鈦的十大特性和三種特殊功能

鈦是元素周期表中原子序數為22的元素，第四周期的副族元素，即ⅣB旗，這族元素除鈦以外還有鋯、鉿，其共同特點是熔點高，在常溫下在其表面形成穩定的氧化膜。

鈦的十大特性

（1）密度小、強度高、比強度大

鈦的密度是4.51g/cm3，為鋼的 57％，鈦比鋁重不到兩倍，強度比鋁大三倍。鈦合金的比強度（強度/密度之比值）是常用工業合金中最大的（見表 2-1)，鈦合金的比強度是不銹鋼的3.5倍；鋁合金的1.3倍；鎂合金的1.7倍，所以是宇航工業必不可少的結構材料。

表2-1鈦與其他金屬密度和比強度的比較

（2）耐蝕性能優異

鈦的鈍性取決于氧化膜的存在，它在氧化性介質中的耐蝕性比在還原介質中要好得多。在還原性介質中會發生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質中不被腐蝕，如海水、濕氯氣、亞氯酸鹽及次氯酸鹽溶液、硝酸、鉻酸、金屬氯化物、硫化物以及有機酸等。可是在與鈦反應產生氫的介質（例如鹽酸和硫酸）中，鈦通常具有較大的腐蝕率。但如果在酸中加入少量的氧化劑會使鈦表面形成一層鈍化膜。所以在強硫酸-硝酸或鹽酸-硝酸的混合液里，甚至在含游離氯的鹽酸中，鈦都是耐腐蝕的。鈦的保護性氧化膜經常是當金屬碰到水時形成的，即使少量的水或水蒸氣中也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強氧化性環境里，就會發生快速氧化并產生劇烈反應，甚至常出現自燃。鈦與含過量氧化氮的發煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應就發生過這類現象。所以要預防發生這類反應，必須有一定量的水分。

（3）耐熱性能好

通常鋁在150℃，不銹鋼在310℃即失去了原有性能，而鈦合金在 500℃左右仍保持良好的力學性能。當飛機速度達到音速的 2.7 倍時，飛機結構表面溫度達到 230℃，鋁合金和鎂合金已不能使用，而鈦合金則能滿足要求。鈦的耐熱性能好，它用于航空發動機壓氣機的盤和葉片以及飛機后機身的蒙皮。

（4）低溫性能好

某些鈦合金（如 Ti-5AI-2.5SnELI）的強度隨溫度的降低而提高，但塑性降低得不多，在低溫下仍有較好的延展性及韌性，適宜在超低溫下使用。可以用干液氫液氧火箭發動機上，或在載人飛船上作超低溫容器和貯箱使用。

（5）無磁

鈦無磁性，它用于潛艇殼體，不會引起水雷的爆炸。

（6）熱導率小

鈦與其他的金屬熱導率比較見表 2-2。

表2-2鈦與其他金屬的熱導率比較

鈦的熱導率小，僅為鋼的 1/5，鋁的 1/13，銅的 1/25。導熱性不好是鈦的一個缺點，但在某些場合下可以利用鈦的這一特征。

（7）彈性模量低

鈦與其他金屬的彈性模量比較見表 2-3。

表2-3鈦與其他金屬的彈性模量比較

鈦的彈性模量僅為鋼的 55％，作為結構材料使用時，彈性模量低是個缺點。

（8）抗拉強度與屈服強度很接近

Ti-6AI-4V鈦合金抗拉強度為 960MPa，屈服強度為 892MPa，兩者之間差只有 58MPa,見表2-4。

表2-4鈦與其他金屬抗拉強度與屈服強度的比較

（9）鈦在高溫下容易被氧化

鈦同氫氧的結合力強，要注意防止氧化和吸氫。鈦材焊接要在氬氣保護下進行，防止污染。鈦管與薄板要在真空下熱處理，鈦鍛件的熱處理時要控制微氧化性氣氛。

（10）抗阻尼性能低

用鈦及其他金屬材料（銅，鋼）制成形狀和大小完全一樣的鐘，用同等的力把每個鐘敲一下就會發現，用鈦做的鐘振蕩起來聲音持續的時間長，即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失，所以，我們說鈦的阻尼性能低。

鈦的三種特殊功能

（1）形狀記憶功能

指的是Ti-50％Ni（原子）合金，在一定的溫度條件下，能夠恢復它原來形狀的本領,稱這種材料為形狀記憶合金。

（2）超導功能

指的是NbTi合金，當溫度下降到接近絕對零度時，NbTi合金制成的導線，會失去電阻，任意大的電流通過，導線都不會發熱，沒有能耗，NbTi被稱為超導材料。

（3）貯氫功能

指的是 Ti-50％Fe（原子）合金，具有大量吸收氫氣的本領。利用 TiFe 的這一特征，可把氫安全的貯存起來，即貯存氫不一定使用鋼制高壓氣瓶。在一定條件下還可以讓TiFe把氫放出來，TiFe 被稱為貯能材料。

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