钛金属的化学、物理特性有哪些?

(Titanium)是一种过渡金属元素,化学符号Ti,原子序数22,在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。已知的钛的同位素有13种,包括钛-41至钛-53。其中钛的稳定同位素有钛-46,钛-47,钛-48,钛-49,钛-50共五种,其余的同位素均有放射性。

  化学特性

  钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与氧气、氮气、氢气、硫和卤素等非金属作用。但在常温下,钛表面易生成一层极薄的、致密的、钝性的、能自行修补裂缝的氧化物薄膜,而具有优良的抗腐蚀性,不受硝酸,潮湿氯气,稀硫酸,稀盐酸及稀碱的侵蚀,连酸中*——王水(浓盐酸和浓硝酸按体积比为3:1组成的混合物)都无法将其溶解。

  钛的保护性氧化膜经常是当金属碰到水时形成的,即使少量的水或水蒸气中也能形成。如果把钛暴露于完全没有水的强氧化性环境里,就会发生快速氧化并产生剧烈反应,甚至常出现自燃。钛与含过量氧化氮的发烟硝酸以及钛与干氯气的反应就发生过这类现象。所以要预防发生这类反应,必须有一定量的水分。

  钛不能应用于干氯气中,即使是温度0℃以下的干氯气,也会发生剧烈的化学反应,生成四氯化钛,再分解生成二氯化钛,甚至燃烧。只有当氯气中的含水量高于0.5%的时候,钛在其中才能保持可靠的稳定性。

  为安全起见,储存时以不少于25%的水润湿、钝化。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不超过35℃,保持容器密封,严禁与空气接触。应与氧化剂、酸类、卤素等分开存放,切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

  物理特性:

  单质钛呈银白色,具金属光泽。粉末钛呈灰色。

  钛的熔点高(1660℃),沸点为3287℃,密度小(密度为4.5g/cm³,比钢轻43%)、延展性好,在硬度、耐热性及导电导热性方面,与其他过渡金属(如铁、)相似,但是它比其他具有相似的机械和耐热性能的金属轻得多;声音在其中的传播速率为5090m/s。

  钛溶于稀酸,不溶于冷水和热水。液态钛几乎能溶解所有的金属,因此可以和多种金属形成合金。

  钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。钛金属在500℃的高温下/-253℃低温下长期使用也可以保持其金属特性,通常铝在150℃,不锈钢在310℃即失去了原有性能,而钛合金在500~600℃左右仍保持良好的力学性能。而且钛金属在-253℃低温下依旧能保持较好的延展性和韧性。

  钛无磁性。

  钛的热导率小,仅为钢的1/5,铝的1/13,铜的1/25。

  抗阻尼性能低,用钛及其他金属材料(铜,钢)制成形状和大小完全一样的钟,用同等的力把每个钟敲一下就会发现,用钛做的钟振荡起来声音持续的时间长,即通过敲击给予钟的能量不容易消失,所以我们说钛的阻尼性能低。

  1940年:卢森堡科学家W.J.Kroll用镁还原TiCl4制得了纯钛。从此,镁还原法(又称为克劳尔法)和钠还原法(又称为亨特法)成为生产海绵钛的工业方法。1948年:美国在用镁还原法制出2吨海绵钛,从此开始了钛的工业化生产。

  据统计,现阶段,世界上每年用于宇宙航行的钛,已达一千吨以上。极细的钛粉,还是火箭的好燃料,所以钛被誉为宇宙金属,空间金属。

  中国钛发展历程

  1、起步阶段(20世纪50年代-1978年):

  20世纪50年代,中国开始涉足钛产业,当时主要是为了满足国防建设的需求。在这一时期,国家投入了大量的资源进行钛产业的基础研究和技术开发,分别在遵义和宝鸡建成海绵钛和钛加工生产厂,为中国钛产业的后续发展奠定了基础。

  这一阶段发展较为缓慢,技术水平相对较低,生产规模较小,但实现了从无到有的突破,确定了钛工业的发展战略目标,开展各种试验,在钛材料的生产工艺、设备研发等方面积累了一定的经验。

  2、成长阶段(1979年-2000年):

  改革开放后,中国钛产业进入了成长阶段。这一时期,国内的钛企业开始引进国外的先进技术和设备,不断提升自身的生产能力和技术水平。同时,随着国民经济的快速发展,钛材料在化工、电力、冶金等传统领域的应用逐渐扩大,市场需求不断增加。

  遵义钛厂成为中国*家5000吨级规模的海绵钛厂,宝钛集团的钛材加工能力也大幅提升,海绵钛市场需求呈现出持续增长的态势。

  3、快速发展阶段(2001年-2010年左右):

  21世纪初,中国钛产业迎来了快速发展的时期。2006年,中国海绵钛产量首次突破万吨大关,直逼2万吨。到2010年,我国海绵钛产量达57770吨。这期间,海绵钛厂由2家增至10多家,年产能迅速增加到15万吨以上。

  钛产业的快速发展也带来了一些问题,如产能迅速扩张、无序竞争导致海绵钛价格大幅波动,市场供需失衡等。

  4、调整阶段(2011年-2015年左右):

  2011年至2015年,中国钛产业进入了调整期。由于前期产能扩张过快,市场需求增长跟不上产能增长的速度,导致海绵钛产量增加、市场刚需增长、价格大幅下跌,钛及钛加工材企业生存艰难。

  这一时期,一些钛企业倒闭或被兼并重组,行业开始进行自我调整和优化,企业更加注重产品质量和技术创新,以提高市场竞争力。

  5、复苏与升级阶段(2016年-至今):

  2016年春节前后,海绵钛市场开始逐步回暖,产量和价格都有所提升。随着国家对高端制造业的重视以及航空航天、海洋工程、新能源等新兴产业的快速发展,对钛材料的需求不断增加,中国钛产业迎来了新的发展机遇。

  近年来,中国钛企业不断加强技术创新,提高产品质量和附加值,拓展应用领域。例如,在航空航天领域,钛合金被广泛应用于飞机的结构件、发动机部件等;在海洋工程领域,钛材料用于制造核潜艇、深潜器、海水管路等。同时,企业也在加强产业链上下游的协同合作,提升整个产业的发展水平。