从外形上看,钛很像钢铁,但和钢铁相比,具有很多优异性能。因此,钛可成为一种发展快、用途广、收效大的金属。目前,有人把钛叫做“时髦金属”,也有人根据钛在工业上发挥的重要作用及其在未来发展趋势,把钛称为第三金属(第一金属指钢铁,第二金属指铝)、未来的钢铁。
在飞机制造工业上,要求制造所用的材料,既质轻,又强度大。一般是用比强度(材料的强度和比重的比值)来表示它,这个比值越大越好,而钛正符合这个要求。钛的比强度是目前使用材料中最大的,是不锈钢的3倍,是铝合金的1.3倍。所以,在飞机制造工业上,很重视钛这个材料。随着航空工业的发展,飞机的飞行速度越来越快。速度越快、飞机跟空气摩擦产生的飞机表面温度就越高,当速度达到2.2倍音速的时候,铝合金已经不能胜任,而用钢又太重,只有采用钛合金来制造,所以有人说,如果没有钛合金作为制造材料,就不能发展2.5倍音速以上的超音速飞机。
火箭、人造卫星和宇宙飞船在宇宙航行中,飞行速度比飞机要快得多,并且工作环境变化更大,所以对材料的要求也更高、更严格。比如,用火箭把载人的宇宙飞船运到月球上去,要经历从高温到超低温的过程。在返回地面的时候,又从超低温进入高温,当飞船进入大气层的时候,飞船表面温度上升到540℃~650℃。制造宇宙飞船的材料,必须适应这样剧烈的温度变化,而钛合金能满足这些要求。从1957年开始,钛材料大量在宇宙航行上使用,主要用来作火箭的发动机壳体,人造卫星的外壳、紧固件、燃料储箱、压力容器等;还有飞船的船舱、骨架、内外蒙皮等。在宇宙航行上,使用了钛以后,可以大大减轻飞行器的重量。从经济效果来看,由于结构重量的减轻,能够大量节省燃料,同时可以大大降低火箭和导弹的建造和发射费用。
钛的耐腐蚀能力非常强,特别是对海水的抗腐蚀能力,可以与白金相媲美。曾经有人把金属钛放在海水中浸泡了四年半,取出来以后观察,几乎没有被腐蚀,仍然保持原有金属光泽,所以,钛是制造舰艇的良好材料。钛作为耐腐蚀材料,自它的诞生就受到各国的高度重视。比如美国从1963年到1975年,在耐腐蚀材料方面使用钛的量增加了10倍。在日本使用的钛当中,有90%是用在耐腐蚀方面。钛的耐腐蚀能力比不锈钢高150倍。钛和氧有很强的结合能力,当钛暴露在空气中时,其表面立刻形成一层很薄的稳定的氧化膜,并具有特殊的耐腐蚀能力。(如果这层膜受到机械损伤的话,还会重新形成一层薄膜。)现在,电解槽国内外都用钛代替了石墨。目前,国外有些国家已规定:在原子能发电厂,为了安全,必须全部使用钛制冷凝器。在这方面用钛量是相当可观的,如发电量为60万KW的火力发电站,需钛材60t,而发电量为110KW的原子能发电站需要钛材多达150t。
在合金钢中加入少量的钛,可以大大改善钢的性能,提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。比如我们最常见的18-8不锈钢中就含有1%左右的钛。在有色金属湿法冶金中,使用了钛以后,也收到良好的效果。比如在金属镍的电解生产中,已经采用钛板代替不锈钢板作母板,不锈钢板只能使用一年左右,而钛板可以使用10年以上,使用寿命延长了10倍。经过长期实验证明:钛在人体内没有毒性,和人体的分泌物不起作用,对任何杀菌方法都适应,且没有磁性,所以,国内外都已经用钛作矫形外科材料和医疗器械。
超导材料是未来极有发展前途的一种材料。用约50%的钛和50%的铌制成的合金,是目前研究和使用最多的一种超导材料。在美国每年生产的100多吨超导材料中,铌钛合金占90%。人工制得的钛酸钡(BaTiO3具有特殊的性质,它具有高的介电常数,由它制成的电容器具有较大的容量。目前,钛虽然比不锈钢贵2~3倍,但是使用寿命一般比不锈钢要提高10倍以上。这就是说,使用钛材一次投资是贵了些,可是由于使用时间长,终究还是经济的。预计在不远的将来,钛将会像钢铁、铜、铝一样,成为我们日常生活中必不可少的一种金属。
我国丰富的钛的资源,为发展钛工业提供了优越条件,也必将为钛在各个领域里的广泛应用开辟美好的前景。