(一)钛的性质
 

  　　钛的外观与钢极为相似，密度为4.51克／厘米3，不足钢的60％，是难熔金属中密度最低的金属元素。

　　钛在常温下的空气中十分稳定。当加热到400～550℃时，则在表面生成一层牢固的氧化膜，起防止进一步氧化的保护作用。钛吸收氧、氮、氢的能力很强，这类气体是对金属钛十分有害的杂质，即使含量甚微(0.01％～0.005％)也能严重影响它的力学性能。

　　钛的力学性质即通称的机械性能与纯度十分相关。高纯钛具有优良的机加工性能，延伸率、断面收缩率均佳，但强度低，不适合作结构材料。工业纯钛含有适量的杂质，具有较高的强度和可塑性，适宜制作结构材料。

　　在钛的化合物中以二氧化钛(TiO2)最有实用价值。Ti02对人体呈惰性，无毒害，它具有一系列优良的光学性质。Ti02不透明，光泽度与白度高，折射率与散射力大，遮盖力强、分散性好，制成的颜料为白色粉末，俗称钛白，应用甚广。

 

　　(二)钛的应用
 

　　1．钛及其钛合金的应用
 

　　致密金属钛由于质量轻，比铝合金强度高，能在高温下保持比铝为高的强度而受到航空工业的高度重视。鉴于钛的密度为钢的57％，其比强度(强度／重量比或强度／密度比皆称比强度)高，抗腐蚀、抗氧化、抗疲劳能力均强，钛合金的3／4用作以航空结构合金为代表的结构材料，1／4主要用作耐蚀合金。
 

　　钛合金有低强高塑性、中强和高强之分，为200(低强)～1300(高强)兆帕，但大体上可以把钛合金看作是高强合金。它们比被认为是中强的铝合金的强度为高，在强度上已完全可以取代某些型号的钢材。与铝合金在150℃以上的温度下强度迅速下降相比，某些钛合金在600℃仍能保持良好的强度。
 

　　除强度外，按用途还可分为耐热、耐蚀、低温及特殊功能(如TiNi形状记忆合金、TiFe贮氢合金)等钛合金，按相组成可分为α、α＋β和β 及近α、亚稳定等数种类型。至今投入生产的合金牌号已超过100种，工业上广泛应用的只有10余种。其中作结构合金用的Ti-6Al-4V在钛合金的整个销售市场中占60％，居主导地位，其次是Ti-5Al-2.5Sn，它的长期工作温度可达500℃(强度为780～980兆帕)。
 

　　但是，钛有两个主要因素使这个资源丰富的元素不能成为常用金属。首先是成本。但主要因素是钛本身的活性极强，很难处理。炉内气氛必须严格控。金属钛的活性高、热导率低、变形抗力大、常温可塑性差，变形过程中不但易与模具粘结，特别在机加工时有刀具和磨料粘结到热的加工表面的倾向，使标准结构件的制造产生大量废钛屑，即所谓的残钛。一般锻造钛锭加工可产生70％的残钛，有时这一数字可高达90％。
 

　　为减少过高成本造成的负担，一方面发展了残钛处理工艺，另一方面开发了近净成形、超塑成形、精密铸造和粉末冶金以及热等静压与扩散连接等高新技术。比如通过制粉、成型、烧结或热等静压固结方法加工而成的粉末冶金制品为近净成形件，材料利用率高达80％，既降低了材料消耗，又明显减少了切削加工量。又如大型薄壁精密铸造技术在钛合金中的应用，使钛铸件性能接近钛锻件，而成本降低50％左右。
 

　　钛及钛合金的主要消费领域首先是航空工业。20世纪80年代，近年来，钛材在非航空航天工业中的应用不断增加，航空航天仍居“主打”地位。发动机短舱和隔火壁开始，至今许多飞机的结构件均已使用钛合金制造。在波音757、超音速SR-71黑鸟、F-22喷气战斗机、空间卫星和导弹上，钛零件都起到极为关键的作用。如飞机内的风扇圆盘、发动机叶片等均为钛铸件和锻件制造。
 

　　钛的第二项应用领域则与利用其抗蚀能力相关。其中用量最大是作氯碱生产的电极材料。钛阳极使用寿命为石墨阳极的10倍，使产能提高近1倍，节电15％。年产1万吨苛性钠，约需5吨钛。
 

　　在航海业的船舶制造中，钛曾有过昔日辉煌。前苏联制造的6～7艘3000吨级核潜艇中每艘用钛量高达560吨(其阿尔法级潜艇的钛用量在908吨以上)。近年来在海洋油气勘探与开发方面钛则显示了巨大的威力，仅1997～1999年期间欧洲在北海油气开发方面就投入了150亿美元，用于建造21个悬浮式生产作业船和64个平台。一个新平台的生命安全系统需50～500吨钛，楔形应力接头需50～100吨钛，可伸缩升降器需400～1200吨钛，固定升降器需1400～4200吨钛。
 

　　在能源工业中已知用钛作发电装置的冷凝器和热交换器，都选用了全钛冷凝器。近年来在地热井地热开发方面，钛也大展风采，充分显示了自身的抗蚀能力。在地热卤水的高温腐蚀性环境中用作动力蒸汽涡轮，其他材料皆因寿命短而不得不被钛取而代之。用钛的优点在于能提高采热的生产率和地热井的寿命。


 

　　海洋油气钻探与地热开发主要使用Ti-6Al-4VELI、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-3Al-2.5V-0.1Ru及含钼Ti-38644(Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)等合金。船用紧固件使用Ti-5111(Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo)合金。我国为适应海洋工程的需要，也开发了Ti75、Ti31和Ti631等合金。
 

 

　　高尔夫球、生物材料和汽车制造是钛材三个极有希望的新的应用领域。
 

　　在运动与休闲领域，高尔夫球具用量的增长颇富戏剧性，1993年钛尚未进入这一领域，1997年用钛量一下增长到4000吨。原因是用钛作球棒强度高、质地轻、击球距离平均提高20～30码(1码=0.9144米)或15％。钛球棒的出现使美国1998年内增加了448个新球场。球员的数目达到2500万人(接近于全世界的一半)。1994年只卖出500个球棒，1995年一下增到19万个，而到1997竟猛增到172万个。钛在休闲运动领域大有用武之地，诸如在滑雪板、雪橇、冰斧、冰爪等爬山设施等方面。
 

　　钛有极佳的生物相容性、低的膨胀系数、高度耐用性及无磁性，是极佳的骨骼支撑材料。作为植入的髋关节其重量约为不锈钢的一半，并且骨组织在生长时还可直接粘牢在钛植人体上。膝关节、义齿再造等也使用钛合金。据统计，全世界每年医学植人的用钛量在600-1000吨之间。所用钛材除Ti-6Al--4VELI(超低间隙氧)外，还开发了无铝(免除对肾和肺的毒害)Timetal 21SRx(Ti-2.75Nb-15.2Mo-0.34Fe-0.18Si-0.250)与Timetal 21S(Ti-2.9Nb-14-9Mo-0.09Fe-2.9Al-0.22Si-0.140)、Ti-6Al-7Nb等钛合金。
 

　　低成本钛的生产及钛粉末加工技术的发展，已有可能将钛的应用延伸到汽车行业。用钛制造的弹簧已开始在一级方程式赛车上、竞赛用摩托车以及最高级的法拉利汽车上应用。估计不久在轻型汽车的发动机阀门、连杆、悬簧、排放系统及紧固件上将获得应用。