999钛合金是超高纯钛合金。金属钛因其综合性能优越,被广泛应用于现代工业的各个领域。然而,普通纯度的钛远远不能满足半导体集成电路、航空航天、军工、医疗、石油化工等核心战略领域的最高端的技术要求。
从99.98%到99.999%的纯度提升,虽然在数字上只有那么一点点,但却完成了一个质的飞跃,只有超高纯钛才能满足半导体芯片用溅射靶材、航空航天用高端钛合金、3D打印用高端钛粉等众多现代工业和先进加工技术的原材料需求。
钛金首饰的特点
钛金属珠宝的存在给珠宝圈注入了新的血液和力量,虽然钛金属在珠宝界领域的发展较晚,应用于高级珠宝的时间不是很长,但却为珠宝界注入了新鲜的动力,不仅有坚固耐持久等特性,而且颜色多变。
钛金的比重很低,仅为4.51左右,约为不锈钢、钴、铬等合金的一半,大概是黄金重的1/3,在制做耳坠、项链等首饰时优势明显,佩戴钛金制作的首饰轻便、舒服,即使是一些款式体积较大、造型夸张的首饰,亦不会感到繁重、压迫。
纯钛板硬度是一般钢板的二分之一倍。
根据刘胜新编著的《实用金属材料手册(第2版)》第一章:
工业纯钛的硬度通常小于120-290布氏硬度,纯度越高,布氏硬度越接近120布氏。
一般钢板的硬度为:q235b,布氏硬度(HBS100/3000)(退火或高温回火状态):≤217。
扩展资料:
超高纯钛
2014年9月,中国第一炉“电子级低氧超高纯钛”已在浙江省余姚市成功研发投产,一举打破了国外的垄断。低氧超高纯钛主要应用在半导体用溅射靶材、航空航天、海洋石油等核心工业领域,战略意义重大。特别值得一提的是,超高纯钛是中国自主大飞机项目的重要原材料保证。
在此之前,从国外进口的超高纯钛价格为120万元/吨左右,受到提纯工艺技术限制,全世界只有美国和日本的三家公司能够生产超高纯钛。作为高端战略性金属材料,美日政府严格限制对中国的出口。中国在超高纯钛领域经常要看美日的“脸色”。
宁波创润新材料有限公司"年产250吨电子级低氧超高纯钛项目"的投产,填补了中国高端钛材的技术空白,意味着中国已具备低氧超高纯钛的自主生产能力,实现了这一战略金属的独立自给,彻底摆脱了对国外的依赖。垄断打破后,直接受益的就是航空航天领域。
参考资料来源:
钛元素,发现于18世纪,并于1795年由德国化学家M.H克拉普斯命名为钛(Titan)。在希腊神话中这是大地之子的名字,在古希腊“泰坦精神”就是永往直前的意思。钛作为新型首饰用材有其它材料不可比似的优势============================一. 轻:
钛的比重是4.51,约为不锈钢、钴、铬等合金的一半,比黄金的16.3更是轻了许多,在制做耳坠、项链等首饰时优势明显。这一优势同时减少了设计师对于首饰用材的限制,可以用其做出很多体积较大且夸张的造型。
二. 钛具有良好的耐腐蚀性:
钛是极活泼的元素,极易与氧反应,生成Tio2,但是钛表面生成的几个到几十纳米的氧化膜极其完整致密,具有局部破坏后在瞬间的自修复能力,并且在大多数环境中是稳定的,这就是钛的耐腐蚀性的理论基础。
三. 良好的生物相容性:
钛的良好耐腐蚀性特征使它和人长期接触以后也不影响其本质,不会造成过敏。现在在医学领域已经得到广泛的应用。如:钛接骨板、钛髋关节以及钛膝关节等。因此对金属有过敏反应的人可放心大胆佩带。
四. 钛能着色:
钛金属有一个很有趣的特征,将钛置于电解液中通上一定电流,其表面应就会被电解化上一层氧化膜,而氧化膜的厚薄可决定颜色的变化,而并无需外加元素。现在可做的颜色有金、黑、蓝、褐、花等各种颜色。它的这一特性使首饰设计更多彩更时尚。
五. 钛不易变形,不用重新整形:
钛硬度高,不易变形,不象普通金银首饰等佩带一段时间后需要重新整形。原子结构
钛位于元素周期表中ⅣB族,原子序数为22,原子核由22个质子和20-32个中子组成,核外电子结构排列为1S22S22P63S23D24S2。原子核半径5x10-13厘米。
物理性质
钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米(20℃),熔点1668±4℃,熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子,沸点3260±20℃,汽化潜热 102.5-112.5千卡/克原子,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差,近似或略低于不锈钢,钛具有超导性,纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在25℃时,钛的热容为0.126卡/克原子·度,热焓1149卡/克原子,熵为7.33卡/克原子·度,金属钛是顺磁性物质,导磁率为1.00004。
钛具有可塑性,高纯钛的延伸率可达50-60%,断面收缩率可达70-80%,但强度低,不宜作结构材料。钛中杂质的存在,对其机械性能影响极大,特别是间隙杂质(氧、氮、碳)可大大提高钛的强度,显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能,就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。
化学性质
钛在较高的温度下,可与许多元素和化合物发生反应。各种元素,按其与钛发生不同反应可分为四类:
第一类:卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物;
第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;
第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体;
第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外),锕、钍等不与钛发生反应或 基本上不发生反应。
钛的存在
钛在地壳中的丰度为0.63% ,居元素分布序列中的第十位,仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢,比常见的锌、铅、镍、铜的总和还要多16倍,但大部分处于分散状态。主要的矿物有金红石(TiO2)和钛铁矿(FeTiO3)组成复杂的钒钛铁矿。我国钛蕴藏量居全球之首,仅四川攀枝花地区的矾钛铁矿,储量约15亿吨,占全国已探明储量的97% 。
三、钛的冶炼
钛在1791年被发现,而第一次制得纯净的钛却是在1910年,中间经历了一百余年。原因在于:钛在高温下性质十分活泼,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。
工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛,再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿(精矿),发生下面的化学反应:
FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O
FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O
为了除去杂质Fe2(SO4)3,加入铁屑,Fe3+ 还原为Fe2+,然后将溶液冷却至273K以下,使得FeSO4·7H2O(绿矾)作为副产品结晶析出。
Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀,反应是:
Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4
锻烧偏钛酸即制得二氧化钛:
H2TiO3 == TiO2+H2O
工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,并使生成的TiCl4,蒸气冷凝。
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO
在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛:
TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti
这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼,最后制成各种钛材。
四、钛及钛合金的特性、用途
纯钛是银白色的金属,它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm3,比钢轻43% ,比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多,比铝大两倍,比镁大五倍。钛耐高温,熔点1942K,比黄金高近1000K ,比钢高近500K。
钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下,钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜,可以抵抗强酸甚至王水的作用,表现出强的抗腐蚀性。因此,一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
液态钛几乎能溶解所有的金属,因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有d性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。
钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇,既能抗海水腐蚀,又能抗深层压力,其下潜深度比不锈钢潜艇增加80% 。同时,钛无磁性,不会被水雷发现,具有很好的反监护作用。
钛具有亲生物性。在人体内,能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械,制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨,主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时,这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。
钛在人体中分布广泛,正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg,其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞,使免疫力增强这一作用已被证实。
五、钛的化合物及用途
重要的钛化合物有:二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3)。
纯净的二氧化钛是白色粉末,是优良的白色颜料,商品名称“钛白”。它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白(ZnO)的持久性能。因此,人们常把钛白加在油漆中,制成高级白色油漆;在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中;纺织工业中作为人造纤维的消光剂;在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂,改善其性能;在许多化学反应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天,二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品,有着很高的附加价值,前景十分诱人。
四氯化钛是一种无色液体;熔点250K、沸点409K,有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解,冒出大量的白烟。
TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl
因此TiCl4在军事上作为人造烟雾剂,犹其是用在海洋战争中。在农业上,人们用TiCl4形成的浓雾复盖地面,减少夜间地面热量的散失,保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。
将TiO2和BaCO3一起熔融制得偏钛酸钡:
TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2
人工制得的BaTiO3具有高的介电常数,由它制成的电容器有较大的容量,更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”,其晶体受压会产生电流,一通电,又会改变形状。人们把它置于超声波中,它受压便产生电流,通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用,它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。
钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而,生产成本之高,使应用受到限制。我们相信在不久的将来,随着钛的治炼技术不断改进和提高,钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。
使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)工业纯钛(TA1、TA2、TA3)。
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