最敢登天潜海的金属一一钛

老区自娱自乐

　　“上可九天揽月，下可五洋捉鳖。”

知道登天潜海有多难吗？

“知道”，钛说。

谁敢登天潜海？谁有“上天揽月，下洋捉鳖”的英雄气概、俊杰豪迈？

“我！”钛响亮地回答。

铿锵有力，掷地有声！

　　钛是一种金属化学元素，却拥有众多称号：“宇宙金属”、“太空金属”、“海洋金属”、“现代金属”、“战略金属”、“万能金属”、“21世纪金属”。

钛真不是浪得虚名，请看：

钛是建造宇宙飞船、卫星、超高声速导弹的栋梁之材，每年各国用于宇宙航行的钛已超过1000吨。2020年，我国在航空航天合计销量约17228吨。钛合金是航天领域不可或缺的关键材料，在运载火箭中质量占比5～30％。

我国歼11战机用钛占重量15％，歼20占20％，C919大型客机占9.3％，单架C919用钛量就达3.92吨。

美国阿波罗飞船的50个压力容器约85％采用钛。

俄罗斯的“和平”号、“进步”号、“金星”号、“月球”号等航天器大量使用钛合金。俄新型客机MS21钛合金用量占比25％。

美军F一35战机钛用量达27％，F一22战机钛用量高达41％，B一2轰炸机用量占26％。

俄罗斯用钛合金打造的特工核潜艇，潜深3000米，像幽灵一样神秘，是目前世界上潜海最深的潜艇。俄K276全钛合金核潜艇可下沉800米，一头猛攻撞向美军潜艇，致使美潜艇直接报废。

2020年11月10日，我国“奋斗者”号深海潜水器在马里亚纳海沟创造了中国载人深潜10909米新纪录，其最重要最核心的载人舱钛合金厚度达130毫米。

事实摆在这里，钛一诺千金，说到做到，没有骗人吧？

　　“没有武松胆，莫过景阳冈”。钛之所以敢于登天潜海，是因为拥有卓越的优异性能：强度高、重量轻、耐腐蚀。钛的屈服强度高于钢铁，而重量减半，能承受高压。钛比铝稍重，但屈服强度是铝的2倍。钛钢的比强度位于金属之首，是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，镁合金的1.7倍。客机采用钛合金后，减重分量可大幅提高载客量；航天器采用钛合金后，可增加载重量和降低发射成本。钛耐海水腐蚀性很强，将钛放在海底，20～50年不被腐蚀。因为有钛，我国奋斗者号才能抗御深潜万米1000个大气压的恐怖压力。钛合金耐高温、易加工、使用温度范围宽（一269度～600度）。钛耐低温性能非常好，其强度随温度下降而提高，但可塑性变化不大，在零下196～253度低温下保持较好的延性韧性，避免了金属冷脆性。我国“玉免号”月球车能够承受月球白昼正127度、夜晚负183度的310度巨大温差以及真空、强辐射的极端环境。钛无磁性，用作潜艇时不会引起水雷爆炸。

　　钛如其名，钛的外文Titanium，源于希腊神话泰坦族一位神仙的名字Titanic，原意是坚固的、庞大的。英国豪华而庞大邮轮的名字就采用Titanic泰坦尼克号，含义不言而喻。只可惜昙花一现，阴差阳错首航就冲撞冰山，葬身鱼腹。钛可不是如此货色，是名副其实的坚如磐石、固若金刚。

　　钛（Titanium），化学符号Ti，原子序数22，银白色金属。

钛熔点1668度，沸点3260度，密度4.507，属轻金属，有可塑性，高纯钛延伸率达50～60％。钛特点是密度低，机械强度高，容易加工。

钛有延展性，导电性和导热性较差，声速5090米／秒。

钛无毒、无磁性，在强磁场下不被磁化。

　　钛是化学性活泼的金属，其活性与温度、纯度及其存在形式有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中相当稳定，但粉末状的钛在空气中会自燃。钛中杂质严重影响其性能。钛在常温下活性很小，但温度升高时活性迅速增加。

常温下，钛与氧化合生成一层极薄致密的氧化膜，使钛不被7％以下盐酸、5％以下硫酸、硝酸、王水和稀碱液腐蚀。只有氢氟酸、浓盐酸、浓硫酸才能对它有作用。氢氟酸是钛最强溶剂，即使1%的稀氢氟酸也与钛发生激烈反应。约40%和80％的硫酸对钛的腐蚀速度最快。

高温下，钛的还原力极强，能与氧、碳、氮以及许多元素化合。钛还能从部分金属氧化物中夺取氧。温度上升时，稀盐酸、稀硝酸、王水、硫化氢、干燥HCⅠ、熔融氟化物都与钛反应。

　　钛在地壳中相对丰富，在所有元素中居第十位。但由于钛在自然界中存在分散和难以提取，因此被认为是一种稀有金属。

目前，全球开发利用的钛矿资源主要是钛铁矿（FeTiO3）和金红石（TiO2）。金红石含钛量高，容易提取，占全球5.8％。钛铁矿含钛低，难提取，约占94.2％。金红石资源主要分布在澳洲、印度、南非、巴西等国。中国是钛铁矿最丰富的国家，主要集中在四川、云南、广东、广西和海南等地，其中攀枝花和西昌是中国最大的钛资源矿区。据称，攀枝花钛储量占全国93％，世界第一，也是国内规模最大的钒钛及含钒钛钢铁生产基地。

　　提炼纯钛是相当头疼的事情。钛在1791年被发现，直到100多年后的1910年才第一次制得纯净的钛。个中原因是钛在高温下性质十分活跃，很容易和氧、氮、碳等元素化合，要炼出纯钛需要非常苛刻的条件和特殊的设备。

冶炼钛时，先将钛矿处理成四氯化钛，放入密封的不锈钢罐中，充以氩气，用金属镁还原四氯化钛，制得海绵钛。这种海绵钛不能直接使用，还要置于特别的真空电弧炉中熔炼，经过繁琐的工序最后制成各种钛材。

　　钛工业产业链主要有两条不同的分支，即钛材工业和钛白粉工业。钛的应用也主要是围绕着这两个产业展开。

钛白粉成分二氧化钛，以金红石或钛铁矿为原料，经由硫酸法或氯化法制得。钛白粉是极优良的白色颜料，兼有铅白的遮盖性和锌白的持久性。钛白粘附力强、折射率高、遮盖力大、化学性稳定、熔点高，而且无毒更是难能可贵。二氧化钛是世界上最白的东西，永远雪白，比常用的锌钡白还要白5倍，被称为“白色之王”。1克钛白粉可以把450平方厘米的面积涂得雪白无瑕。钛白加入纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质好10倍，钞票纸和美术纸都加有钛白粉；加入塑料中，使颜色变浅；加入人造丝中，使色泽柔和；加入橡胶中，成为白色填料；加入油漆中，制成最好的白颜料。钛白粉还用于制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温器皿。钛白在涂料、油墨、化妆品、医药、食品、电子工业、微机电、环保方面也大量使用。

　　钛材广泛用于航天航空、造船、核电、化工、军工、医疗、机械制造、海洋工程、电讯器材、硬质合金等领域。我国钛材工业在航空航天、医疗、海洋工程三个方面发展迅猛，预计将成为拉动需求新增长点的三架马车。

我国的“大飞机计划”、“空间站计划”、“嫦娥计划”、“舰船建造计划”、“核电计划”都需要大量优质钛材，而且随着我国科技迅速提高和产业升级换代，钛材需求必将越来越大，越来越迫切，尤其是高端钛材，前途无量。

　　值得一提的是，钛不仅有顶天踏海的英雄虎胆，还有柔情似水、与人为善的慈悲心肠。钛具有远胜于其它金属的“亲生物性”“生物相容性”，在人体内，钛能抵抗分泌物的腐蚀，对任何杀菌方法都适应，而且坚固结实无毒重量轻。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨、主动心瓣、骨骼固定夹、牙科材料。当新的肌肉纤维环包在“钛骨”上时，毫无相互排斥的“违和感”，彼此“相亲相爱”、“亲如一家”，共同维系着人体正常活动。

2022，07，Aurora（科17）