钛及钛合金.ppt

概述1791年英国化学家格雷戈尔研究钛铁矿和金红石时发现了钛。1795年,德国化学家克拉普罗特在分析匈牙利产的金红石时也发现了这种元素。格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛,而不是金属钛。%的金属钛。钛在地壳中的丰度占第七位,%,金属占第四位(铝、铁、镁、钛)。以钛铁矿或金红石为原料生产出高纯度四氯化钛,再用镁作为还原剂将四氯化钛中的钛还原出来,由于还原后得到钛类似海绵状所以称为海绵钛,最后以海绵钛为原料生产出钛材和钛粉。1947年才开始冶炼,当年产量只有2吨。1955年产量2万吨。1975年产量7万吨。2006年产量14万吨钛的硬度与钢铁差不多,而它的重量几乎只有同体积钢铁的一半,钛虽然比铝重,它的硬度却比铝大2倍。在宇宙火箭和导弹中,已大量用钛代替钢铁。极细的钛粉,还是火箭的好燃料,所以钛被誉为宇宙金属,空间金属。⑴密度小,比强度高:,约为钢或镍合金的一半。比强度高于铝合金及高合金钢。⑵导热系数小:钛的导热系数小,是低碳钢的五分之一,铜的二十五分之一。⑶无磁性,无毒:钛是无磁性金属,在很大的磁场中不被磁化,无毒且与人体组织及血液有很好的相容性。⑷抗阻尼性能强:钛受到机械振动及电振动后,与钢、铜相比,其自身振动衰减时间最长。⑸耐热性佳:因熔点高,使得钛被列为耐高温金属。⑹耐低温:可在低温下保持良好的韧性及塑性,是低温容器的理想材料。⑺吸气性能高:钛的化学性质非常活泼,在高温下容易与碳、氢、氮及氧发生反应。⑻耐蚀性佳:在空气中或含氧的介质中,钛表面生成一层致密的、附著力强、惰性大的氧化膜,保护钛基体不被腐蚀。 纯钛物理性能:属ⅣB族元素,原子序数为22,。有两种同素异晶体,℃。℃,为密排六方α-Ti:点阵常数(20℃)为:a= nm,c=,c/a=℃~熔点,为体心立方β-Ti:点阵常数在25℃时,a=;900 ℃时a=。。钛的弹性模量低,只有铁的一半。熔点1668℃,导电性较差(%),导热系数(铁的六分之一)和线胀系数(与玻璃的相近)均较低。钛无磁性,在强磁场下也不会磁化,用钛制人造骨和关节植入人体内不会受雷雨天气的影响。钛阻尼性低,适宜做共振材料。,钛呈现超导特性,经过适当合金化,超导温度可提高到9~10K。化学性质:室温下钛比较稳定,高温下很活泼,熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。钛在真空或惰性气氛下熔炼,如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备中熔炼。钛在氮气中加热即能发生燃烧,钛尘在空气中有爆炸危险,所以钛材加热和焊接宜用氩气作保护气体。钛在室温可吸收氢气,在500℃以上吸气能力尤为强烈,故可作为高真空电子仪器的脱气剂;利用钛吸氢和放氢的特性,可以作储氢材料。 纯钛耐蚀性能:钛的标准电极电位很低(E=-),但钛的致钝电位亦低,故钛容易钝化。常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜,它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定,具有很好的抗蚀性。在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中,其抗蚀性相当于或超过不锈钢,在海水中耐蚀性极强,可与白金相比,是海洋开发工程理想的材料。钛与生物体有很好相容性,而且无毒,适做生物工程材料。钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中不稳定,会发生强烈腐蚀。另外,钛合金有热盐应力腐蚀倾向。钛在550℃以下能与氧形成致密的氧化膜,具有良好的保护作用。在538℃以下,钛的氧化符合抛物线规律。但在800℃以上,氧化膜会分解,氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格,此时氧化膜已失去保护作用,使钛很快氧化。 纯钛力学性能:纯钛性能和纯铁相似,塑性好,延伸率可达50~60%,断面收缩率可达70~80%,强度不太高(300MPa)。纯钛力学性能与纯度有关:间隙杂质(氧、氮、碳)含量增加,其强度升高,塑性陡降。常温下钛为密排六方结构,与其他六方结构的金属(镉、锌、镁)相比,钛的塑性要高得多。原因是:滑移模型和晶体中各晶面的层错能有关,如层错能低,则有利于全位错分解为不全位错,以促进滑移的继续进行;钛的层错能比基面小,原来在基面上进行滑移的位错容易通过交滑移而转移到棱柱面上,并可发生分解,这样基面