摘 要：自剑桥大学D J Fray等人发表以TiO2直接电解提取钛（即FFC法）的论文后，研究由氧化物直接电解制取钛成为热潮。根据国内外已发表的相关研究论文，结合相关的研究成果，对电解法制取钛的研究进展进行简要总结。 关键词：FFC法；OS法；USTB法；EMR/MSE法；PRP工艺 引言 钛具有密度小、比强度大（强度与密度之比）、耐腐蚀、无毒、温度适应范围广的优良性质，而且钛矿藏储量丰富，地壳中钛的含量约为，在结构金属中居第四位，仅次于铝、铁、镁，它是当代最具技术魅力的金属材料。但钛与氧的亲和力较强，两者之间不仅会生成化合物，而且还能形成多种固溶体。当钛中的氧、氮的含量只为百分之几时，即足以使钛合金变脆，所以工业中对钛的纯度要求很高，导致制备钛的工艺比较复杂，如何在现有技术的基础上发展一种提取钛的经济有效的方法成了国内外专家关注的焦点 1 FFC 法的研究进展 FFC法简介 英国剑桥大学科学家Fray等人提出了熔融盐电解TiO2制备金属钛的FFC法[1]。方法一经提出便引起世界钛冶金科研工作者的广泛关注[2]。FFC 方法采用直接电化学还原，在无水CaCl2融盐中电解TiO2得到海绵钛，此方法已在实验室取得成功。FFC法有着成本低、产品质量高、周期短应用范围广等特点，是一种清洁的绿色生产工艺。 FFC法工艺过程 FFC法具体工艺过程是：将TiO2粉末压制成形，烧结后作为融盐电解槽阴极，石墨作阳极，以CaCl2融盐作为电解质，置于钛或石墨坩埚中，在800℃～1000℃下进行电解，所加电压为～，当电流通过时，阴极TiO2电离出氧离子，发生还原反应；而在阳极上，发生氧化反应，氧元素与碳结合生成CO2在阳极区放出，金属钛则留在阴极，从而得到的金属钛，其组织结构与镁热法生产的粒状、多孔的海绵钛一样，整个工艺过程中不存在液态钛或离子态钛。 电解反应如下： 阴极还原反应：TiO2＋4e＝Ti＋2O2- 阳极氧化反应：2O2-－4e＝O2 总反应：TiO2＝Ti＋O2 电解简图如图1 所示： FFC法的优点： （1）工艺过程简单。原料和设备不需要什么特殊要求，流程短易操作。传统方法生产Ti时需要进行真空精练才能得到纯Ti；而采用FFC法生产，可以直接得到纯净的Ti，甚至用它可以直接生产出半成品的Ti产品[3]，缩短了生产周期。 （2）反应温度低，一般在800～1000℃。表1列出了一些金属单质和合金的传统制备方法[4]，这些方法大部分需要反应物在熔融态开始反应，其反应需要的温度较高。这不仅需要消耗很多的能量，而且高温对设备的要求也很严格，生产成本也会增加。 表1一些金属或合金的传统制备方法 合金应用传统制备方法 Nb3Sn，NbTi超导体熔融法，粉末冶金法 Nd-Fe-B，Sm-Co永磁体熔融法，粉末冶金法 Al，Mg，Be，Ni，Co结构合金熔融法 Ti，Ta，Co医学熔融法，粉末冶金法 Pt，Pd催化剂熔融法 （3）产物纯度高、杂质含量低，产品的形貌和粒度颗粒大小可以控制。如果能控制好电解时的工作电压以及电解时间，就可以使产物的氧含量降到很低，得到产品需要的形貌和颗粒大小。如FFC法制备的Ti产物氧含量仅为：200×10-6[5]。FFC法生产过程中可能污染产物的只有电解质熔盐CaCl2和NaCl，经过水洗可以将熔盐溶掉。 （4）生产成本低，原料易得，电解质廉价。电解所需要的CaCl2和NaCl熔盐廉价易得，而该工艺一般反应的温度低，也是降低成本的一个方面。而且该工艺可以省去铸造、机械加工等昂贵的加工工程，因此可以节省大量的生产成本。据报道，采用FFC法生产钛，其成本可以降低到仅为Kroll法的1 /2[3，6，7～9]。 （5）FFC法可以用于制备其它方法难以生产的金属或合金，如TiNi记忆形状合金。生产这种合金由于原料成分的配比和合金密度很难控制，不易生产。如果采用FFC法则简单多了，只要在制作阴极片时根据所需合金成分来配比原料中TiO2和NiO2的量，通过电解就可以获得事先要求成分的合金。又如W-Al合金，由于钨的熔点高于铝的沸点，所以采用传统方法制备极其困难，而利用FFC法制备这种合金就会变得很简单。 （6）FFC法被称为绿色环保工艺，而且可以实现连续化生产，不像Kroll法制备金属钛过程中出现的Cl2和TiCl4这些强腐蚀性的化学物质，是一种绿色环保工艺。 FFC法目前还存在一些需要解决的问题： （1）FFC法的电解脱氧机理还不是非常清楚，而且电解过程中的热力学和动力学问题需要进一步研究。要探讨影响电解工艺条件，以及在电解过程中如何控制这些条件使产物达到设计的要求。 （2）FFC法的电解脱氧过程效率很低，如采用FFC法电解一个几克的Nb2O5阴极片需要48h才能使其残余氧含量降低到3000×10-6[10]。如果进行较大规模的电解生产，要使产品中的氧含量降至较低的值，可能就需要更长的时间。所以如何提高电解效率，缩短电解时间是一个关键技术。 （3）在合金制备过程中，还有许多问题需要解决，比如合金中不同金属的脱氧、金属合金化，以及合金成分的均匀化等问题还需要进一步的研究。 （4）最关键的一点就是解决扩大化生产中遇到的问题。虽然工艺比较简单，设备操作方便，但是针对大规模生产能否重现实验室中理想的结果，以及如何生产出合格的产品，还需要更多的资金和人力去研究探索。 2 OS法 OS法简介 针对FFC法，日本Kyoto大学的One和Suzuki在2002年钛协会年会上首次提出了OS法[11]。其实质仍为CaCl2熔盐电解，是一种在CaCl2熔盐中钙热还原TiO2的工艺。 OS法工艺过程 其主要反应过程如下：在900℃时，CaCl2可以分别溶解摩尔分数为和20%的Ca和CaO。当电解电压在CaO分解电压（CaO在CaCl2中的电解电压只有 V ）以上并在CaCl2分解电压（CaCl2的电解电压为 V）以下时，Ca2+在阴极被还原为金属Ca，阳极相应产生O2。如果阴极掺入了TiO2颗粒，将会得到含氧量很低的金属Ti。其电极反应为： 阴极反应：Ca2＋＋2e→Ca 阳极反应：C＋2O2－→CO2＋4e 总反应：TiO2＋2Ca→Ti＋2O2－＋2Ca2＋ 据称，此方法可大幅度降低生产成本，并用来生产钛粉，与FFC工艺有相似的优缺点。其实验简图如图2 所示。 3 USTB工艺 USTB工艺介绍 由北京科技大学（USTB）研究团队提出的可溶阳极熔融盐电解的方式（USTB新型清洁钛提取技术）较好地解决了产品质量、稳定运行和规模扩大的问题（授权专利号：）。这种新型清洁钛提取冶炼新工艺以二氧化钛和碳为原料在1500 ℃左右的温度下碳热还原制备出导电性良好的碳氧化钛（TiCxOy）[13]，并以此为阳极在400~1000℃的熔盐体系中电解，阴极上得到的碳和氧含量均低于5×10-4的金属钛（图3） 该方法主要分为TiC·TiO 固溶体的制备与TiC·TiO 固溶体的熔融盐电解制备金属钛两个过程。可溶性固溶体的制备TiO2与C粉或TiO2与TiC按摩尔质量比为1：2充分混合后，在2940~9800N/cm2的压力下压制成型，然后在1273~1673K 温度下真空烧结4h制得[14-15]。电解过程以烧结成型固溶体为阳极，碳钢棒为阴极，NaCl-KCl 共熔盐为电解质，在1073K温度下电解制取金属钛。其反应过程如下： 阳极反应：TiC·TiO→2Ti2++CO+4e 阴极反应：Ti2++2e→Ti USTB新型钛提取技术优势 （1）碳热还原工艺简单，还原效率高，以钛物料和碳质还原剂为原料能够实现低成本制备TiCxOy； （2）原料适应性好，钛物料可为各类氧化钛、富钛料及复合矿； （3）TiCxOy为阳极材料，电解过程中碳、氧结合为气体从阳极界面释放，无阳极泥产生，残极回收率高； （4）原料和产品分别在阳极和阴极，可以通过更换电极实现连续化生产。通过USTB新型清洁钛提取技术有望将金属钛的生产成本降低到现行工业化方法（Kroll法）的60%左右，被冶金业内研究者认为是最有希望实现工业化生产金属钛的新方法。 4 EMR/MSE法 EMR/MSE法简介 EMR/MSE 法是EMR 与MSE 法的联合方法[16]。IIPark 等人[17]为了降低还原产物中杂质的含量，研究出了EMR法；Suzuki在OS法基础上提出制取金属钙的MSE法。 EMR/MSE法工艺过程 EMR/MSE法是将盛有TiO2粉末或成型体的不锈钢容器沉浸在熔融CaCl2中，采用钙镍液态合金由EMR法制取金属钛，并通过MSE法电解溶解在熔盐中的副产物Ca2+再次合成钙镍合金，为后续反应提供还原剂。其中分别包括还原槽（EMR）反应和电解槽（MSE）反应，在还原槽（EMR）反应中二氧化钛与钙反应生成钛；在电解槽（MSE）反应中钙离子被电解还原成金属钙，还原槽生成的氧离子转移到阳极上与碳生成碳氧化合物。EMR 法工艺流程主要包括以下几步： 1）电解实验前将作为电解质的无水CaCl2在真空装置中干燥12 h（473K）； 2）1173K 时将TiO2在氩气保护气氛下电解，TiO2的还原过程主要是通过还原剂合金释放的电子来完成的； 3）还原结束后，将不锈钢容器从反应器中拿出，用蒸馏水浸泡24 h以便溶解CaCl2，实验结束后用用醋酸和盐酸过滤得到钛粉； 4）用蒸馏水、酒精和病酮漂洗，最后在真空容器中干燥，最终可得到金属钛。其电极反应为： 阴极还原反应：TiO2+4e→Ti+2O2- 阳极氧化反应：2Ca→2Ca2++4e 总反应：TiO2+2Ca→Ti+2Ca2++2O2 电解装置简图如图4 所示: EMR/MSE 法的主要特点是TiO2不与还原剂直接进行物理接触，而是通过熔融CaCl2传导还原剂释放的电子给TiO2阴极。这不仅有效控制了杂质在产物中的积累，大大提高了能量利用率，而且还实现了金属钛还原过程与还原剂钙镍合金制备过程的独立进行。与Kroll法相比，EMR/MSE 法可以在保证较低产品杂质含量的情况下实现半连续化生产金属钛粉。但是，EMR/MSE法同样面临着产物与熔盐难以分离的问题。 5 PRP工艺 PRP工艺介绍 PRP工艺是Okabe在直接气相还原TiO2粉末的基础上提出的一种预成型气相钙热还原制备金属钛的改进方法[18-19]。 实验中，首先将TiO2粉末、助焊剂（CaCl2，CaO）、粘结剂（火胶棉）按适当比例混合充分后预制成一定的形状，在1073 K下烧结成型，然后置于密闭不锈钢容器中，在1073~1273 K温度下用钙蒸气进行还原，最后产品进行酸洗和真空干燥得到金属钛。反应过程钙蒸气渗入预制体中与TiO2反应生成海绵钛与CaO。反应过程见图5 为了更好地优化PRP工艺，科研工作者进行了广泛的研究。贾金刚等人[20]通过研究得出CaCl2对钙蒸气还原TiO2发挥着不可或缺的作用，预制品中的CaCl2在高温烧结过程中有水蒸气逸出并产生气孔，从而促进钙蒸汽进入预制品与TiO2充分接触，有利于还原反应的进行。万贺利等人[21-22]通过对实验影响因素分析得出，当TiO2与CaCl2质量比为4：1、钙蒸气还原时间6 h、反应温度在1273 K时，可得到平均纯度在的钛粉。PRP工艺的优点在于可有效地控制产物的纯度与形态生产规模可灵活控制，非常适合生产粒径均匀的钛粉。采用钙蒸气还原预制品，且预制品与反应容器无物理接触，使产品杂质沉积少而且更易于分离。但是，还原剂成本较高是PRP 工艺一直未实现工业生产的主要原因。 5 结语 金属钛凭借优异的性能，使其成为可取代铁、铝的21世纪金属，但由于目前世界上普遍采用的Kroll 法存在工艺流程复杂、生产周期长、成本高等缺点，使得钛的应用受到了极大的限制。FFC剑桥法，采用TiO2直接熔融盐电解法，缩短了工艺流程，但存在生产条件苛刻和电解电流效率低的不足，还有待进行深入研究。 EMR/MSE法较OS法提高了产物纯度与能量利用率，但产物与熔盐电解质的分离仍然非常困难。PRP工艺主要缺点是还原剂成本太高，一旦能够实现还原剂的低成本生产，PRP法无疑将成为最有可能实现规模化生产的金属钛制备新工艺。USTB工艺既克服了FFC剑桥法电流效率低的缺点，又充分保证了钛的纯度，仅通过更换电极便可完成产物与熔盐电解质的分离实现连续化生产，是目前最有望实现工业化生产的钛制备工艺。目前，工艺流程短、生产成本低、生产连续化是钛生产工艺的主要发展方向，USTB工艺和PRP工艺实现了实验室条件下低成本、短流程生产，经过工业化放大试验与研究后，很有可能取代传统的Kroll法，实现金属钛制备技术的跨越式发展。参考文献 [1] Chen G Z ,FrayD J , Farthing T W. Direct electrochemical reduction of titanium dioxide totitanium in molten calcium chloride [J] . Nature , 2000 , 407 : 361-364 . [2] 刘喜波，罗志涛，高贵华，等.熔盐电解法. [3] 陈远望.英美联合推进FFC———剑桥法的工业化生产.世界有色金属, 2003 , 12:57 . [4] Fenn Andrew J , Cooley Graham,et the FFCCambridge Mater Proce , 2004 , 162(2):51 . [5] 刘美凤,郭占成.金属钛制备方法的新进展.中国有色金属学报, 2003 , 13 (5) :1238. [6] 苏鸿英.世界钛工业简介.世界有色金属, 2004 , 7:46 . [7] 高敬,郭琦.降低钛生产成本的工艺———电解法.稀有金属, 2002 , 26 (6) : 483. [8] 高敬,屈乃琴.海面钛生产工艺概述.钢铁钒钛, 2002 , 23 (3) : 44. [9] 杨遇春.钛材降低成本的途径.宇航材料工艺, 2004 , 1:23 . [10] 刘永忠,郭有仪,郁永章.冷冻干燥过程的计算模型及其应用.西安交通大学学报, 1999 , 33 (12): 61 . [11] 韩庆文等.降低制备金属钛成本概要[J].稀有金属快报, 2004 , 23 (8) : 7 . [12] 韩庆文等.降低制备金属钛成本概要[J].稀有金属快报, 2004 , 23 (8) : 7. [13] 龙翔，李保金，汪云华，等.熔盐电解TiO2制取钛金属工艺研究进展[J] . 材料导报，2013 (S2) :78-82. [14] Jiao S , Zhu H . Novel metallurgical process fortitanium production [J]. Journal of Materials Research , 2006 , 21 (9) :2172-2175 . [15] Jiao S , Zhu H . Electrolysis of Ti2CO solidsolution prepared by TiC and TiO2[J]. 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很好写的 给你几条例子： 青铜时代，主要是夏商周春秋时代。青铜可塑性差，密度比铁大，器具笨重，兵器不容易锋利，要加入很多其他的金属比如锡、锌和铅来增加可塑性，工艺非常负责，只有有钱人才能用，所以不便推广。很少用于农具（农奴木有钱的）。铁器时代，主要从战国开始，一开始还不是很多，因为铁矿石比青铜难冶炼，铁的熔点比铜高很多。而且高温下比铜更容易氧化。要求的炉温更高。工艺更复杂，但是技术成熟以后逐渐取代铜器。后来发现铁的硬度和含碳量，冷却时间有关，比较容易控制。可塑性高。缺点是容易生锈。但是已经开始逐渐应用在农具上了。大大的提高的生产力。粮食充足了社会就发展的更快了。有更多的人可以不用种地来从事脑力，文艺方面的工作。然后就是现代，以各种合金为主。比如钢，是加了铬或者锰的铁合金，还有铝合金又轻又不容易生锈。钛合金硬度高，密度小，不易生锈......防腐主要有涂漆和电镀等等方法，在铁表面弄上一层保护膜，或者用更活泼的金属比如锌和铁连在一起，在船上一般用这个方法，这样海水就会先腐蚀锌，从而把铁保护起来，这个是原电池的方法。回收现在一般最有价值的就是铝，因为从铝矿里炼铝很难，要先加热到3000多度的高温把矿石融化再用超多的电流电解生产纯铝，非常消耗能量。所以如果回收起来的话会节省很多能量，比其他金属回收的价值更高.....剩下的你自己发挥发挥就出来了
钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。
TC4的强度sb=，密度g=，比强度sb/g=，而合金钢的比强度sb/g小于18。 钛合金热导率低。 钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=·K。
应用于航空、航天、汽车、造船、能源等行业。
扩展资料：
TC4钛合金是应用最广泛的钛合金之一，它的强度高，耐蚀性好，但国内外无缝钛管市场上很难见到TC4材质的无缝钛管。TC4钛材主要以板材为主，市场上的TC4管材以热挤压或斜穿孔等方法生产的高强度厚壁管为主。
造成这种现状的主要原因是TC4钛合金的强度高，冷轧成形难度大。为解决TC4无缝管冷轧成形的关键技术，校企联合进行了系列研究。如采用直接冷轧成形工艺生产高强度钛合金管材，不仅大大降低生产成本，同时可满足对钛合金高性能应用场合的要求。
参考资料来源：百度百科-TC4
针对钛合金材料的难加工性,以及大飞机制造中钛合金整体结构件尺寸大、结构复杂、变形大等工艺难题,对钛合金整体结构件加工技术的研究现状、存在的问题及发展趋势进行了系统分析.阐述了钛合金加工对刀具材料、结构、微刃处理等关键刀具技术的要求及发展趋势;论述了钛合金整体结构件加工过程中应着重加强的工艺理论研究,主要包括走刀方式与走刀路径、基于切削稳定性工艺的参数优化、变形控制、变形校正等,〖JP2〗还对工艺参数与表面质量完整性的关系进行了分析,以期为钛合金整体结构件高效高精度加工的理论研究和工程实践提供指导.
钛合金（TA、TC、TB）铸造性能，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过，但其强度低、塑性高。工业纯钛的性能为：密度ρ=，熔点为172 矽钛合金耐磨地坪5℃，导热系数λ=()，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。
密度小（）、熔点高（1660℃）、耐腐蚀性强、强度高、塑性好，还可以通过合金化及热处理的办法制造出力学与物理性能高的各种合金,是较为理想的航天工程结构材料。工业上除采用工业纯钛制造零件以外，大量使用的是钛合金。航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用,制造燃气轮机部件。钛合金的热处理工艺可以归纳为：（1）消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。（2）完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。（3）固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。此外，为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。
TC11属于国标钛合金，执行标准：GB/T 2965-2007
TC11钛合金的名义成分为，是一种α-β型钛合金耐热钛合金，铝当量为，钼当量为。该合金还具有良好的热加工工艺性(包括常规工艺性能和超塑性)，可以进行焊接和各种方式的机加工。该合金的β热处理及等温锻已获得迅速的发展。该合金对热盐应力腐蚀也存在着一定的敏感性。该合金主要用于制造航空发动机的压气机盘、叶片、鼓筒等零件，也可用于制造飞机结构件。通过α-β区的热变形和热处理，该合金的最高长期工作温度为500℃。生产的半成品有棒材、锻件和模锻件等。TC11钛合金是我囯空应用较广的高温钛合金，最高使用温度500℃，主要应用在航空发动机压气机的零部件，如叶片、盘件、鼓筒和轴类等。也可以制成异形铸件，制件的使用工作条件为，在退火状态可用于500℃以下500小时和550℃以下100小时以及450℃以下1000小时，在强化处理状态可用于500℃以下100小时工作的零件和在700℃以下一次性工作的零件。
TC11化学成分如下图：
钛合金是以钛元素为基础加入其他元素组成的合金。钛合金的高温力学性能特点：钛合金抗氧化能力、抗蠕变性能力强，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作，钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度。
铜铁合金的特性还是非常稳定的，具有了铜的耐磨性和铁的一些韧性是很好的，一些建筑和工业使用的材料
去看下（材料科学）等等这类的期刊吧~找下这样的论文的写作灵感
少量加入稀土可以细化铜铁合金，铜和铁的融化温度相差不大，都在1200度左右，它们完全可以相容。
铁铜合金的特性我就现在太阳铜铁金合金的特性，网上就有很多相关的介绍，你可以去看一下。
密度小（）、熔点高（1660℃）、耐腐蚀性强、强度高、塑性好，还可以通过合金化及热处理的办法制造出力学与物理性能高的各种合金,是较为理想的航天工程结构材料。工业上除采用工业纯钛制造零件以外，大量使用的是钛合金。航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用,制造燃气轮机部件。钛合金的热处理工艺可以归纳为：（1）消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。（2）完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。（3）固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。此外，为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。
TC11属于国标钛合金，执行标准：GB/T 2965-2007
TC11钛合金的名义成分为，是一种α-β型钛合金耐热钛合金，铝当量为，钼当量为。该合金还具有良好的热加工工艺性(包括常规工艺性能和超塑性)，可以进行焊接和各种方式的机加工。该合金的β热处理及等温锻已获得迅速的发展。该合金对热盐应力腐蚀也存在着一定的敏感性。该合金主要用于制造航空发动机的压气机盘、叶片、鼓筒等零件，也可用于制造飞机结构件。通过α-β区的热变形和热处理，该合金的最高长期工作温度为500℃。生产的半成品有棒材、锻件和模锻件等。TC11钛合金是我囯空应用较广的高温钛合金，最高使用温度500℃，主要应用在航空发动机压气机的零部件，如叶片、盘件、鼓筒和轴类等。也可以制成异形铸件，制件的使用工作条件为，在退火状态可用于500℃以下500小时和550℃以下100小时以及450℃以下1000小时，在强化处理状态可用于500℃以下100小时工作的零件和在700℃以下一次性工作的零件。
TC11化学成分如下图：
TC11（）是做飞机叶片的，两相合金，加入少量的Si增加抗蠕变性能。 商业机密，不能随便发！
钛合金（TA、TC、TB）铸造性能，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过，但其强度低、塑性高。工业纯钛的性能为：密度ρ=，熔点为172 矽钛合金耐磨地坪5℃，导热系数λ=()，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的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，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。 20世纪50～60年代，主要是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年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。 另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。 目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、、、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。 钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类2. 钛合金的新进展 近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域阳。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。（1）高温钛合金。 世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有.英国的IMI829、IMI834合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。表7为部分国家新型高温钛合金的最高使用温度[26]。近几年国外把采用快速凝固／粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美国麦道公司采用快速凝固／粉末冶金技术戚功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在760℃下其强度相当于目前室温下使用的钛合金强度[26]。 （2）钛铝化合物为基的钛合金。 与一般钛合金相比，钛铝化合物为基钠Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816和982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料[26]。目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#在美国开始批量生产。其他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.％），此处M为v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一种元素。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。 （3）高强高韧β型钛合金。 β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种[26,30]: Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能； Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上； β21S（），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为的箔材；日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000％，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件； 俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上 （4）阻燃钛合金。常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。羌国研制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35v-15Cr（质量分数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，己用于F119发动机。BTT-1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有相当好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件[26]。 （5）医用钛合金。 钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植人人体的植人物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括、、和，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（）、Tiadyne 1610（）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
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