化学要求(%) | |||||||||||
N | C | H | Fe | O | Al | V | Pd | Mo | Ni | Ti | |
Gr 1、TA1 | 0.03 | 0.08 | 0.015 | 0.2 | 0.18 | / | / | / | / | / | 余量 |
Gr 2、TA2 | 0.03 | 0.08 | 0.015 | 0.3 | 0.25 | / | / | / | / | / | 余量 |
Gr 3、TA3 | 0.05 | 0.08 | 0.015 | 0.3 | 0.35 | / | / | / | / | / | 余量 |
Gr 4、TA4 | 0.05 | 0.08 | 0.015 | 0.5 | 0.4 | / | / | / | / | / | 余量 |
Gr 5、TC4 | 0.05 | 0.08 | 0.015 | 0.4 | 0.2 | 5.5~6.75 | 3.5~4.5 | / | / | / | 余量 |
Gr 7、TA9 | 0.03 | 0.08 | 0.015 | 0.3 | 0.25 | / | / | 0.12~0.25 | / | / | 余量 |
Gr 9、TA18 | 0.03 | 0.08 | 0.015 | 0.25 | 0.15 | 2.5~3.5 | 2.0~3.0 | / | / | / | 余量 |
Gr12、TA10 | 0.03 | 0.08 | 0.015 | 0.3 | 0.25 | / | / | / | 0.2~0.4 | 0.6~0.9 | 余量 |
原料准备:
一般采用海绵钛或钛合金铸锭作为原料。如果是钛合金,需要精确控制合金元素(如铝、钒、钼等)的添加量,以确保获得所需性能的钛带。例如,TC4 钛合金(Ti - 6Al - 4V)铸锭在熔炼过程中,要严格按照 6% 的铝和 4% 的钒的比例进行配料。
熔炼与铸造:
利用真空自耗电弧熔炼(VAR)或电子束熔炼(EBM)等方法将原料熔炼为铸锭。VAR 是在真空环境下,通过电弧使钛电极熔化,在水冷铜坩埚中凝固成铸锭,这种方法可以有效减少钛中的杂质。EBM 则是利用电子束的高能量密度来熔化钛原料,能更精准地控制熔炼过程。
锻造与轧制:
首先对铸锭进行锻造,锻造温度根据钛材的种类和性能要求而定,通常在 700 - 1000℃左右。锻造可以改善钛材的组织结构,使其更加致密均匀。然后进行热轧,热轧温度一般较高,如对于纯钛,热轧温度可在 850 - 950℃之间。通过热轧将坯料轧制成一定厚度的带材,之后再进行冷轧。冷轧能够提高钛带的尺寸精度和表面质量,并且可以根据需要进一步降低钛带的厚度。冷轧后的钛带厚度可以薄至 0.1mm 甚至更薄。
热处理与表面处理:
热处理主要是为了消除钛带在加工过程中产生的应力,改善其机械性能。例如,通过退火处理,使钛带的组织结构更加稳定。表面处理包括酸洗、抛丸、光亮处理等。酸洗可以去除钛带表面的氧化皮和杂质,抛丸可以提高钛带表面的硬度和粗糙度,光亮处理则使钛带表面更加光亮,提高其外观质量和耐腐蚀性。
良好的耐腐蚀性:
钛带在空气中或氧化性介质中能迅速形成一层致密、稳定的氧化膜(TiO₂),这层氧化膜能够阻止腐蚀介质进一步与钛基体接触,起到自我保护的作用。它对大多数有机酸、无机酸、碱和海水等都有良好的耐腐蚀性。在化工设备中,钛带可以用于制作耐腐蚀的管道内衬、反应釜的密封垫片等,能够有效抵抗化学物质的侵蚀。在海洋环境中,钛带用于制造船舶的一些零部件或海洋仪器的外壳,能抵御海水的冲刷和腐蚀。
较高的强度和韧性:
钛带的强度较高,其抗拉强度可以根据不同牌号和加工工艺达到 300 - 1000MPa 以上。同时,它还具有良好的韧性,能够承受一定程度的弯曲、拉伸和冲击而不断裂。这使得钛带在一些需要承受一定外力的应用场景中表现出色,如在航空航天领域,用于制造飞机的一些辅助结构部件,能够在减轻重量的同时,保证部件的强度和韧性。在电子设备中,钛带可以作为一些零部件的支撑结构,在受到碰撞或挤压时不易损坏。
生物相容性:
钛带具有良好的生物相容性,人体对钛的排异反应很小。在医疗领域,钛带可以用于制造一些医疗器械,如手术器械的手柄部分,其良好的生物相容性可以避免对医护人员和患者造成不良影响。也可以用于制造植入式医疗器械的外壳,如心脏起搏器的外壳,能够与人体组织紧密结合,并且在长期使用过程中不会引起严重的炎症等不良反应。
低密度:
钛的密度约为 4.51g/cm³,相比其他常用金属(如铁 7.87g/cm³、铜 8.96g/cm³)制成的带材,钛带具有明显的重量优势。这使得它在航空航天、汽车等领域可以有效减轻结构重量,提高能源效率。例如,在汽车的一些零部件中使用钛带,可以降低汽车的自重,从而减少燃油消耗。在航空航天领域,钛带用于制造卫星等航天器的零部件,可以减轻航天器的重量,降低发射成本。
耐高温性:
钛带在一定温度范围内具有良好的耐高温性能。虽然钛的熔点较高(1668℃左右),但在高温环境下,其强度会随着温度的升高而逐渐降低。不过,在一些中温环境(如 300 - 400℃)下,钛带仍然能够保持一定的结构完整性和性能,可满足一些特定工业领域的需求,如在某些高温化工反应装置中,钛带可作为热交换器的一部分,用于传递热量。
厚度:
钛带的厚度范围较广,常见的厚度从 0.05mm 到 3mm 左右。薄的钛带(如 0.05 - 0.2mm)可用于制造电子设备的屏蔽罩、电容器的电极等精密部件;厚度适中的钛带(如 0.5 - 1.5mm)可以用于制造汽车零部件、航空航天的一些小型结构部件等;较厚的钛带(如 2 - 3mm)则可用于制造一些对强度要求较高的化工设备的支撑结构等。
宽度:
宽度一般在 10 - 1000mm 之间。较窄的钛带(如 10 - 50mm)可用于制作手表带、首饰等小型物品;中等宽度的钛带(如 100 - 500mm)常用于工业制造,如制造管道、换热器等;较宽的钛带(如 800 - 1000mm)则可用于大型结构的制造,如建筑幕墙等。
长度:
长度可以根据用户需求定制,一般有几百米到数千米不等。在连续生产的工业过程中,如制作连续的管道内衬或卷材产品,通常需要较长的钛带。
航空航天:
用于制造飞机的机翼前缘、机身蒙皮的加强筋、发动机的进气道等部件。在机翼前缘,钛带的耐腐蚀性和耐高温性可以抵御飞行过程中的气流冲刷和温度变化;在机身蒙皮加强筋中,钛带的高强度和低密度可以在增强机身强度的同时减轻飞机重量;在发动机进气道,钛带能够抵抗发动机工作时吸入的高速气流和可能含有的杂质颗粒的侵蚀。
电子工业:
钛带可作为电子设备的屏蔽材料,利用其良好的导电性和抗电磁干扰能力,保护电子设备内部的电路免受外界电磁信号的干扰。在制造电容器、电池等电子元件时,钛带也可以作为电极材料,其稳定性和耐腐蚀性能够保证电子元件的长期性能。此外,钛带还可用于制作电子设备的外壳,如高端智能手机的外壳,其金属质感和良好的耐磨性可以提升产品的外观和耐用性。
化工行业:
在化工设备中,钛带用于制作管道、反应釜、换热器、蒸发器等设备的内衬或部件。例如,在硝酸生产装置中,钛带制作的管道可以抵抗硝酸的腐蚀;在热交换器中,钛带可以作为传热介质的隔离层,既保证热量的有效传递,又防止设备被腐蚀。
医疗领域:
除了前面提到的用于制造医疗器械的外壳和手术器械的手柄部分,钛带还可以用于制作医疗植入物的连接部件。例如,在人工关节置换手术中,钛带可用于连接人工关节的各个部分,保证关节的稳定性和灵活性。在牙科领域,钛带可以作为牙种植体的一部分,与人体口腔组织良好结合,为牙齿修复提供支撑。
汽车工业:
随着汽车轻量化的发展,钛带在汽车领域的应用逐渐增多。可以用于制造汽车发动机的气门弹簧、排气系统的管道、汽车座椅的骨架等部件。在气门弹簧中,钛带的高弹性和耐疲劳性能够保证气门的正常开闭;在排气管道中,钛带的耐腐蚀性可以抵抗高温尾气的侵蚀;在座椅骨架中,钛带的高强度和低密度能够减轻座椅重量,同时提供良好的支撑。
建筑装饰:
钛带可用于建筑的外立面装饰、屋顶材料、室内装饰等。在建筑外立面装饰中,钛带可以通过不同的加工工艺(如弯曲、蚀刻、阳极氧化等)制作出各种造型和色彩效果,为建筑增添独特的外观。作为屋顶材料,钛带的耐腐蚀性和轻便性使其成为一种理想的选择,能够有效抵御风雨侵蚀,并且减轻屋顶结构的重量。在室内装饰方面,钛带可以用于制作装饰屏风、背景墙等,营造出高档、现代的装饰氛围。
体育用品:
用于制造高尔夫球杆的杆身、网球拍的框架、自行车的车架等体育用品。在高尔夫球杆杆身中,钛带的低密度和高强度可以使球杆更轻便,击球时更有力量;在网球拍框架中,钛带能够提供良好的弹性和强度,提升击球的性能;在自行车车架中,钛带的轻量化和良好的机械性能可以打造出高性能的自行车,提高骑行的效率和舒适性。
海洋工程:
用于制造船舶的栏杆、船用仪器的外壳、海水淡化装置的部件等。在船舶栏杆中,钛带的耐腐蚀性可以保证栏杆在海洋环境中长期不被腐蚀;在船用仪器外壳中,钛带的良好密封性和耐腐蚀性可以保护仪器内部的元件;在海水淡化装置中,钛带可以作为管道或过滤器的材料,抵抗海水的腐蚀和结垢,保证海水淡化的效率和质量。