钛及其合金不仅大量应用在航空、航天工业,而且在化工、石油、冶金、造纸、纺织,机械仪器、能源;医疗卫生等工业中也有着十分重要的应用。在民用工业中的应用也日渐增多。
在航空、航天工业的应用,钛合金的比强度在金属材料中是很高的,其强度与钢材相当,但其重量仅为钢材的57%,钛合金耐热性很强,在500‘c的大气中仍能保持良好的强度和稳定性。飞机、导弹、火箭飞行时,其发动机和表面温度相当高,应用钛合金可提高飞行性能。钛合金用于制造飞机发动机和机身。欧州和北美钛被广泛用于军用飞机配件。航天工业所消耗钛金属就占世界的三分之二。
钛在航空、航天工业应用举例表1所示。
使用部门 用 途
航空工业 飞机机身和蒙皮、发动机、尾锥、喷管、弹身舱、防火壁、夹层结构、面身承力骨架、连结件和其它零件。
航天工业 飞船的也起燃料贮箱、高压容器、船舱、蒙皮、结构骨架、制动火箭主起落架。
火箭导弹 外壳、喷咀、发动机、液体燃料贮箱、高压容器。
在能源工业的应用:因为钛在多种强腐蚀性介质中具有很高的耐腐蚀性,所以,在能源工业中,它是重要的材料。它应用于制造原子能核反应堆的结构材料,海洋热能转换(OTEC)系统热交换器;地热盐水试验用热交换器,海水冷却表面冷凝器管,国外发电厂使用20年之久,从未发现有腐蚀破损。美国蒂梅特(TIMET)钛公司保证表面冷却管使用寿命可达40年。国外某发电厂设备地热盐水温度达400℃,料液中含有HzS不溶物气体,实际证明Ti?Pb钛合金是很好的耐腐蚀材料。
钛在化工工业的应用:钛耐腐蚀性很强是因为对氧的亲合力大,能在其表面上形成一层致密的氧化膜,可保护钛不受介质腐蚀。钛在大气、氯气或其它含氧的环境中,有很强的耐腐蚀性,对热盐、热的湿氯、热硝酸和热醋酸等腐蚀介质中也有很高的耐腐蚀性。如果在某种介质中,能连续溶解钛表面氧化膜时,则钛在这种介质中会被腐蚀。如热的盐酸、硫酸,在这些酸中加入氧化剂或某些金属离子时,则钛表面的氧化膜便会受到保护,故而增加了钛的稳定性。在氯碱工业中,用钛金属制作阳极板和利用钛制作湿氯气冷却器收到很好的经济效果。
美国的蒂梅特公司的研究表明;PH值和温度是影响钛在盐水中产生裂隙腐蚀快慢的重要参数。使用经验表明-Til2(ASTM的12号Ti)和Ti?Pd(ASTM的7号Ti)的抗缝隙腐蚀大大超过工业纯钛。图1表示丁i一50A,Til2和丁i?Pd合金在氯化纳溶液中的缝隙腐蚀与PH值和温度的关系,工业纯钛在250℃F及250℃F以上的中性盐水中,在锐厉的缝隙处会发生腐蚀。Til2和丁i?Pd合金是氯碱工业中很好的耐缝隙腐蚀材料。
近年来,我国生产的钛泵已有TB和BL两种系列型号,单级单吸卧式离心泵符合IS02858、IS0369、IS03661标准规定。用于输送强腐蚀性液体,取得良好效果。流量可达400m3/h。
图l 钛在饱和氯化钠溶液中的裂隙腐蚀
钛在石油化工工业的应用:钛在有机化合物中,除了温度较高的五种有机酸(甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸、和三氟乙酸)外,都具有非常好的稳定性。国外炼油厂钛正成功地使用酸性水汽提塔、原油架空冷凝器、中间吸收交流换热器、脱酸剂分馏塔,几家石油厂钛管长度已超过1百万英尺。钛还可以用来制作各种热交换器、反应器、高压容器和蒸馏塔等。见表2。
钛在石油化工和化学工业等部门的应用 表2
使用部门 用 途
石油工业 反映器、压力容器、热交换器、分离器配管、蒸馏塔顶凝缩器内衬。
化学工业 反应器、蒸馏塔、热交换器、压力容器、过滤器、泵、阀管道、氯碱生产电极、合成塔内衬、其他耐酸设备内衬。
海水淡化 热交换器、冷凝器、供水加热管、管道、其他接触海水设备。
纺织工业 连续漂白机、反映槽、冷凝器、热交换管、离心分离机泵、阀。
造纸工业 搅拌器、漂白塔、加热锅、反映塔配管。
冶金工业 合金钢添加剂、电解纯金属(如钢、镍、钴)的阴极板和电镀槽。
舰艇工业 舰艇外壳、甲板、阀、快艇推进器、传动轴、深潜艇压力舱。
其他 医疗和矫形器、人工关节、制药和食品工业设备、民用工业制品。
在海水淡化部门的应用:钛抗海水腐蚀的能力比其它所有金属都好,工业纯钛在一英里多深的海洋中停放多年后,没有产生任何腐蚀现象。虽然钛表面沉积了一层海洋附着物,但未出现点腐和裂隙腐蚀。钛在海水流速达120英尺/秒,腐蚀速度极小,有资料表明这种对于铜合金或铝合金危害却极大。故钛被认为是当今适于海水中使用最好的耐腐蚀材料之一。
Ti一35和Ti一50A(分别相当于ASTM的1号钛和2号钛)在海水中不发生应力腐蚀。含少量氧的Ti一6AL一4V合金是在海水中工作的最佳高强度钛合金之一。因此,钛材料是海水淡化装置的理想材料。
钛材在其它方面也都有着不少应用实例;如纺织工业的亚漂机、造纸工业的搅拌器、医疗器械、人工关节等。据报导,日本一有生产运动产品的公司,不久前推出的钛金属为头部的高尔夫球棒,由于重量轻,能将球击得更远。
从五十年开始,钛工业获得了高速发展,是由于应用的迫切需要。目前各发达国家都在大力发展自己的钛工业。有人将钛誉为“现代金属”、“未来金属”。有人说:21世纪将是钛金属时代。这都说明钛有着越来越多的应用领域。
钛及其合金的耐海水腐蚀;多年来制盐工业重要科研课题之一是寻求适合于原盐生产机械与盐化工生产设备的耐腐蚀材料,以延长使用期限,减少材料费用,降低维修次数,从而降低原盐及盐化工产品(真空盐、精制自然盐、氯化钾、氯化镁和无水硝等)的生产成本,还可以降低海水淡化设备的制造费用。
钛及其合金具有良好的耐腐蚀性,国内外不少文献作了大量报导。钛及其合金耐海水腐蚀也作了大量试验,取得了不少数据。仅倨[美]M.舒马赫(M.Schumacher)介绍,几乎任何一种钛合金在表层海水中或2500及6000英尺深海中都未发生腐蚀。可见钛及其合金具有优良的耐海水腐蚀能力。因篇幅所限,表3仅列举几例说明。这就给滩晒海盐制卤厂设备及海水淡化设备引用钛材提供了技术依据。
钛合金能否在卤水中应用:制盐蒸发罐加热管腐蚀十分严重,加热管能否使用钛材,这在制盐工业生产中有着推广意义。蒸发罐卤水温度高达130~140℃,有10?20%盐粒和石膏等悬浮固体,含有02COz、H,S等腐蚀性气体,加热蒸气压力为2公斤力/cmz,甚至更高.实践说明02CO,及HzS是影响加热管腐蚀因素之一,卤水PH值影响着腐蚀速度,卤水加热蒸气温度升高,腐蚀速度加快。卤水中的氯离子破坏氧化膜,加速电化学腐蚀,盐粒和石膏对加热管表面起着磨损腐蚀作用,使加热管腐蚀速度加快,卤水的流速从零增加到3米/秒时,腐蚀速度增加三倍。卤水的流速一般为1.5~2米/秒,流速增大,又会加剧盐粒的磨蚀。因此说,影响加热管腐蚀的因素是多方面的。
国内外制盐工业,对加热管采用各种防腐蚀措施,如电化学保护、金属及非金属复盖层保护;选用耐腐蚀材质等。据有关资料介绍,在沸腾饱和NaCI溶液中,钛的腐蚀速度只有0.0066毫米/年。进一步弄清钛合金在卤水中影响腐蚀的因素、原因和扒理,配合以盐化工生产工艺改进,如选定最佳流速,提高PH值……,再经过钛生产制造厂与盐厂相互协作,不断研究与实践,很有可能研制出我国的耐卤水腐蚀的新型钛合金。
结束语;钛合金在各部门有着十分重要的应用,特别是在耐海水腐蚀研究国外取得了良好进展。制盐工业某些部门(如制卤厂)及海水淡化某些设备选用全钛是可行的。进一步弄清钛合金在卤水介质中的腐蚀原因、影响腐蚀的因素和腐蚀机理?,研制耐卤水腐蚀的钛合金前景有望,这对制盐行业高速度发展有着重大意义。