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1、 金属材料的变化与科技革命 钛的发展应用 08物流 杭鲁 指导老师 田能瑾科技革命是科学革命和技术革命的合称。一般地讲，科学革命是指人们认识客观世界的质的飞跃，它表现为新的科学理论体系的诞生；技术革命是指人类改造客观世界的新飞跃，它表现为生产工具和工艺过程方面的重大变革。科学革命是技术革命的基础和出发点，科学革命引起技术的进步；而技术革命是科学革命的结果，先进的技术及其应用成果反过来又为科学研究提供了有力的工具。今天我想从金属钛的发展变化来说说科技革命。钛以原子序号22的元素在IUPAC形式周期表中，它属于第4族元素（别称钛族元素），是一种呈现金属光泽的过度元素。钛族元素中，除钛以外还有锆、鈩
2、等，其共有特征为熔点高，在常温中，由于表面上，形成不动态的氧化薄膜，因而对腐蚀具有高抵抗力。钛属于稀有金属。在非铁金属中，除用量较多的铜、锌、铝及使用量较少但价格昂贵的贵金属以外的金属总称就叫稀有金属。稀有金属特征之一是几乎在世界主要商品交易场所中不进行交易，且交易价格缺乏透明度。任何一种金属，都不是以纯金属态存在的，铜以硫化铜、锌则以硫化锌和碳酸锌、铁则以氧化铁、铝则以铝氧化物的化合物形态存在。钛也一样，当要获取金属钛时，如同对待铁和铝一样，必须进行还原反应以除掉氧。钛具有如下性能：1耐腐蚀性能：钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定
3、，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。2耐热性能：新型钛合金可在600或更高的温度下长期使用。3耐低温性能好：钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196-253低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。4抗阻尼性能强：金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利
4、用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。5无磁性、无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。6抗拉强度与其屈服强度接近：钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。7换热性能好：金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热组，太表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。8弹性模量低：钛的弹性模量在常温时为
5、106.4GMPa,为钢的57%。9吸气性能：钛是一种化学性质非常活泼的金属,在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。现在来说说钛的用途，在飞机机身及其发动机以及火箭部件中，钛被称为不可缺少的原材料。由于钛合金具有质量轻、强度高与优越的耐腐蚀性等特点，它最适用于宇航领域，军用飞机和民用飞机合计钛用量约占全世界金属钛产量的一半。与此同时，受到环境与经济性重视的民用飞机，其燃料费用上涨也是一个重要课题，因而钛合金的应用面在不断地扩大。钛的耐腐蚀性优良，即有不生锈的特性，相比之下，铝合金因生锈造成漏孔而毁坏掉，为了防止这种现象发生，必须在铝合金表面进行涂层，
6、而钛就有省略涂层的优点。在控制减少维修费用的同时，还因为削减了涂层而取得了轻量化的效果。当超音速飞机飞行时，它的机翼的温度可以达到500。如用比较耐热的铝合金制造机翼，一到二三百度也会吃不消，必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金，钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验，在这种低温下，钛仍旧有很好的韧性而不发脆。人们利用钛在高温下化合能力极强的特点，在炼钢的时候，氮很容易溶解在钢水里， 当钢锭冷却的时候，钢锭中就形成气泡，影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛，使它与氮化合，变成炉渣氮化钛，浮在钢水表面，这样钢锭就比较纯净了。利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除
7、去空气，造成真空。比方，利用钛制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十万万万分之一。钛的氧化物二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。钛以及钛材料、钛工艺的发展变化见证了科学技术的进步，科学技术始终是第一生产力，生产力水平的提高带动社会发展，社会发展反过来又促进生产力水平的提高。人们发现钛，并将它广泛运用到各个领域，这正是科学技术所带来的。钛只是众多金属中的一种，从钛的开发应用可以看出金属材料的变化与科技革命是息息相关的，人们开发利用各种有用的金属，让它们更好地服务于我们的生活，我相信将来，随着科技的进步，各种金属材料将被运用的更加广泛的领域。
