钛是20世纪50年代发展起来的一种重要结构金属。
钛合金因具有优秀的性能而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。
· 1954年——美国研制成功Ti-6Al-4V合金,由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,而成为钛合金工业中的王牌合金
· 20世纪50~60年代——主要发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金
· 70年代——开发出一批耐蚀钛合金
· 80年代至今——耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展
钛很轻
有时也被划入轻金属的行列,其密度介于钢铁和铝之间。
钛很贵
不是特别重要的用途用不起钛。钛合金的价格相比一般金属材料要贵很多,普通的钛板大约要三十万一吨,常用的钛合金的话价格要翻上十几倍。
钛很稀有
但它其实并不是真的稀有,在用作结构材料的金属中,仅次于铝,铁,镁,在地壳中储量排名第四,比铜多61倍。
但并不是“物以稀为贵”,而是“物以难变贵”。
因为钛的提炼工艺比较难,钛太活泼,以至于没有能熔炼它的耐火材料,它与各种耐火材料都发生反应,如果有办法解决这个生产工艺的困难,总有一天,钛也会变的很普及。
钛的性能好
钛是综合性能最好的低密度金属。强度高、耐蚀性好、耐热性好,有记忆特性。既可以铸造,也可以进行多种压力加工,板,管,梁,带,锻件都能制造,应用范围更广。
钛的应用领域
航空航天
钛合金最多用于制作飞机的发动机压气机部件,起落架,蒙皮,横梁,尾翼,支撑筋,黑匣子等重要部件,其次为火箭,导弹和高速飞机的结构件。
钛在波音飞机上使用量逐年增加
· 1974年——美国刚刚开始从卢森堡科学家克劳尔手中接过海绵钛的冶金技术,进行钛的工业生产时,当年产量只有2吨。
· 1995年——钛产量就猛增到2万吨,主要用于飞机制造。
· 1972年——产量达到了20万吨,生产成本有所下降。在与复合材料的竞争中,应用于波音飞机上的钛合金明显增加。
· 2030年——预计钛合金的用量有望接近飞机用料的30%。
目前,在航天火箭和导弹中钛也大量代替钢铁。有统计称,全球每年用于航天工业中的钛,已达千吨以上。超细钛粉还是火箭的固体燃料,钛材料称得上是名副其实的航天金属,空间合金。
腕表
因为外观高档,亮度高,稀有昂贵,质量轻,只有钢的55%,但强度和性能比钢更好,耐腐蚀不生锈,绿色环保,相比镍金属对人体无害,也不易过敏。目前使用钛合金做表壳和表带的高端腕表越来越多。
3C
钛合金是一种理想的手机材料。
其实,手机的用途和航天非常像,要求轻薄,还得有一定的强度。如果不考虑成本的话,钛合金骨架有最高的强度,比普通不锈钢和铝合金更轻更结实,同时不怕腐蚀,特别适合于手机。
不过,苹果最终并没有挑战钛合金,分析下来有5点;
1 切割工艺,作为坚硬度极高的材料,钛合金在切割上是很麻烦的,虽然有特种刀具的存在,使钛合金没有达到不可加工的程度,但是批量产出,刀具成本会变得非常高。
2 焊接处理,尤其是细节焊接,相比于常规材质的处理要多出很多步的工序,无形中又增加了加工成本。
3 氧化镀层上,钛合金的氧化镀层也没有手机常用材料铝氧化物的强度高,铝的表面的硬质氧化,只要达到0.06mm厚度,表面质感就可以接近钢铁了,而钛的氧化物,虽然听起来高大上,但实际作用却并不会比铝氧化物高,想一想粉饼的原料钛白粉就很容易理解了。
4 重量上,钛合金其实也并不会轻太多,钛合金比钢轻比铝重,在我们的认知中,钛合金制品之所以更轻,是因为钛的高强度可以使我们可以用更少的材料来取得一样的强度。不过即便如此,整体面积不大的手机,可能节省下来的重量也不过是以克来计算,如果不解决最占重量的电池、电路和屏幕问题,手机的重量也轻不到哪里。
5 原材料成本上,钛合金的成本相比于铝要高出太多了,此前曾有网友提供过这样一份数据,表示本地铝锭均价16000元/吨,实际制造商拿到的6061,约为3万元每吨(进口),至于钛合金,1mmx1Mx2M钛合金板材价格为13000元,按质量换算约为9.02千克,也就是说,钛合金价格约144万元每吨,也就是说,光制造一个手机外壳,仅仅原料成本已经是原来的48倍 ! 4~8~倍~,镀真金也比镀钛便宜!
如果只是为了提升一点点体验,而付出高报废率,低良品率,高成本,低出货量,如此做只能导致苹果的利润缩水,更多的利润去养活了钛合金制造企业,相信苹果也不会萌萌哒为他人做嫁衣裳。所以以目前的技术,相信苹果虽然对钛合金做过很多尝试,但因为现实各种困难而放弃。
所以目前所谓的钛合金手机只是一小部分外壳是钛合金的。理论上说比一般的塑料外壳更坚硬。外表光亮。抗压。和抗摔更好一些。让人感觉很高档。和手机上镶钻石。镀黄金的作用是一样的。
汽车
钛合金是汽车在减重,降耗,减排上寄予重要希望的材料之一。
钛合金的各项优势,目前在汽车工业的应用已初现端倪,前景光明。
当然目前钛合金汽车也只有帕加尼这样的顶级豪车才用得起,首先得将钛合金锻压成型,之后才能进行切削加工。要出产一件完整合格的车架,光是切削下来的钛合金废料怕是都不止这个数,更不用说大型高性能锻压机和车铣设备的采购和应用维护的成本了。
当然目前国内在激光增材制造上有巨大突破,大幅提高了材料利用率,技术指标也是极高的,成品已经被用作为大飞机的大型承力构架了。但是些涉及军用技术的工艺仍未在民工生产上普及开来。
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