先进钛合金制备技术、产业现状及研究综述

1 先进钛合金制备技术、产业现状及研究综述 摘要 本文对钛合金产业市场及其发展趋势进行了简要分析。总结和阐述了近年来世界各国钛及钛合金的发展现状和未来发展趋势。重点描述了近年来钛及钛合金最新制备及加工技术的发展和应用， 主要包括钛及钛合金的冶炼提取、熔炼铸造、最新加工方法、热处理规范以及在航空航天、舰船、化工、生物及医用材料、汽车、体育等领域的发展和应用。通过对钛及钛合金近年来发展现状的了解， 结合钛研制开发过程中出现的一些问题， 简要分析了钛及钛合金的几个主要的发展方向及趋势。

关键词：钛及钛合金; 熔炼; 铸造; 近净成形; 线摩擦焊接 2

目录 引言................................................................................................................................ 3 1. 钛合金市场分析 ...................................................................................................... 4 1.1 钛合金运用面扩展 ........................................................................................ 4 1.2 民用钛合金需求旺盛 .................................................................................... 5 1.3 航空业发展促进钛合金需求增加 ................................................................ 6 1.4 亚太地区等新兴经济体促进钛合金市场增加 ............................................ 8 2. 钛合金产业的发展趋势 .......................................................................................... 9 2.1 目前我国钛合金产业发展状况 .................................................................... 9 2.2 国家重视钛合金产业的发展 ...................................................................... 10 2.3 我国广阔的需求促进发展 .......................................................................... 10 2.4 钛合金产业技术的升级调整 ...................................................................... 10 3. 钛合金的最新加工技术 ........................................................................................ 11 3.1传统的钛合金材料加工技术 ....................................................................... 11 3.2 超塑性成形技术 .......................................................................................... 13 3.3 材料制备及加工过程的计算机模拟技术 .................................................. 13 3.4 钛合金的热处理技术 .................................................................................. 14 3.5钛合金铸造性能 ........................................................................................... 15 4. 钛合金的应用 ........................................................................................................ 15 5.专利 .......................................................................................................................... 16 6我国钛行业发展展望............................................................................................... 17 参考文献：.................................................................................................................. 18 3

引言 在1791 年，钛由科学家格雷戈尔发现，随后德国化学家克拉普罗特用希腊神话的泰坦为该元素命名。钛在自然界中虽然广泛存在，但因为其存在分散并且提取难度大，所以从发现钛元素到制得纯品，经历了百年以上。目前，钛合金具有耐蚀性好、强度大、耐热性强等等优势而被广泛用于各个领域。到20 世纪50 年代，钛元素得到重大发展。20 世纪50～60 年代，发展出航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70 年代发展出耐蚀钛合金。80 年代，耐蚀钛合金和高强钛合金极大发展。随着钛合金的逐步发展，其应用面逐步扩展，从航空逐步扩展到汽车，医用，体育等行业。钛是继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”，21 世纪将是“钛的世纪”。 钛作为稀有金属，是重要的替代金属。我国钛资源储量丰富，在储量上拥有极大的优势，这也为我国钛产业能够发展壮大提供坚实的物质保障。目前我国海绵钛产能和产量占到了全球的1/3 以上。随着消费和产业升级，稀有金属产业得到不断重视。尤其是在政策变动之后（比如我国稀土出口政策调整）。从中长期来看，稀有战略金属是非常有远大的未来。钛合金产业科技含量高，用途广，值得我们研究。本文将分析钛合金产业目前的市场状况和未来的发展趋势。 随着钛及钛合金在航空航天、舰船、化工、汽车、体育等领域的广泛应用， 钛合金的新的发展方向和加工技术越来越受到人们的广泛关注。在良好的发展形势下， 2007 年6 月在日本京都国际会馆举行第十一届国际钛会， 这无疑为世界各国提供了很好的交流与合作的平台。共有600 余名来自世界各国的钛领域专家和代表参加了本次钛会， 其中中国代表共有127 名。本次钛会共分为6 个分会场， 共计13 个会议主题， 包括钛的提炼及冶金、产品加工、组织性能、组件构造、近净成形加工、钛合金的环境行为、航天应用、航空发动机应用、船舶与海洋工程、汽车应用、生物材料、体育、休闲以及表面工程等方面。通过参加第十一届国际钛会， 从冶金、熔炼、加工、热处理以及应用等方面对钛及钛合金的最新研究现状和未来发展趋势作以阐述。 4

1. 钛合金市场分析 1.1 钛合金运用面扩展 一直以来，钛的冶炼提取技术是钛业界广泛关注的问题，也是引起钛合金原料成本居高不下的主要原因。1910 年亨特( Hunter) 首次用钠还原TiCl4制取了纯钛。1940 年卢森堡科学家W.J. 克劳尔( Kroll) 用镁还原TiCl4 制得了纯钛。从此，钠还原法( 又称为亨特法) 和镁还原法( 又称为克劳尔法) 成为生产海绵钛的主要方法。随着钛冶炼技术的不断发展和进步， 又兴起了其他不同的海绵钛的生产方法。目前，传统的FFC 剑桥法、Kroll 法等方法固然工艺成熟、质量稳定，但因为制造成本高， 矿石利用率低等原因， 严重制约了钛在汽车、体育、化工、建筑等民用领域的应用。对此， 各国纷纷加大在钛冶炼提取方面的研究开发。先后有美国的改进型克劳尔法、阿姆斯特朗法、SRI 法等相继出现。由ADMA 公司开发的改进型Kroll 方法和原有的Kroll 方法不同的是，它通过向TiCl4 溶液中添加NaCl 来提高钛粉末的产量。另外，可以通过加入H2 直接制备氢化钛粉末。阿姆斯特朗法是一种以Na 还原TiCl4 制备钛合金粉末的化学方法。这一技术的核心是把TiCl4 蒸气喷射到流动的钠流中去钛合金市场总量总体是不断提高的。伴随着我国经济的平稳快速发展，百姓的生活水平得到不断提高，以及钛合金的工艺技术水平不断发展，民用领域中对钛合金的需求量日益增多。钛合金和钛合金材料会制作成环、带、丝、板等制品。钛合金产品在市场受到广泛青睐，其在建筑、医用、体育及电子产品、包装、手表等日用消费品和耐耗品领域得到开创应用，未来的市场十分巨大。市场统计，制作高尔夫球头及球杆所消耗的钛已超过1000 吨。比如在建筑业上钛合金也有不俗的表现。西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆的用材很多都用了钛合金。今年来建筑业上用的钛合金总量不断增加。钛合金的用途的扩展对钛合金开拓新的市场有重大意义[1]。 通过反应生成纯的钛金属。还可以通入混合的金属氯化物蒸气，反应生成钛合金粉末。采用这种工艺生产的钛粉及钛合金粉，经分析其化学成分和性能指标已超过了ASTMCP 一级钛粉的技术规范。目前生产能力为300 kg/周，预计2008 年可以形成年产20 000 t 以上的生产能力。SRI 法由SRI 国际有限公司研发，是