其 它 超高真空鈦泵、醫療和矯形器械、人工關(guān)節、制藥和食品工業(yè)設備。
2.鈦材在航空工業(yè)中的應用
鈦及其合金的比強度(強度與重量比)在金屬結構材料中是很高的,它的強度與鋼材相當,但其重量?jì)H為鋼材的57%。另外,鈦及其合金的耐熱性很強,在500℃的大氣中仍能保持良好的強度和穩定性,短時(shí)間工作溫度甚至還可更高些。而鋁在150℃,不銹鋼在310℃,就失去原有的機械性能。當飛機、導彈、火箭高速飛行時(shí),其發(fā)動(dòng)機和表面溫度相當高,鋁合金已不能勝任,應用鈦合金是十分合適的。正是由于鈦及其合金具有強度大、重量輕、耐熱性強的綜合優(yōu)良性能,在飛機制造中用它來(lái)代替其它金屬時(shí),不僅可延長(cháng)飛機的使用壽命,而且可以減輕其重量,從而大大提高其飛行性能。所以,鈦是航空工業(yè)和宇宙航空工業(yè)中最有前途的結構材料之一。鈦及其合金在航空工業(yè)中主要用于制造飛機發(fā)動(dòng)機和機身。一般來(lái)講,馬赫數小于2的飛機,其發(fā)動(dòng)機使用一部分鈦及其合金,機身一般用鋁合金。馬赫數在于2的飛機,其發(fā)動(dòng)機用鈦量增加,而且機身也部分需要用鈦。馬赫數大于3.5的飛機,其發(fā)動(dòng)機入口溫度已很高,就不能用鈦合金而需用超級合金了,但其機身用鈦量則顯著(zhù)增加。鈦及其合金還具有良好的耐低溫性能,即使在-250℃的超低溫下,它仍具有較高的沖擊強度,可耐高壓抗震動(dòng)。因此,鈦及其合金在火箭、導彈和宇宙飛船上不僅用于制造發(fā)動(dòng)機外殼和結構部件,而且用于制造高壓容器,如高壓氣瓶、低溫液態(tài)燃料箱等。另外,鈦及其合金在原子能反應堆和軍用武器上都有應用。
鈦在航空工業(yè)等部門(mén)的應用
使用部門(mén) 用 途
航空式業(yè) 飛機機身和蒙皮、發(fā)動(dòng)機、尾錐、噴管、彈射艙、防火壁、夾層結構機身機架、連結件和其它零件。
宇宙航行工業(yè) 飛船的液體燃料貯箱、高壓容器、船艙、蒙皮、結構骨架、制動(dòng)火箭主起落架 ,火箭、導彈 高壓容器、液體燃料貯箱、外殼、噴嘴、火箭發(fā)動(dòng)機。
其 它 原子能反應堆的結構材料、坦克天窗、炮筒和輕便常規武器等。