世界钛及钛合金的应用研究进展

钛合金研究加工与应用的新进展钛合金是一种具有良好力学性能和低密度的金属材料，广泛应用于航空航天、汽车和医疗器械等领域。

随着科学技术的不断发展，钛合金研究、加工和应用也有了新的进展。

本文将从材料设计、加工技术和应用领域三个方面讨论钛合金的新进展。

一、材料设计方面钛合金的材料设计主要包括合金元素选取和相结构调控。

目前，人们对钛合金中添加合金元素的选择和比例进行了更加精确和多样化的研究。

特别是通过添加微量元素，如稀土元素和微量金属元素，可以显著改善钛合金的力学性能和耐腐蚀性能。

此外，通过合金元素的调控，还可以实现钛合金的相结构调控，进一步改善材料的综合性能。

二、加工技术方面钛合金的加工技术是钛合金研究的重要内容之一、近年来，随着材料科学和加工技术的发展，出现了一些新的钛合金加工技术，如粉末冶金技术、杂质控制、热处理等。

其中，粉末冶金技术可以制备高性能的钛合金零件，具有较高的成型能力和性能一致性。

杂质控制可以有效提高钛合金的纯度和均匀性，进一步提高材料的力学性能。

热处理可以改善钛合金的晶粒尺寸和残余应力分布，提高材料的高温强度和疲劳性能。

三、应用领域方面钛合金的应用领域非常广泛，包括航空航天、汽车、医疗器械和化工等。

近年来，随着航空航天技术的不断发展，对于钛合金的需求越来越大。

钛合金可以用于制造飞机和火箭的结构件、航空发动机和航空航天器的推进装置。

在汽车工业中，钛合金可以制造高性能的汽车零件，如制动系统和发动机部件，具有较高的强度和耐腐蚀性能。

医疗器械是钛合金的另一个重要应用领域，由于钛合金具有生物相容性和生物相近性，可以用于制造人体植入物，如心脏支架和人工关节。

此外，钛合金还可以用于化工领域，用于制造耐腐蚀设备和高温反应容器。

综上所述，钛合金的研究、加工和应用在材料设计、加工技术和应用领域都有了新的进展。

随着科学技术的不断发展，相信钛合金的研究将会有更大的突破，并为各个应用领域带来更多的创新和发展。

国内外钛合金研究的发展现状及趋势
近年来，钛合金作为一种新型材料，广泛应用于航空、航天、海洋、化工、医疗等领域。

本文将介绍国内外钛合金研究的发展现状及
趋势：
一、国内钛合金研究现状
国内钛合金研究起步较晚，但近年来快速发展。

在技术上已经取得了
一定的成果，研究重点集中在钛合金的制备、改性和应用等方面。

其中，还包括正交实验和贝叶斯优化等。

二、国外钛合金研究现状
国外钛合金研究历史较长，先进的加工技术和分析设备更加完善。

目前，美国、德国、日本等国家的研究机构对钛合金金属材料进行了广
泛的研究，尤其是对高强度、高温和腐蚀性能的提升等方面做出了许
多突破性进展。

三、国内外钛合金研究的发展趋势
（1）材料制备技术的提高。

采用精细制备技术的方法进行钛合金材料
的制备，降低金属内在缺陷，提高材料的物理和化学性能。

（2）材料改性研究的深化。

开展形变机制、晶粒细化和快速凝固等方
面的研究，进一步提高钛合金材料的力学性能和耐腐蚀性能。

（3）纳米级钛合金的研究。

通过纳米级的制备方法对钛合金进行研究，有望发现新的物理和化学特性，促进钛合金材料的发展。

（4）电化学合成技术的发展。

利用新型氟化剂、阴离子表面改性剂、
稀土元素等对合成过程进行优化，提高电化学合成钛合金的效率和成
本效益。

综上所述，钛合金作为一种重要的先进材料，在国内外都受到了
广泛的关注和研究，未来也有着广阔的发展前景。

钛合金的研究与开
发的不断深入，必将在航空、航天、海洋等高端应用方面发挥出更大
的作用。

国内外钛合金研究及应用现状作者：江洪张晓丹来源：《新材料产业》 2017年第3期■ 文/ 江洪张晓丹中国科学院武汉文献情报中心一、国内外钛合金发展概况钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。

在近代工业中，钛合金以其优良的高强度、耐蚀性及耐热性等特点已成为高性能结构件的首选材料。

此外，钛具备生物相容性、超导、储氢、形状记忆等独特功能，而被广泛应用在医疗器械、化工、航天航空、舰船等领域。

目前，已有上百种钛合金问世，其中最著名的合金有20 ～30种。

钛合金可以分为α合金、（α+β）合金、β合金及金属间化物钛合金。

近年来，新型钛合金主要有4种类型：高温钛合金、高强高韧β型钛合金、钛铝基合金及其复合材料与阻燃钛合金。

我国于1956年开始钛及其合金的研究，60年代中期开始钛材的工业化生产。

常见的钛合金为铸造钛合金及变形钛合金。

二、钛合金生产技术的发展现状钛合金生产技术关系着钛合金的质量。

钛合金熔炼、铸造、成型等技术在近年来得到了极大的发展。

1. 钛和钛合金的熔炼技术钛及钛合金的熔炼主要分为2类：真空自耗和真空非自耗熔炼，见表1。

在钛和钛合金的工业化生产中，最常用的技术是真空自耗电弧熔炼（Vacuum arc remelting，VAR）和冷床炉熔炼。

V A R技术在钛合金熔炼中可以细化铸锭组织，提高产品的纯净度。

该技术在近年来的主要发展表现在以下几个方面：①全自动V A R重溶工艺。

先进的计算机技术的发展也应用到VA R工艺中，自动电控盒数据收集系统可以为特定的铸锭和合金建立优良的熔炼模式。

除此之外，还可以分析熔炼过程出现的问题，提高金属成品率。

②铸锭尺寸大型化。

大型V A R炉可熔炼质量达30t的钛铸锭，国外熔钛用真空自耗电弧炉吨位大多为8～15t，我国近年来也实现了8 ～15t熔钛吨位。

③供电方式采用了同轴型供电方式，可以抵消磁场，防止产生偏析。

④数值模拟技术的发展。

国内外学者利用数值模拟方法研究V A R工艺取得一定的进展[1]。

钛合金的研究应用现状及其发展方向钛合金是以金属钛为基，加入适量的其他元素组成钛合金，其在300-600度时的比强度优于钢和铝合金。

钛的工业化生产是1948年开始的，为航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8％的增长速度发展。

目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。

使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

钛及其合金不仅大量应用在航空、航天工业，而且在化工、石油、冶金、造纸、纺织，机械仪器、能源；医疗卫生等工业中也有着十分重要的应用；在民用工业中的应用也日渐增多。

1、发展历史钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。

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作是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。

2、原理钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。

钛合金材料的研究和应用钛合金是一种具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优良性能的金属材料，因此在航空航天、汽车、医疗等领域有着广泛的应用前景。

本文主要就钛合金材料的研究和应用做简要介绍。

一、钛合金材料的分类按照组成元素和性能不同，钛合金材料可以分为纯钛、α型、β型等不同类型。

纯钛具有良好的塑性和可加工性能，广泛应用于制造医疗设备、音响等领域。

α型钛合金具有良好的强度和韧性，应用领域主要包括航空、航天、船舶等领域。

β型钛合金具有良好的高温性能和抗腐蚀性能，广泛应用于船舶、化学、生物等领域。

二、钛合金材料的研究进展在钛合金材料的研究领域中，表面改性和纳米材料是目前研究的热点之一。

表面改性指提高钛合金表面的抗腐蚀能力和机械强度，常用的方法包括阳极氧化、电解聚合物、电沉积等。

纳米材料指材料尺寸小于100nm的材料，通过制备纳米结构的钛合金材料可以提高其机械性能和抗腐蚀性。

近年来，高压扭剪、等离子喷射等技术已经成为制备纳米结构钛合金材料的重要方法。

三、钛合金材料的应用在钛合金材料的应用领域中，航空航天、汽车、医疗等领域是主要的应用领域。

航空航天领域是钛合金应用最早、规模最大的领域之一，在飞机、导弹、卫星等方面应用广泛。

钛合金可以减轻飞机重量，提高载荷能力，同时具有良好的耐高温性能和抗腐蚀性能。

汽车领域是近年来钛合金应用较为热门的领域之一。

钛合金可以替代钢铁等金属，达到轻量化的目的，同时提高汽车的安全性、抗腐蚀性和节能性。

医疗领域是钛合金应用领域中增长最快的领域之一，钛合金可以制造人工关节、牙科种植体、脊柱植入物等医疗器械。

相比其他金属材料，钛合金不会被人体组织排斥，并且具有耐腐蚀性能，逐渐成为医疗行业的首选材料。

综上所述，钛合金材料具有广泛的应用前景，在不断的研究发展中，钛合金材料也会更加完善。

在工业制造、医疗器械等方面，钛合金都将有着更广泛的应用。

钛及钛合金的应用及发展钛（Ti）是一种具有轻质、高强度和耐腐蚀性的金属。

由于其独特的性能，钛及其合金被广泛应用于各个领域，并在过去几十年中得到了快速的发展。

以下是钛及钛合金的应用及发展的一个详细分析：1. 航空航天领域：钛及其合金是航空航天领域最重要的结构材料之一。

由于其低密度和高强度，钛合金在飞机、导弹和航天器的重要部件上得到了广泛应用。

此外，钛合金还具有出色的耐高温性能，能够承受极端的航天环境。

2. 医疗领域：由于钛的生物相容性和优异的机械性能，钛及其合金在医疗领域中用于制造人工骨骼、牙科植入物和外科器械等。

钛合金的强度和抗疲劳性能使其成为人工骨骼的理想材料，而其生物相容性能够减少植入物在人体中引起的排异反应。

3. 化工领域：钛及其合金的耐腐蚀性和高温稳定性使其成为许多化学过程中的理想选择。

钛合金在石油、化肥和硫酸等领域中被广泛用于制造储罐、管道和反应器等设备，能够减少因腐蚀而导致的设备损坏和环境污染。

4. 汽车工业：近年来，钛及其合金在汽车制造业中得到了广泛应用。

由于其轻质、高强度和耐腐蚀性，钛合金被用于制造汽车零部件，如悬挂系统、发动机和排气系统等。

这些应用能够减轻汽车的重量，提高燃油经济性和行驶性能。

5. 体育用品：钛及其合金在体育用品制造中也有着广泛的应用。

例如，在高尔夫球杆、自行车和网球拍等体育器材中常见到钛合金的身影。

钛合金的高强度和轻质特性使得这些器材更加坚固耐用且重量轻。

钛及钛合金的发展：随着科学技术的不断进步，钛及其合金的发展也在不断取得突破。

以下是一些钛及钛合金的发展趋势：1. 新的合金设计：研究人员不断努力开发新的钛合金，以进一步提高其性能和应用范围。

例如，近年来已经发展出了具有更高强度、更好的耐腐蚀性和抗疲劳性能的新型钛合金。

2. 制备技术的创新：新的制备技术有助于提高钛及钛合金的生产效率和产品质量。

近年来，包括粉末冶金、快速凝固和3D打印等新技术的应用，使得钛合金的制备更加灵活和高效。

钛及钛合金的研究1.引言钛是 20 世纪 50 年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。

钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。

根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。

美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用[1~3]。

2.钛及钛合金的特点钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面：(1)比强度高。

钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。

(2)硬度较高。

钛合金(退火态)的硬度HRC为32~38。

(3)弹性模量低。

钛合金(退火态)的弹性模量为1.078@105~1.176@105MPa,约为钢和不锈钢的一半。

(4)高温和低温性能优良。

在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600e;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253e时还能保持良好的韧性。

(5)钛的抗腐蚀性强。

钛在550e以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。

此外,钛还具有形状记忆、吸氢、超导、无磁、低阻尼等优良特性。

纯钛及钛合金与其他材料有关性能的对比见表1。

3.钛及钛合金的研究进展1954 年美国成功研制出第一个实用钛合金Ti-6Al-4V，由于其具有优异的综合性能，成为钛合金中的王牌合金[1]。

国内外钛合金研究及应用现状近年来，钛合金在国内外各行各业都得到广泛的应用，研究跨越了材料物理和化学，机械设计，生产工艺，涂敷工艺，智能制造，组装，维修和维护等多学科领域，这种多学科交叉性得到了国内外的广泛关注和深入研究，从而推动了钛合金的发展和实用化。

钛合金的特点是结构紧凑，耐腐蚀性强，耐热性好，延伸性和抗冲击性也非常出色，因此被广泛应用于航空航天，汽车，医疗，电力，建筑等行业，而且由于其低密度和轻量特点，更能够满足提高制造效率，减少能源消耗，减少污染的要求。

目前，国内外钛合金研究主要集中在材料特性、制备技术、新型钛合金的研发等方面。

先，关于材料性能的研究，国内外的研究者着重研究钛合金的强度、塑性、焊接性和耐腐蚀性等力学性能，以拓展其性能，满足不同环境下用途的需求。

其次，关于制备技术的研究，主要是研究高性能钛合金的制备工艺，以提高其材料性能，降低生产成本。

最后，关于新型钛合金研发方面，目前有多学科交叉研究，包括聚合物增强钛合金、复合材料、添加剂改性等，从而进一步拓展钛合金的应用范围，满足不同行业的多样化需求。

在实际应用方面，钛合金目前主要用于航空航天、汽车、医疗、电力、建筑等行业，特别是航空航天领域的应用最为广泛，主要是因为钛合金的低密度、重量轻、高强度、耐腐蚀性良好等特点，能够充分地满足航空航天装备的要求，比如飞机发动机，航空航天机械件和结构零件等，这些应用使得钛合金在航空航天领域得到了广泛的应用。

此外，还有越来越多的行业开始尝试使用钛合金，比如汽车、电力行业，利用它们的可塑性，建造轻量化的汽车零部件，减轻汽车质量，降低汽车节油，以及在高速公路、铁路、桥梁等高精尖的土木工程中，使用钛合金制作可靠的抗腐蚀结构件，从而提高了建筑物的抗侵蚀性，维护了高速公路和铁路等行业的安全性和可靠性。

总而言之，钛合金在国内外各行各业的研究和应用都得到了广泛的关注，以提高性能、节约能源、降低污染等多方面都有着重要作用，推动了钛合金的发展和实用化。

钛合金生物相容性的研究进展钛合金是一种常用的材料，在医疗器械和人工骨骼等领域得到了广泛的应用。

然而，钛合金可塑性强、生物相容性好等特点，却没有被完全解开其神秘面纱。

今天我们就来探讨一下钛合金生物相容性的研究进展。

一、钛合金在人工骨骼领域中的应用人工骨骼的替代品主要包括金属、陶瓷、塑料等材料。

钛合金几乎成为了这种替代品的比较主要的材料，因为钛合金本身力学性能极为优越，较大程度上可以模拟人体骨骼的生物力学性能。

同时，在与骨骼相接触的表面上具有良好的生物相容性。

虽然钛合金作为人工骨骼的替代品已经被广泛应用于临床领域，但是其材料主要由钛、铝等成分组成，无法恰当的仿真人骨。

在众多研究中发现，当接近应力、接口应变时，较弱的机械性能会导致钛合金生物相容性出现问题。

因此钛合金在医疗领域的应用还有很大的拓展空间。

二、改善钛合金表面粗糙度可以提高其生物相容性在钛合金上生长组织海绵是一种常见的技术，这种技术是通过水热法在钛合金表面生长出微小孔洞，然后在孔洞中生长出组织形态类似于骨骼组织的三维网状结构。

这种三维多孔结构可以有效的增加钛合金接口的面积，做到更加长时间的连接，也可以提高钛合金的生物相容性。

通过淬火等材料表面处理的方法，可以极大的提高钛合金的力学性能，也可以改善钛合金的生物相容性。

三、钛合金复合材料可以拓展钛合金应用范围随着科技的发展和人们生活质量的提升，提高钛合金的生物相容性、力学性能、生物学行为和抗腐蚀能力已经成为了钛合金研究的热点。

复合材料作为一种新兴的研究领域，也不断地走近工业界的小伙伴。

复合材料通过结合不同材料的优点，使钛合金更适用于广泛的领域，比如生物医用类、航空航天领域、汽车、船舶和石油开采等领域。

与此同时，相比单一材料的缺点，复合材料的合成过程更复杂，价格也相对昂贵，所以尽管如此，钛合金复合材料仍具有极高的应用前景。

四、结语总而言之，钛合金生物相容性的研究已经出现了一些显著的进展，但是，目前来看，钛合金依然面临很大的问题。

钛与钛合金的发展与应用.第四篇《应用篇》第一部分、工业纯钛的应用：第一篇提到过，工业纯钛按照国标分为TA1-TA4不同牌号，加工成板、管、棒、丝、带等各种半成品。

工业上比较常用的纯钛是TA3，因为它的耐腐蚀性和综合力学性能比较适中，抗腐蚀能力比常用的不锈钢强15倍，使用寿命长10倍。

因此广泛用于石油化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置和舰艇零部件。

如果需要高强度和耐磨性，就需要采用TA4。

而对成形性要求高时，就需要采用TA1或者TA2。

工业纯钛对核辐射的耐受比不锈钢要高的多，长期使用也不会变脆，因此还可以用于核反应堆的零件。

这是钛的工业应用。

钛完全无毒，具有良好的生物相容性，可以与骨组织紧密牢固的结合，是理想的生物材料，因此在医疗领域大显身手。

高尔夫球杆和网球拍的外框、自行车的骨架也会用到金属钛。

近年来，眼镜、珠宝行业，用钛量（主要是纯钛,也有部分钛合金）也在急剧上升。

这是钛的生活应用。

纯钛应用，在钛工业中占到的比例不到10%。

90%以上，都用在了形形色色的钛合金上第二部分、钛合金的应用：中国钛合金的应用领域，主要集中在石油、化工等工业领域，并逐步向航空航天、海洋化工和日常生活扩展。

表1：部分钛合金在中国的应用和碳纤维复合材料一样，本文对钛合金重点关注的，仍然是航空航天领域的应用。

下面我们就来聊聊这方面的情况。

一航空领域重点看两个领域：1 高温及阻燃钛合金（用于航空发动机）2 承力及强韧钛合金（用于飞机结构）。

其实，这二者有很多交叉如发动机支撑结构件，既是耐温合金也是承力合金。

咱们试着分别讨论。

1 航发用高温钛合金表2：发动机钛合金用量*（兵器迷推测为WS-10）数据说话。

进步，那是看得见的；差距，那是明摆着的。

结合中国的应用情况，我们重点介绍几种钛合金牌号如下：TC4：即钛铝钒合金Ti-6Al-4V及其各种发展型号，中国国标牌号TC-4，属于α+β合金。

这是一个大家族，既有结构合金，也有耐温合金。