金属材料中的佼佼者钛

金属材料中的佼佼者钛

漫游人类发展的历史长河，就会发现人类广泛使用的金属，最早是铜，其次是铁，然后是铝。这些金属现在是随处可见，随意可触，司空见惯的。可是，在高科技领域中最重要的金属材料将是什么？非“钛”莫属。

钛是什么样的金属呢？下面先谈谈它的历史。1795年德国化学家在金红石矿中发现一种新“元素”，并给它取了一个美丽的名字叫“钛”，原意是希腊神话中地球神的长子“太旦”。其实，他们发现的并不是单纯的单质钛，而是一种白色的晶体粉末——二氧化钛。到了1910年，美国的一位化学家终于制得了不到1克纯度达99%以上的金属钛。这还不是很纯的钛，其中含有的杂质使得钛又脆又散，根本无法进行机械加工。直到1925年，荷兰科学家在一根加热的钨丝上还原四氯化钛才得到高纯度的金属钛。这种高纯度的金属钛具有高度的可塑性，能屈能伸，可以像钢铁那样压成板材、作成棒材、抽成细丝以及作成箔片。提炼纯净的钛是多么不容易啊！从发现钛到制得纯净的金属钛，前后共经历了130多年的漫长历程。

由于生活中对金属钛接触不多，人们普遍对钛不了解，可谓“藏在深宫人未识”。因此，钛常被当作“稀有金属”。其实，就目前的勘探结果，钛的储藏量非常丰富。在地壳中的含量，钛是仅次于铝、铁，比铜、铅、锌、锡等常用的有色金属储量的总和还多出十几倍。我国的钛矿资源可以说是得天独厚，仅仅四川省攀枝花地区发现的特大型磁铁矿，其伴生的金属钛储量，就已接近国外探明储量的总和。

纯净的金属钛具有银白色金属光泽，它密度小、强度高、耐高温、抗腐蚀强。钛的强度与钢相似，而密度只有钢的一半；钛的密度是铝的1．5倍，而强度却比铝高5倍。所以在高科技领域，金属钛具有不可替代的作用。现代航空航天事业飞速发展，各种飞行器（包括飞机、导弹、火箭、人造卫星、宇宙飞船等）的速度越来越快。导弹的重量每减轻1千克，射程可增加77千米：末级火箭的重量每减轻1千克，射程可增加15千米。飞行器重量的减少，意味着材料的节省、速度的加快和航程的延伸。因此，飞行器的制造材料要求重量轻、强度高，又要能够耐高压和高温。以飞机为例，当飞机的速度超过声音速度的2～3倍时，飞机的机翼前缘和空气摩擦产生的温度可以高达400℃～500℃。而不锈钢在310℃时就会失去原有的优异性能，即使是镁铝合金制成的机翼，在300℃的高温下机械强度也会急剧下降。而钛具有很好的耐受高温、低温性能，在从－253℃～500℃，共700℃多的温度范围内，都能保持高强度。因此，钛合金以其无与媲美的优异性能在各种飞行器的制造方面逐步取代了铝的“霸主”地位。西方大国每年生产的钛，绝大多数用于飞机的制造。如美国的SR－71侦察机时速可达3500多千米，是声音速度的3倍多，这种飞机的主要部件都是用钛合金制造的。

一谈起腐蚀，人们往往会想起锈迹斑斑的钢铁制品。而在海水中，看似强硬的钢铁更难逃脱被腐蚀的厄运。把一个铁盘子放在海水里浸泡十年，它被腐蚀得支离破碎，不成样子；而把一个钛盘子放在海水中浸泡十年，在其上不会有一丝锈蚀的痕迹，可谓接受大风大浪洗礼，胜似闲庭信步，面不改色。因此钛实在是海洋里不可多得的优良建筑材料。前苏联就建造了以钛为骨架的超大型核潜艇。这种潜艇既轻又快，还没有磁性，不会遭到磁性水雷袭击。

现在，人们研制出来的钛合金已经有上千种，钛合金的应用领域也越来越广。随着高科技的发展，人类会对材料的性能提出更苛刻的要求，不光要求密度更小、强度更高，而且能够耐受高温、高压和低温、负压等极端条件，还要求材料具有一定相应的“智能”。人们的目光已不再局限于小小的地球了，“上天入地”，昔日的神话已经变成今日的现实。