材料科学概论论文—钛

β型钛合金论文：β型钛合金弹性模量第一性原理价电子浓度【中文摘要】传统的钛合金具有优良的生物相容性、综合的力学性能、以及形状记忆性能和超弹性被广泛的成功应用于生物医用移植材料。

但是近年来研究发现,传统钛合金由于弹性模量较高引发“应力屏蔽”效应,同时含有钒、铝以及镍元素,具有毒性引发过敏性反应。

因此,设计开发新型无毒、低弹性模量生物医用β钛合金成为人们的研究热点。

本论文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了新型β钛合金的弹性性能和相结构的稳定性,提出了新型无毒、低弹性模量β钛合金理论设计原则。

论文的主要结论如下:（1）二元β型Ti-Nb、Ti-Mo和Ti-Ta合金的β结构稳定性随着Nb、Mo和Ta 含量的增加逐步增加,当其含量大于等于8.08%,3.7%和12.5% （原子百分数）时,能得到β相稳定结构,Nb、Mo和Ta对β结构稳定性影响的强弱顺序是:Mo>Nb>Ta。

同时,三种二元合金的弹性模量E随着Nb、Mo和Ta含量的增加先减小后增加,当含量是25%时,三种合金系的弹性模量达到最小值,分别是37.5GPa、30.8GPa和37.9GPa。

同时,进一步确定了具有最低弹性模量的二元β型Ti-Nb和Ti-Ta合金价电子浓度为4.25,Ti-Mo合金为4.5。

（2） Ti6Mo2合金体系中的α、β和α”相的结构稳定性从强到弱的顺序是α”>β>α,α相在Ti6Mo2合金体系中的不能稳定存在,且三种合金相的弹性模量从大到小的顺序是α>α”>β。

（3） Mo、Sn、Ta和Zr对bcc结构的Ti12Nb4的结构稳定性和弹性模量的影响各不相同,Mo和Ta元素既能够起到稳定β-Ti12Nb4相的作用,又能增加其合金相的弹性模量;Sn对β-Ti12Nb4相稳定性影响较小,而Zr却降低了β-Ti12Nb4相稳定性,且Sn和Zr对弹性模量的影响较小。

【英文摘要】The traditional Ti alloys have been successfully applied as biomedical implant materials due to their superior biocompatibilty,mechanical property, shape memory property and superelasticity. However, the high elastic modulus of the traditional Ti alloys may cause the“stress shielding’’when they are impanted in human body. Moreover Ni, V and Al are cytotoxic, which may cause the adverse tissue reaction. Therfore, developing newβTi alloys with lowering the elastic moduli and promoting the safety of the alloys are a hot topic in this research field. In this thesis, the elastic characteristic and phase stability of the novelβTi alloys were investigated by the calculations from first-principles based on density functional theory, and the principle to design the newβTi alloys with a low modulus is suggested. The main conclusions are as follows:（1） The structural stability of βTi-Nb, Ti-Mo and Ti-Ta alloys increased with Nb, Mo and Ta content increasing. Theβphase appear in Ti-Nb, Ti-Mo and Ti-Ta alloys when the Nb, Mo and Ta content are 8.08%, 3.7% and 12.5% （in atom pesent）, respectively. The strength to stabilizeβphase of Nb, Mo and Ta is in the sequence of Mo>Nb>Ta. The elastic modulus ofβTi-Nb, Ti-Mo and Ti-Ta alloys first decrease and then increase with the increase of Nb, Mo and Ta content and the lowest value are achieved to be 37.5GPa、30.8GPa and 37.9GPa when the Nb, Mo and Ta content are about 25%, respectively. Moreover, the critical valence electronic number for realizing the lowest elastic modulus inβTi-Nb, Ti-Mo and Ti-Ta alloys are about 4.25 forβTi-Nb and Ti-Ta, and 4.5 for βTi-Mo.（2） The phase stability ofα、βandα” of Ti6Mo2 alloys followed the order ofα”>β>α, andαof Ti6Mo2 alloys wasn′t exist at 0K. The elastic modulus E ofα、βandα” of Ti6Mo2 alloys followed the order ofα>α”>β.（3） The effects of Mo, Sn, Ta and Zr elements on the structure stability and elastic properties of Ti12Nb4 were different. Mo and Ta can stabilize theβphase and increase the elastic modulus; Sn has less effect on the structure stability ofβphase. Zr can decrease theβphase stablility. Sn and Zr have little effect on the elastic modulus of theβ-phase Ti12Nb4.【关键词】β型钛合金弹性模量第一性原理价电子浓度【英文关键词】βTi alloys elastic modulus first-principles valence electron number【目录】β型钛合金相稳定性和弹性性能第一性原理研究摘要4-5Abstract5第1章绪论8-18 1.1 生物医用金属材料概述8-9 1.2 生物医用金属材料的发展9-11 1.2.1 贵金属系列9-10 1.2.2 医用不锈钢系列10 1.2.3 钴铬合金系列10 1.2.4 钛及钛合金系列10-11 1.3 生物医用钛及钛合金的发展11-14 1.3.1 Ti 和Ti-6Al-4V11-12 1.3.2 α+β型钛合金12 1.3.3 近β和β型钛合金12-14 1.4 生物医用钛合金弹性模量14-16 1.5 选题意义及主要研究内容16-18 1.5.1 选题意义16 1.5.2 主要研究内容16-18第2章理论方法和工具18-24 2.1 引言18 2.2 Hohenberg-Kohn 定理和密度泛函理论18-21 2.3 交换关联能近似21-22 2.4 赝势法22 2.5 系统的结构优化处理22-23 2.6 工具软件简介23-24第3章二元β钛合金的相稳定性和弹性性质的研究24-37 3.1 引言24-25 3.2 计算方法和结构模型25-26 3.3 结果和讨论26-36 3.3.1 晶格常数和结合能26-28 3.3.2 弹性常数28-32 3.3.3 C_(44)、C′和价电子浓度的关系32-34 3.3.4 态密度34-36 3.4 小结36-37第4章 TiMo 不同合金相的相稳定性和弹性性能研究37-43 4.1 引言37 4.2 计算方法和结构模型37-38 4.3 结果与讨论38-42 4.3.1 平衡结构性质和形成能38-39 4.3.2 弹性性质39-41 4.3.3 态密度41-42 4.4 小论42-43第5章合金元素对β-Ti_(12)Nb_4合金的结构稳定性与弹性性质的影响43-50 5.1 引言43 5.2 计算方法和结构模型43-44 5.3 结果及讨论44-49 5.3.1 平衡结构性质44-45 5.3.2 弹性常数和弹性性能45-47 5.3.3 价电子浓度的影响47-48 5.3.4 态密度48-49 5.4 小结49-50第6章总结与展望50-52 6.1 总结50 6.2 研究展望50-52参考文献52-57致谢57-58攻读硕士期间发表和完成的论文58【采买全文】1.3.9.9.38.8.4.8 1.3.8.1.13.7.2.1 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【说明】本文仅为中国学术文献总库合作提供，无涉版权。

钛基复合材料的性能及制备第一篇：钛基复合材料的性能及制备钛基复合材料的性能、制备及应用摘要钛拥有比其他任何结构材料更高的比强度，并且钛在中温是能比铝合金更好的保持强度。

所以广泛应用在航天航空领域。

如何降低制备成本成为钛基复合材料走向广泛市场应用的关键之一。

，颗粒增强钛基复合材料由于具有各向同性、制备较简单、易加工成型、成本较低等特点，受到人们的关注，成为新的研究热点。

关键词钛基复合材料，颗粒增强，制备技术1.前言钛基复合材料是复合材料中运用的较多的一种。

它的主要热点是高的比强度，比硬度，并且可以抗高温。

主要运用于超高音速飞机盒下一代的先进航空发动机。

由于航空航天技术对于轻量化和耐热性的需要，钛基复合材料从80年代开始就是材料科学的研究热点。

我国钛资源丰富，钛基复合材料虽已得道应用但研究仍然处于起步阶段。

2.钛基符合材料的性能钛拥有比其他任何结构材料更高的比强度，并且钛在中温是能比铝合金更好的保持强度。

除了高强耐热，钛合金还具有两个优点。

1钛合金的热膨胀系数比其他绝大多数结构材料小。

2再制造复合材料时，非纵轴的增强物的用量就可以减弱集体的需要量。

这也导致了钛合金备受关注。

钛合金的主要优点就是具有高的热强性，在300摄氏度以上就有特别的突出，针对高温钛合金应达到以下综合性能要求。

在工作温度范围内，合金需要有较高的瞬时和持久强度。

室温拉伸强度应大于100千克牛每平方毫米，400摄氏度，100小时持久强度应达到75千克牛每平方毫米，500摄氏度，100小时小时持久强度应达到65千克牛每平方毫米。

室温下需要具有较好的塑性，延伸率大于10%，断面收缩率大于30%，冲击韧性大于3千克牛米每平方厘米。

需要具有良好的热稳定性，合金在高温和应力的长时间作用下能保持自身的塑性，至少在20到500摄氏度的任何温度下保持100小时不发生脆化，最好是在整个工作寿命里都不发生脆化在室温和高温下都需要具有高的疲劳性能。

光滑式样的室温疲劳极限不应低于拉伸强度的45%，在400摄氏度不应低于该温度下拉伸强度的50%，疲劳性能对于受震动载荷的零件，例如压气机转子叶片，这点就特别重要。

钛合金材料的结构、性能和应用范围一、基本简介1、物理性质钛属难熔稀有金属，原子序数为22，原子量为47.90，位于周期表IVB族。

钛有两种同素异形结构，转变温度为882.5℃，低温为密排六方结构的α-Ti；高温为体心立方的β-Ti。

纯钛的比密度为4.505，而钛合金的比密度一般在4.50~4.84之间，低于铁和铜，因此可归入轻金属。

钛的其他主要物理性能如表1所示。

表1 钛的部分物理性能2、机械性能钛的机械性能与其纯度及加工状态有密切关系。

用碘化法生产的高纯钛强度低，塑性高，布氏硬度值为400~600。

工业纯钛的抗拉强度提高到300~600MPa，但仍保持良好的塑形及韧性，其水平相当于碳钢、不锈钢、青铜及铜镍合金，可作为这类材料的代用品。

α-Ti虽属密排六方结构，但和其他六方结构的金属（镉、锌、钴、镁）相比，承受塑性变形的能力要高得多，其原因是一般六方晶体的滑移系少，只能沿基面{0001}滑移，而钛的主滑移面是棱柱面{10-10}及棱锥面{10-11}，同时基面也能参与滑移，滑移方向均为[11-20]，故滑移系明显增多。

且钛还易于进行孪生变形，从而保证了较高的塑形。

但加工中也需注意，钛的屈强比（材料的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值）较高，一般在0.70~0.95之间，多数钛合金趋于上限而且钛的弹性模量相对较低，只及刚的一半，因此加工变形的抗力大，回弹也比较严重，不易冷校形。

但有时也利用这一特性，将钛合金作为弹性材料使用。

表2列出了钛的典型机械性能数据。

表2 纯钛的典型机械性能数据纯钛的强度可借助冷作硬化或添加合金元素而提到，50%的冷变形可使强度提高60%，适当合金化并结合热处理，则抗拉强度可达1200~1400MPa，因此钛合金的比强度高于其他金属材料。

纯钛及某些高品位的钛合金尚具有良好的低温性能，即使在低达液氢或液氦温度下，亦能保持足够的塑形（表3），因此钛也是一种良好的低温材料。

表3 工业纯钛的低温机械性能在高温下，纯钛迅速软化，从20℃至250℃强度约下降2/3，因此纯钛不宜制造高温承力构件。

钛及其合金结构材料概述摘要：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。

世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。

文章结合钛及其合金的结构性能及发展历程，论述了钛及其合金在航空航天等工业领域的应用。

关键字：钛及其合金结构性能发展应用1 钛及其合金发展历程1795年德国科学家克拉普罗特在研究金红石（TiO2）时发现钛，并以希腊神话中的大力士神泰坦为其命名。

钛元素在地球上储量非常丰富，但由于活性很大在自然界中主要以金红石和钛铁矿（FeTiO2）形式存在。

直到1910年美国科学家马修·艾伯特在钢瓶中用Na还原TiCl4,首次获得含氧量低的纯钛。

1940年卢森堡化图1.海绵钛学家贾斯汀·克罗尔研发出镁还原法（Kroll法）,用Mg在惰性气体下还原提炼TiCl4大量纯钛。

此法后来成为工业界提炼钛金属的主流方法，此法提炼出之钛因多孔性有着海绵的外观，因此称为海绵钛。

1950年美国钛金属公司TMCA终于将镁还原法商业化并开始投入大量生产。

此后英国、日本、俄罗斯等国家相继开始生产海绵钛。

中国海绵钛产量于2007年超越日本，成为全球海绵钛第二生产国。

第二次世界大战之后，各国发现钛合金对国防工业发展的重要性。

1954年，美国研发出第一种钛合金Ti-6Al-4V，因其优异的综合特性成为后来钛合金工业中的重要合金。

目前全世界已研发出数百种钛合金，实际商业化的钛合金约40～50种，钛合金已成为航空、军事、船舶，甚至医用等领域的关键材料。

2 钛及其钛合金结构性能钛是同素异构体，利用钛的两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。

室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。

钛及钛合⾦的研究钛及钛合⾦的研究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。

材料工程与科学论文——二氧化钛纳米薄膜材料经过八周的课程学习，我逐步了解到有关于材料的一些知识。

之前只是知道材料就是我们日常生活所接触到的东西，出此之外也没别的了。

在学习了材料工程与科学之后才发现自己的认识是多么的肤浅，特此我也从老师所要求的对一种材料进行分析。

下面我将会从二氧化钛纳米薄膜材料的原材料——二氧化钛的来源、化学结构、化学性质，二氧化钛纳米薄膜材料的制备、性质、应用来阐述二氧化钛纳米薄膜材料。

首先是二氧化钛纳米薄膜材料的原材料——二氧化钛的来源。

二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉。

多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。

二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。

还可以用其他的矿石来提炼二氧化钛，比如板钛矿、锐钛矿等，得到八面体晶体结构的TiO2。

然后是二氧化钛的化学性质：二氧化钛的化学性质极为稳定，是一种偏酸性的两性氧化物。

常温下几乎不与其他元素和化合物反应，对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都不起作用，不溶于水、脂肪，也不溶于稀酸及无机酸、碱，只溶于氢氟酸。

但在光作用下，钛白粉可发生连续的氧化还原反应，具有光化学活性。

这一种光化学活性，在紫外线照射下锐钛型钛白粉尤为明显，这一性质使钛白粉即使某些无机化合物的光敏氧化催化剂，又是某些有机化合物光敏还原催化剂。

接着便是二氧化钛纳米薄膜材料的制备，在众多薄膜制备方法中，溶胶凝胶法是最常用的制膜技术，具有纯度高、均匀性好、合成温度低、反应条件易于控制及可实现化学计量比等优点，特别是制备工艺简单，无需特殊贵重仪器，可在各种不同形状的基底，如平面、柱体、管状、球体等不规则的基底上沉膜，还可在不同耐温材料的基底上沉膜，如在聚合物、橡胶、塑料等不能用高温处理的基板上采用提拉、旋涂、喷涂或注入法等沉积均匀的TiO2薄膜，甚至还可在室温下制备光催化TiO2薄膜二氧化钛纳米薄膜材料主要性质有两点：光催化性，亲水亲油性。

钛及钛合金的性质及表面处理技术探讨文章介绍了钛及钛合金的基本性质及组织结构，并且综述了强化钛及钛合金表面的各种处理技术，如渗氮、渗碳、渗硼、渗氧、激光表面处理等。

表明了各种表面处理技术都可以强化钛及钛合金的表面硬度及耐磨性，希望为相关工作提供参考。

标签：钛及钛合金；表面处理；强化前言钛自1791年被发现后，因其合金具有良好的耐蚀性能、比强度高等特点，广泛应用于军事工业、航空航天、建筑、石油化工、汽车、医学等领域中，但钛及钛合金存在着硬度低、耐磨性能差的缺点，限制了其进一步的应用发展。

为了提高钛及钛合金的表面硬度和耐磨性，许多研究者对其表面处理技术进行了广泛的研究。

文章介绍了各种对钛及钛合金的表面强化技术。

1 钛的性质1.1 钛及钛合金的物理性质钛的原子序数是22，原子量为47.90，密度为4.5g/cm3，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/（m.K），抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。

金属钛具有两种同素异晶体，在低于882.5℃时呈密排六方结构，称为α-钛，而在882.5℃以上时为高温稳定态为体心立方结构，通常称为β-钛[1]。

钛合金具有强度、热强度高，低温性能好，耐蚀性好，化学活性大、导热弹性小等性能特点而被广泛用于各个领域，是20世纪50年代发展起来的重要的结构金属[2]。

1.2 钛的化学性质钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。

含碳量大于0.2%时则在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧并形成硬度很高的硬化层；氢含量上升时，也会形成脆化层。

吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15mm，硬化程度为20%～30%。

钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。

钛对中性、氧化性、弱还原性介质耐腐蚀，如不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；但对强还原性和无水强氧化性等介质不耐腐蚀，如氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等[2-3]。

论钛合金特性在体育器材中的应用钛（Ti）在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。

钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，因此在体育器材中应用也极为广泛。

首先，钛合金具有以下明显的特性：第一，强度高。

钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。

第二，硬度较高。

钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。

第三，弹性模量低。

钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。

第四，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—600℃；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－253℃时还能保持良好的韧性。

第五，钛的抗腐蚀性强。

钛在550℃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。

作为体育器材，一般都必须要具备高硬度和耐磨性，这样在运动中才不至于出现受伤等意外事故，并且可以长期使用。

尤其对于室外器材，经常日晒雨淋，所以钛合金的抗腐蚀性正好可以避免这些。

其次，钛合金具有以下良好的加工性能：一、切削加工性能钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。

切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。

与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损；钛合金摩擦因数大，而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16)；刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加快并影响加工质量。

高纯钛主要生产方法黎东维 092311095 化学化工学院冶金物理化学摘要：介绍了高纯钛的主要生产方法——克劳尔法、碘化法、熔盐电解法、电子束熔炼精炼法等进行了综述，指出只有几种方法结合才能获得纯度要求非常高的高纯钛；研发新的制备方法，克服传统制备工艺的复杂性，提高生产效率，降低生产成本，是高纯钛制备研究的发展方向。

关键词：钛冶金；高纯钛1.前言钛元素在地壳中的含量占第九位，有着丰富的矿藏资源。

中国钛资源居世界首位，已探明的钛储量为7.03×108t，占世界储量的一半。

中国的钛加工业已有45年的历史。

金属钛具有耐高温，耐腐蚀性，高比强度，生体亲和性等优点，被广泛应用于航空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和日常生活器具等多种行业[1]。

2008年，中国钛加工业在技术和装备上取得重大进步[2]，2008年，中国海绵钛的产能已达71000t/a，居世界第1位。

近2年，中国钛锭的产能增长了43.3%，达到69200t/a。

2005年的全世界金属钛产量只有10万t左右，仅是铁产量的1/10000，铝产量的1/300，至今仍然被列为稀有金属的范畴。

导致这种局面的主要原因是现行钛生产工艺特点决定的。

现行的金属钛工业生产方法—克劳尔法(Kroll法，又名镁还原法)[3−5]存在工艺流程繁琐，生产周期长，能耗大，成本高，环境污染大等缺点，无法满足市场需求，限制了钛的生产与应用。

纯钛一般是指纯度(质量分数)大于99%的钛材料，其中高纯钛纯度可以达到4N级(99.99%)，甚至更高。

作为钛系列产品中的一员，高纯钛除具有密度低、熔点高、抗腐蚀性强等性质外，还具有强度低、塑性好(延伸率可达50%~60%，断面收缩率可达70%~80%)等特点[6]。

据报道，俄罗斯一家公司研制成功一种高纯钛材，其纯度高达99.9999%[7]。

近年来，随着航空航天、电子信息等高科技产业的快速发展，高纯钛的用量也越来越多，采用适当的方法制造高品质、低成本的高纯钛，关系到这些行业的发展。

钛的特性及其应用1前言钛是一种稀有的战略资源，广泛应用于国防、航天、航空和国民经济的许多领域。

人们长期的试验和工业生产实践证明，钛及钛合金是被公认的替代钢、不锈钢、铜及其合金、铅、镍、锌、石墨、岩石等金属与非金属材料、有效解决设备腐蚀问题的理想的金属结构材料。

采用钛设备的主要原因有三点：一是钛具有金属结构材料的优良性能，二是钛在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能，三是应用钛可以获得明显的技术进步和经济效益。

攀枝花是中国的钒钛之都，攀西地区钒钛资源的远景储量超100亿吨，占世界的45%，占中国的93%，居全球之首，其中钛资源储量为8.7亿吨，占世界钛储量的35.2%，占全国钛资源储量的90.5%，储量位列世界第一。

攀钢集团是全球唯一拥有从矿石处理到钛材生产完整钛产业链的企业，宣传钛的特性、推广钛产品对国家和企业的发展均具有重大的意义。

2 钛的特性及应用纯钛是银白色的金属，在金属分类中被划归为稀有轻金属。

钛在元素周期表中属ⅣB族元素，原子序数为22，原子量为47.9，原子半径为0.145nm。

钛的熔点为1660±10℃，其有两种同素异构体，相变点为890~ 920℃，在转变温度以下为密排六方的α-Ti，在转变温度以上直到熔点之间为体心立方的β-Ti。

钛在化学、物理和机械性能方面有其自己的特点。

与其他金属相比，钛的密度小、比强度高，弹性模量低（常温时为103.4GPa）, 屈强比高，导热系数小（为0.1507J），热膨胀系数低，无磁性、无毒，耐高、低温，耐腐蚀、与氧的亲和力极强。

概括起来，钛主要有如下十大性能和三大功能。

2.1钛的十大性能2.1.1密度小，比强度高金属钛的密度为4.51g/cm3，在常用金属中，只有A1为2.6 g/cm3，比钛轻，而低碳钢为7.86 g/cm3, 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti等不锈钢为7.9 g/cm3，铜为8.96 g/cm3,镍为8.9 g/cm3，都比钛重。

二氧化钛薄膜的应用邢琪3110702011，金属1101班，材料科学与工程学院摘要：本文对二氧化钛薄膜的性质进行了概述，对近年来二氧化钛薄膜及掺杂二氧化钛薄膜在环境、能源、生物、医学等方面的应用作了简要介绍，同时也对研究中存在的问题和将来研究发展的方向进行了简单评述。

），薄膜，光催化，亲水性。

关键词：二氧化钛（TiO21.引言（标题靠左侧写，不空格，加粗，宋体，四号）二氧化钛（化学式：TiO2），白色固体或粉末状的两性氧化物，是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料。

广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。

它的熔点很高，也被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

早在上个世纪，科学家已经对半导体光电化学和光催化两个相关领域不但在理论上进行了大量研究，而且在应用研究方面也有了重大突破，如：二氧化钛薄膜的双亲性，这一发现引发了人们对二氧化钛光催化剂研究的又一热潮，近年来，人们对二氧化钛功能薄膜的光催化和亲水性进行了大量的研究，并在理论和应用中取得了可喜的成果，本文现对其研究进展进行简要总结。

1．二氧化钛薄膜的特性二氧化钛有着其独特的性能：第一，即众所周知的光催化性，能分解有机物，具有抗菌防污功能；第二，即超亲水性，利用这一性质可生产防雾、自清洁产品。

这两种现象虽然能同时发生在二氧化钛薄膜上，但在本质上是不同的两个过程。

在具体情况下，所表现出的亲水性和光催化活性程度也不同。

人们已对其机理进行了大量研究，其中光催化机理已趋完善，而亲水性机理迄今为止尚不完全清楚，还存在分歧，有待于更进一步深。

2.二氧化钛薄膜在环境保护方面的应用2.1空气净化室内空气主要有害物质是甲醛、甲苯，市场上有很多清除甲醛、甲苯等有毒气体的产品，效果不是很理想，现在的纳米TiO2光催化剂能很好的解决这一问题，它有很强的氧化能力，可以将其分解为CO2和H2O。

钛及其合金的性能研究摘要：钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金材料由于密度小、比强度高、耐高温等特点，在军事工业、航天航空、汽车工业、医学等领域中都有广泛应用。

为了便于进行机械工业加工并得到具有一定性能的钛和钛合金，以满足各种产品对材料性能的要求，需要对钛及钛合金进行热处理关键字：钛合金材料、机械加工性能、热处理引言：钛是20世纪五十年代发展起来的一种性能优异、资源丰富的金属。

随着军事工业对高强低密度材料需求的日益迫切，钛合金的产业化进程显著加快。

钛和钛的合金大量用于航空工业，有"空间金属"之称；另外，在造船工业、化学工业、硬质合金等方面有着日益广泛的应用一.钛金属的性质1.钛的物理性质：1)钛是一种金属元素，灰色，钛没有磁性，能在氮气中燃烧2)钛的密度为4.506～4.516克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍，但比强度位于金属之首。

熔沸点高3)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，钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业和航海工业4)钛属于稀有金属，用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和钙钛矿等2.钛的化学性质：1)室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔融态能与绝大部分坩埚或型材发生作用2)高温下可与氧、硫、碳、氮等进行强烈反应3)钛可在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电焊弧炉、电子束炉等电子熔炉设备中熔炼4)钛在氮气中加热即能燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热或焊接应用氩气做保护气体5)钛在室温可吸收氢气，故可作为高真空电子仪器的脱气剂；利用钛吸收氢和放氢的特性，可以用为储氢材料3.钛的耐蚀性能：1)钛的标准电极电位很低（E=-1.63V），但钛的致钝电位也低，故钛容易钝化。

2)常温下钛表面极易形成由氧和氮组成的钝化膜，它在大气及许多侵蚀性介质中非常稳定，具有很好的抗蚀性3)在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，能与白金相比，是海洋开发工程理想的材料4)钛与生物体有很好的相容性，而且无毒，适合做生物工程材料。

关于金属钛及其合金的自述电控学院12023114 魏行引言：在当今科学技术中，金属钛和钛合金的应用已经越来越广泛，钛合金已经成为了一种必不可少的新型应用材料。

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。

世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。

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。

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正文：钛是一种化学元素，化学符号Ti，原子序数22，是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力（包括海水、王水及氯气）。

由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。

钛于1791年由格雷戈尔于英国康沃尔郡发现，并由克拉普罗特用希腊神话的泰坦为其命名。

钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。

但其相对丰度在所有元素中居第十位。

钛的矿石主要有钛铁矿及金红石，广布于地壳及岩石圈之中。

钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。

从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。

钛最常见的化合物是二氧化钛，可用于制造白色颜料[6]。

其他化合物还包括四氯化钛(TiCl4)（作催化剂及用于制造烟幕或空中文字）及三氯化钛（TiCl3)（用于催化聚丙烯的生产）。

钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天（噴氣發動機、导弹及航天器）、军事、工业程序（化工与石油制品、海水淡化及造纸）、汽车、农产食品、医学（义肢、骨科移植及牙科器械与填充物）、运动用品、珠宝及手机等等。

钛最有用的两个特性是，抗腐蚀性，及金属中最高的强度－重量比。

特种材料——钛合金1钛合金的发展历程钛是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。

世界上许多国家如美国、日本、俄罗斯以及中国等都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，得到了实际应用。

美国钛工业起步较早，其规模和技术目前都处在世界领先地位，一开始就注重钛合金材料的基础研究，并以此指导钛合金材料的应用和开发，取得了举世瞩目的成就。

第一个实用的钛合金就是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%[1~3]。

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℃。

α2（Ti3Al）和γ(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。

目前，美国航空航天用钛量最大，在20 世纪80年代以后设计的各种先进军用战斗机和轰炸机中，钛合金的用量已稳定在20%以上[4,5]。

2钛合金的研究新进展近年来，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。

国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。

2.1高温钛合金世界上第一个研制成功的高温钛合金使用温度仅为300～350℃。

随后相继研制出使用温度达400℃的IM1550，BT3-1等合金，以及使用温度为450～500℃的IMI679，IM685,Ti-6246，Ti-6242等合金。

目前已成功的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。

钛合金的应用及发展论文钛合金是一种重要的金属材料，具有良好的力学性能、耐腐蚀性、高温强度和低密度等优点。

由于其独特的性能，钛合金在航空航天、汽车、医疗器械、化工等领域得到广泛应用。

本文将从钛合金的发展历程、应用领域以及未来发展趋势等方面进行论述。

钛合金最早是在20世纪40年代末在航空航天领域逐渐得到应用的。

由于其高强度、低密度和耐腐蚀性能优异，在航空发动机、飞机结构、航空航天器零部件以及火箭等领域中广泛使用。

钛合金还被广泛应用于汽车制造中，用于提高车身强度和降低车身重量，从而提高汽车燃油经济性。

此外，医疗器械领域也是钛合金的重要应用领域，由于其生物相容性良好，被应用于医疗植入物、假体等领域。

随着科学技术的发展和对高性能材料需求的增加，钛合金的研究和应用也得到了进一步推进。

现代钛合金已经发展出了多种系列，如α系、α+β系、β系等，以满足不同领域对材料性能的需求。

通过合金设计和热处理工艺的改进，钛合金材料的力学性能得到了极大的提升。

另外，采用增材制造技术（如3D打印）也为钛合金的应用带来了新的机遇，可以实现复杂结构的制造，进一步提高钛合金的性能。

钛合金在航空航天、汽车、医疗器械和化工领域具有广阔的应用前景。

在航空航天领域，由于钛合金具有良好的高温强度和耐腐蚀性能，可以应用于高温发动机零部件、飞机结构等领域，提高航空航天器的性能。

在汽车领域，钛合金可以用于制造车身骨架和发动机部件，以减轻车身重量和提高汽车的燃油经济性。

在医疗器械领域，钛合金材料具有生物相容性好的特点，可以应用于植入物和假体等领域，帮助人们恢复健康。

在化工领域，钛合金可以用于制造化工设备，具有优异的耐腐蚀性能，可以提高设备的使用寿命。

尽管钛合金在许多领域中得到了广泛应用，但还存在一些问题需要解决。

首先，钛合金的制造成本较高，限制了其在一些领域的应用。

其次，钛合金材料的可塑性相对较差，加工难度较大。

此外，钛合金的加工精度和表面质量对材料性能和应用具有重要影响。

制盐工业钛材的运用-制盐工业论文-轻手工业论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——钛的密度为4.506～4.516g/cm3(20℃),其比强度位于金属之首。

且在非合金的状态下,钛的强度跟某些钢相若,因而具有强度高的良好性能。

钛材的开发和应用从20世纪70年代起,制盐设备的腐蚀及滴漏问题日渐对制盐工业造成严重困扰,因主要的氯离子腐蚀问题,受我国金属材料发展的制约,主体设备,大部分是碳钢制造,一般在二年左右,其中换热器用过20号碳钢管,一般使用年限不会超过一年,基本上是几个月就开始穿管了;后来发展到使用铜材,使用时间大约在二至三年左右,造成设备制造、更换费用高,而且影响生产。

近些年,不锈钢被大量应用于制盐行业,其中316L证实可以耐氯离子腐蚀,但制盐系统中的换热器因对换热系数的要求,316L材料不适用。

新的耐腐蚀制盐设备材料亟待开发。

1910年,美国在试验室中第一次用钠法制得海绵钛。

20世纪50年代,我国钛工业开始起步。

70年代,在国家统一规划下,投入到钛材的开发、研究。

随后,钛材性能优势不断凸显,其良好的耐氯离子腐蚀引入制盐行业,国家于90年始,制盐行业的换热器开始使用钛材。

1钛材的研制目前,钛材的研制重要包括有电子束冷床炉法、真空吸铸法、粉末冶金法。

2钛在制盐工业的应用(1)钛材及钛合金在真空制盐加热室中的应用。

真空制盐工艺中,加热室是最关键的设备。

在钛材未应用于制盐工业之前,加热室中的加热管多采用普通钢管、铜管。

但这些钢管耐腐蚀性能低,常被制盐卤水介质腐蚀,从而严重制约着制盐工业的发展。

后来,随着钛材及钛合金的诞生,因其抗氯离子性能优良,后国家推广到制盐行业应用。

国内制盐基本上四效真空制盐工艺,钛材应用于换热器换热管,管长一般有9m,壁厚在0.8～1.5之间。

因为每效操作温度各不相同,加上钛材的制造原因,钛材有工业纯钛和钛钼镍合金之分,工业纯钛含合金成分少,价格相对便宜,但钛合金耐温性相对较好,强度方面也稍强。

钛——引领材料领域的新革命【摘要】钛是一种年轻的材料，它作为材料领域的后起之秀，现在被广泛应用于化工、医学，航天，航海等方面，正引领着一场材料领域的新革命。

钛合金更是以其强度高、热强度高、抗腐蚀性强、低温性能好、化学活性大、导热系数小、弹性模量小等特点而被广泛应用于各个领域。

可以说，世界上每个角落都有钛合金的身影。

本文就钛以及钛合金的特点和作用进行简单的阐述。

希望大家经过本文的阅读，能够对钛以及钛合金有进一步的认识。

【关键字】特点、性能、作用【正文】一、钛和钛合金的特点钛的特点：钛如同它的名字一样是一种具有英雄气概的金属，银亮，轻盈，坚牢。

钛是银灰色金属，比重4.5，熔点1668°C。

钛是一种很特别的金属，质地非常轻盈，却又十分坚韧和耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。

钛的熔点与铂金相差不多，因此常用于航天。

军工精密部件。

但当加上电流和化学处理后，会产生不同的颜色。

钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优良的特性，钛合金强度高，密度小，强度大，密度是钢铁的一半而强度和钢铁差不多；钛既耐高温，又耐低温。

在-253℃—500℃这样宽的温度范围内都能保持高强度。

这些优点正是太空金属所必备的。

钛有“太空金属”之称。

由于钛有这些优点，所以50年代以来，一跃成为突出的稀有金属。

钛是一种纯性金属，正因为钛金属的“纯”，故物质和它接触的时候，不会产生化学反应。

也就是说，因为钛的耐腐蚀性、稳定性高，使它在和人长期接触以后也不影响其本质，所以不会造成人的过敏，它是唯一对人类植物神经和味觉没有任何影响的金属。

钛又被人们称为“亲生物金属”，在医学上有着独特的用途。

但是，当下对钛的广泛使用也存在很大的问题，其中最大障碍是冶炼很难。

因为钛的熔点很高,冶炼钛就要在更高的温度下进行,而在高温下钛的化学性质又变得很活泼，因此冶炼要在惰性气体保护下进行,还要不使用含氧材料，这就对冶炼设备、工艺提出了很高的要求。