鈦的金屬學(xué)和熱處理

純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優(yōu)良性能。鈦的密度為4.54g/cm3，比鋼輕43% ，比久負(fù)盛名的輕金屬鎂稍重一些。機(jī)械強(qiáng)度卻與鋼相差不多，比鋁大兩倍，比鎂大五倍。鈦耐高溫，熔點(diǎn)1942K，比黃金高近1000K ，比鋼高近500K。

鈦屬于化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬。加熱時(shí)能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表面易生成一層極薄的致密的氧化物保護(hù)膜，可以抵抗強(qiáng)酸甚至王水的作用，表現(xiàn)出強(qiáng)的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無(wú)恙。

液態(tài)鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中制得的鈦鋼堅(jiān)韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。

鈦合金制成飛機(jī)比其它金屬制成同樣重的飛機(jī)多載旅客100多人。制成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80% 。同時(shí)，鈦無(wú)磁性，不會(huì)被水雷發(fā)現(xiàn)，具有很好的反監(jiān)護(hù)作用。

鈦具有"親生物"'性。在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無(wú)毒，對(duì)任何殺菌方法都適應(yīng)。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制人造髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動(dòng)心瓣、骨骼固定夾。當(dāng)新的肌肉纖維環(huán)包在這些"鈦骨"上時(shí)，這些鈦骨就開始維系著人體的正?；顒?dòng)。

鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg，其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細(xì)胞，使免疫力增強(qiáng)這一作用已被證實(shí)。

鈦及鈦合金是極其重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,在航空、航天、車輛工程、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

材質(zhì):典化鈦，工業(yè)純鈦， α 型鈦， β 型鈦， α +β型鈦

類型包括有鈦絲、鈦網(wǎng)、鈦管、鈦片、鈦箔。

鈦網(wǎng):應(yīng)用于一些儀器以及裝置，起過濾作用。

鈦絲:除了工業(yè)上的應(yīng)用，高級(jí)鈦絲還應(yīng)用于一些植入和美容手術(shù)。

鈦管:應(yīng)用于工業(yè)、機(jī)械上。

鈦片:應(yīng)用于骨骼上的植入，外科接骨手術(shù)與生物植入公司。

鈦箔:應(yīng)用同上，鈦箔是更薄的鈦片，厚度在0.1mm以下。

鈦在1791年被發(fā)現(xiàn)，而第一次制得純凈的鈦卻是在1910年，中間經(jīng)歷了一百余年。原因在于:鈦在高溫下性質(zhì)十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。

工業(yè)上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法制取二氧化鈦，再由二氧化鈦制取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦(精礦)，發(fā)生下面的化學(xué)反應(yīng):

FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O

FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O

為了除去雜質(zhì)Fe2(SO4)3，加入鐵屑，F(xiàn)e3+ 還原為Fe2+，然后將溶液冷卻至273K以下，使得FeSO4·7H2O(綠礬)作為副產(chǎn)品結(jié)晶析出。

Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉淀，反應(yīng)是:

Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

鍛燒偏鈦酸即制得二氧化鈦:

H2TiO3 == TiO2+H2O

工業(yè)上制金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2(或天然的金紅石)和炭粉混合加熱至1000~1100K，進(jìn)行氯化處理，并使生成的TiCl4，蒸氣冷凝。

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-

在1070K 用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦:

TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti

這種海綿鈦經(jīng)過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最后制成各種鈦材。