前言

随着钛及钛合金在航空航天、舰船、化工、汽车、体育等领域的广泛应用，钛合金的新的发展方向和加工技术越来越受到人们的广泛关注。在良好的发展形势下，2007年6月在日本京都国际会馆举行第十一届国际钛会，这无疑为世界各国提供了很好的交流与合作的平台。共有600余名来自世界各国的钛领域专家和代表参加了本次钛会，其中中国代表共有127名。本次钛会共分为6个分会场，共计13 个会议主题，包括钛的提炼及冶金、产品加工、组织性能、组件构造、近净成形加工、钛合金的环境行为、航天应用、航空发动机应用、船舶与海洋工程、汽车应用、生物材料、体育、休闲以及表面工程等方面。通过参加第十一届国际钛会，从冶金、熔炼、加工、热处理以及应用等方面对钛及钛合金的最新研究现状和未来发展趋势作以阐述。

1.1 钛及钛合金的特性

钛在元素周期表中的序数为22，原子核由22个质子和20个～32个中子组成。钛的核外电子结构为1s22s22p63s23p6，其中4s电子和3d 电子的电离势较小，都在50eV以下，而3p电子的电离势均在100eV以上，所以钛原子的价电子是4s23d2，钛的最高化学价通常是正四价。钛的熔点为1668 ℃，比铁的熔点高138 ℃，Ti-6Al-4V是轻金属中的高熔点金属。钛的密度为4.51g/cm3，仅为铁的57.4 %。常用钛合金的密度更低一些，仅为4.42 g/cm3。常温下，钛为α相，呈低温密排六方结构，在885 ℃转变为体心立方结构的β相；Ti-6Al-4V的相变点在990 ℃。纯钛的电阻率和导热率与奥氏体不锈钢大致相当。钛的比容与奥氏体不锈钢相当，但由于密度小，则热容小，容易加热，也容易冷却。钛合金有很高的强度。文献[1]和[2]给出数据，见表1

表1 纯钛及钛合金的力学性能

虽然纯钛的强度较低，但常用钛合金Ti-6Al-4V的强度很高，达到一般高强度钢的水平。还有些钛合金具有更高的强度， 如Ti15Mo5Zr3Al ，σb =1470MPa ，σ0.2 =1450 MPa ，δ=14%；Ti5Mo5V2Cr3Al[3] ，σb =1450MPa ，σ0 .2 =1380MPa ，δ=15%。钛合金的弹性模量不高，但由于它同时具有弹性模量低和屈服强度高的特征，所以适合用作弹簧材料。用钛制作的弹簧，圈数可以比钢簧少，在弹性相同的情况下，钛簧质量仅为钢簧的28%，而且耐腐蚀。

表2 常用金属的比强度

钛合金的比重小，强度高，因此钛合金的比强度高。表2列出了钛合金与常用合金的比强度[2] ，在这些合金中，钛合金的比强度是最大的。

除上述突出的优点外， 钛还有许多优异的性能。

1) 钛合金的高、低温性能好。现在新型钛合金能在600 ℃的高温下长期稳定工作[4] 。同时， 钛合金的低温性能也非常好， 在低温(-200 ℃) 下仍能保持很好的塑性， 适合在超低温下工作。

2) 无磁性。在很强的磁场中也不会被磁化。

3) 形状记忆特性。Ti-Ni合金是很好的形状记忆材料。

4) 吸氢特性。Ti及Ti-Fe合金是很好的储氢储能材料。

5) 超导特性。Nb-Ti合金是很好的低温超导材料。

6) 低阻尼特性。声波和振动在钛中衰减很慢。

1.2 钛合金的分类

钛合金的分类方法较多，按用途分可分为强度钛合金、耐蚀钛合金、常温结构钛合金和高温钛合金(即热强钛合金)、阻燃钛合金、颗粒增强钛基复合材料、Ti-Al系金属间化合物、高强高韧α β型钛合金、航空用钛合金、民用钛合金等， 但目前大多按组织来分类。钛的两个同素异构体：882.5 ℃以下的α钛(密排六方晶格)和882.5 ℃以上的β钛(体心立方晶格)以及根据合金元素对钛的同素异构体转变温度的影响和所得组织的不同， 钛合金可分为三类。(1)α型钛合金：退火状态的组织为单相的α固溶体或α固溶体加微量的金属间化合物。α型钛合金的牌号用”TA”。(2)α β型钛合金：这类钛合金含β稳定元素比较高， 总量为2～6%，退火状态组织为α β固溶体。该合金的牌号用”TC”表示。其中TC4(Ti-6Al-4V)合金应用最广，其产量占世界各国钛合金总产量的60%。(3)β型钛合金：这类钛合金含β稳定元素总量大于17%，退火或淬火状态得到单相的β固溶体组织。合金的牌号用”TB”加顺序号表示。据统计，纳入最近出版的《中国航空材料手册》(第二版)的较成熟的钛合金牌号就有29 种。航空系统又进行了TB8 高强钛合金以及重点型号机体用钛合金的研制工作，从而进一步提高了我国航空用钛合金的研究、生产和应用水平。按照使用领域及目的的不同可以把钛合金分为：

1）化工用耐蚀钛合金：作为耐腐蚀材料，钛合金在化工工业中的使用是极其广泛的，特别是在含氯的化学材料储存、运输中，钛泵的使用是一典型的例子。在一般情况下， 钛用作耐腐蚀目的时，大多采用工业纯钛。一般钛合金的耐腐蚀性能大多稍低于工业纯钛， 有时降低很多，使用一般钛合金的目的是为了部件的强度，硬度或加工性能的需要。当工业纯钛不能满足还原性介质中耐腐蚀性能要求时，可采用耐蚀钛合金。耐蚀合金有以下三类：(1)钛钯耐蚀合金：加入了贵金属钯，提高了金属表面的腐蚀电位，从而提高了钛在还原性介质中的耐蚀性能。钛钯合金主要是Ti0.15Pd 和Ti0.2Pd 两种。(2)钛钼耐蚀合金：钛中加入足够量的钼后，可以提高在硫酸、盐酸等还原性酸中的耐蚀性，钼含量愈高、耐蚀性愈好。Ti32Mo(和Ti30Mo)是目前在还原性介质中的耐蚀性最好的合金，可以在较高温度的中等浓度硫酸和盐中使用。(3)钛钼耐蚀镍合金：Ti0.3Mo0.8Ni合金。在硝酸等氧化性介质中Ti0.3Mo0.8Ni合金有与纯钛同等优良的耐蚀性能，在还原性介质如硫酸、盐酸、甲酸和柠檬酸中耐蚀性有明显提高。同时在高温高浓度的氯化物中，该合金具有较好的耐缝隙腐蚀性能[5]。

2）高温高强钛合金[6]：在某些环境下要求钛合金不但要有优良的室温力学性能、加工性能，还要在一定的温度条件下保持相当强度和塑性。美、英等西方国家先后研制了许多钛合金，用于一些高温使用的零、部件生产，其工作温度都不超过550 ℃。但随着温度要求的不断提高，这些钛合金材料的性能尤其是高温性能难以满足环境的苛刻要求，所以这一方面的研究在一定时期内仍将是研究热点。高强度钛合金，如TB8钛合金是新型亚稳β型钛合金，其名义成分为Ti15MO3Al27Nb25，该合金具有散热差、弹性模量小、亲和力强等其他钛合金所共有的特点外，该合金经淬火加时效处理后，强度很高，韧性高，可通过时效获得较宽的强度范围，是一种理想的航空结构材料。

3）阻燃钛合金：由于钛合金大量的使用在航空航天领域，是航空发动机叶片、包皮及其它零件的重要原材料，这些零部件在运行的过程中会产生非常高的温度，有时甚至能达2000 度以上。而钛的导热性较差，为了保证安全，就要求钛合金必须具有足够高的耐高温性，所以出现了阻燃钛合金，如稳定β型阻燃钛合金AlloyC(Ti35V15Cr)；Ti40(Ti25V15Cr0.2Si)β型阻燃钛合金[7]。

4）高塑性合金：为了加工制造结构复杂形状各异的钛合金零部件要求钛合金具有高塑性， 如钛合金：钛88.5%，铝4.5%，钒2%，钼2%，铁2%。该合金有极细小的显微组织和低相转变温度，在低于1073K 的温度下仍具有超塑可锻性，而不明显提高屈服应力。它可进行热处理，可在固溶处理和时效的条件下获得大于1200MPa的高强度，这一特性可避免因快速冷却而可能造成工件的热变形。此外，这种钛合金可在经1073K以下温度退火的情况下进行冷轧和冲压。而且由于减少了铝含量，抗疲劳寿命和耐腐蚀性都得到提高。

5）Super-TIX系列钛合金：低成本民用钛合金，不用高价的β元素，仅使用廉价Fe，O，N(一部分合金加Al)。在高温下强度较低，在200 ℃以下时很稳定，因此，该系列合金可在200 ℃以下使用，可用于紧固件、眼镜架、汽车部件、海洋结构件、文体用品等。

1.3 钛合金的应用

钛合金的优异性能决定了钛合金的使用范围非常广泛，使用量也日益增加。具体讲有[8-10] ：

1） 航空领域：被用于制造飞机上各种零件，小至螺钉、螺母等紧固件，大至机身骨架、发动机叶片、蒙皮、隔框等结构件， 甚至能制造出6m 多长、重达2t的起落架。目前，先进飞机上的钛材重量达飞机结构总重的30%～40%，钛材已成为现代飞机不可缺少的结构材料。

2） 生物医学：钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，因此，是非常理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物和手术器械等。

3） 汽车用：新一代汽车设计更注重减轻质量、降低燃料消耗、降低发动机噪音和振动， 以满足环境要求。在这种趋势下，轻金属钛将成为未来汽车的一个主要应用领域。随着经济的发展以及钛的成本降低(如新的低成本原料、连铸、连轧及粉末冶金等低成本工艺的实行等)，会有更多的工程设计人员将选择钛用做汽车零件。钛最终将在汽车生产工业中占有重要的地位。

4） 文体用品：近年来，钛合金正以极高的速度进入文体用品市场，并已形成一定的规模， 其中以高尔夫球杆最具代表性。钛制高尔夫球杆头具有接触球面大、重量轻、易于控制、易击中目标等优点。除高尔夫球市场外，自行车行业是钛合金另一个有发展前途的应用领域， 钛制自行车的优点是质轻、强度高且抗腐蚀、抗疲劳性和防震性能好。目前比赛用自行车几乎都用钛材。钛合金还可用于制造轮椅的车架和其它部件、钓鱼用具、眼镜架、手表和照相机。

5） 电子行业：钛合金无磁性、无毒是传感器的理想材料。

6） 舰船应用：钛合金耐腐蚀性强的特点使其在舰船上应用很广泛，如钛合金在鱼雷发射水缸、一回路危急冷却器、声扫雷具、二回路泵、阀及管系、声纳导流罩、螺旋桨等方面有应用。

7） 钛合金染色新技术：日本大阪一家研究所研究出一种钛合金染色新技术，它利用了在水中的电火花放电加工工艺。按照加工条件，可在加工的同时，获得各种染色表面。该工艺加工染色的原理是：让露出的金属表面进行放电，利用产生的电解作用生成的氧化物具有染色作用。由于氧化物的数量最终决定染色色调，通过控制平均加工电压，不仅能形成所有色相，且能在任意部位改变颜色。

1.4 钛及钛合金表面氧化处理

（1）化学氧化法

化学氧化法操作较简单，但得到的氧化膜层较薄，耐蚀性较差，不宜单独使用。不过，化学氧化膜层具有较好的吸附能力，可用作油漆底层或中间层，能有效提高钛及钛合金材料的耐久性及装饰性。

（2）电化学氧化法

电化学氧化膜层较化学氧化膜厚，耐蚀性更好，应用也较广泛，并能改善材料的高温加工润滑性、粘着性和耐久性，多用于耐磨、减摩和表面反射等领域，已广泛应用于航空、航天、机械、造船和电子等工业。该方法使用的氧化电源有直流电源、交流电源和脉冲电源，采用交流和脉冲电源得到的氧化膜层的厚度大于采用直流电源所得的氧化膜层。钛及钛合金电化学氧化膜的主要特性和用途如下：1)提高金属表面的耐磨性和耐蚀性，常作为金属工件的耐磨和耐蚀膜层；2)提高膜层与基体的结合强度，可作为镀覆层的底层；3)钛的电化学氧化膜绝缘性好，可作电容器的介质膜；4)在阳极氧化液中加入各种着色剂能得到不同的色彩，可作为装饰层；5)用于功能性膜层，如在多孔膜中沉积磁性合金作记忆元件、太阳能吸收板和超高硬质膜、干润滑膜及触媒膜等。

（3）微弧氧化法

微弧氧化技术（MAO：Micro-arc Oxidation)[11-13]，又称等离子体电解氧化（PEO)[14，15]、微等离子体氧化（MPO）[16，17]、阳极火花沉积（ASD)[18]是一种在阳极氧化基础上发展而来的高效的阀金属表面涂层处理新技术。

所谓微弧氧化技术，就是将金属合金工件作为阳极浸入电解液之中，将不锈钢电解槽与电源阴极相连，在阴、阳极两端施以相对较高的脉冲电压，接通电源后，正脉冲电压快速升高，电流迅速下降，作为阳极的金属合金表面瞬间发生钝化反应生成一层极薄的钝化膜，阻碍阳极反应的进行，随着阳极脉冲电压的快速升高，当外加电压超过一定值，阀金属表面开始出现一层极其细微的持续不断的游离状均匀白亮放电火花，在出现放电火花的局部微区产生高温和高压的等离子放电微孔通道，导致放电通道处基体金属熔断并与电解液中的带电微粒发生复杂的热化学、等离子体化学和电化学反应，生成的熔融状氧化物从放电微孔中喷出，遇温度较低的电解液后重新在放电微孔附近的基体金属表面凝固，致使金属表面氧化陶瓷膜均匀增厚，这种微区火花放电现象在金属表面不同位置不断闪烁重复出现，最终在金属合金表面原位生成一层较厚的具有超高硬度、良好耐磨性、耐蚀性且致密均匀的陶瓷涂层。特点：1) 膜层厚，孔隙率低，具有很高的耐腐蚀性能；2) 膜层厚度易于控制，从而提高了微弧氧化的可操作性；3) 膜层从基体上生长， 与基体有着良好的结合强度；4) 膜层硬度高，耐磨性好，耐高温；5) 处理效率高，操作工艺简单，环境污染小，性价比高，适用于自动化生产。

2. 微弧氧化钛合金的电化学腐蚀行为

2.1 自然腐蚀电位

将实验样品浸入37℃的Hank's模拟体液中，测试140 h内自然腐蚀电位的变化情况，结果见图1。可以看到，浸泡一段时间后，样品的自然腐蚀电位都达到较稳定的数值，但微弧氧化TC4的自然腐蚀电位比基体钦合金正移约0.3 V。自然腐蚀电位直接反映材料在介质中的化学稳定性，电位正移表明微弧氧化陶瓷层提供了更佳的耐腐蚀性能。暴露于空气中的钦合金短时间内形成一层氧化膜，膜层外部疏松、内部致密。由于O原子扩散困难，自然形成的氧化膜非常薄，容易因腐蚀、磨损而破坏。薄层氧化膜导致TC4样品浸泡之初呈现较高的自然腐蚀电位，但10h后氧化膜逐渐被腐蚀，基体直接暴露于电解液中，自然腐蚀电位明显卜降。微弧氧化TC4样品浸泡40 h后自然腐蚀电位才渐趋稳定，腐蚀电位明显提高，说明MAO陶瓷膜对离子的扩散有明显阻滞作用。

图1 模拟体液中的自然腐蚀电位

2.2 电位极化曲线图

极化实验在自然腐蚀电位趋于稳定后进行(TC4浸泡24 h，微弧氧化样品40 h)，测试结果见图2。TC4合金为典型的金属极化曲线，电位超过0.6 V后进入钝化阶段，腐蚀电流几乎不再增加；电位超过1.3 V后发生过钝化，此时局部区域发生点蚀，腐蚀电流开始增加。微弧氧化TC4的极化曲线表明，微弧氧化不仅提高了TC4的自然腐蚀电位，还降低了腐蚀电流密度。当电位超过0.3 V后，腐蚀电流趋于稳定，不再随电位的升高而变化。钦合金植入体在人体内的电位为0.4～0.6 V[19]，将该电位部分的极化曲线放大，得到图3极化曲线局部图。可以看到，微弧氧化样品腐蚀电流的变化十分微小，TC4合金的腐蚀电流增长1～2个数量级。由两段特征曲线可以判断，微弧氧化样品的腐蚀反应几乎完全由扩散过程控制，未处理样品在未发生钝化前，其腐蚀反应主要由电化学反应控制。

图2 TC4和微弧氧化样品的极化曲线

图3 电位电极局部曲线图

图4为TC4合金在Hank's模拟体液中浸泡24 h后的阻抗复平而图。阻抗谱含2个容抗弧，即含2个时间常数。表明24 h浸泡后，模拟体液中的离子(Cl-等)已渗透到膜/金属界而处，并形成腐蚀微电池，此时电极系统存在2个反应，即电极表而反应和膜/金属界而反应。

图4 TC4浸泡24h后的阻抗复平面图

研究表明，钛合金氧化膜在模拟体液中不断生成和水解，主要反映如下：

（1）金属/氧化膜界面：Ti＋4OH-→TiO2＋2H2O＋4e

（2）TiO2的溶解：TiO2＋Cl-＋2H2O→[Ti(OH)3]Cl＋OH-

（3）TiO2形成胶体：TiO2＋4OH-＋Na →Na4TiO4 2H2O

图5为微弧氧化TC4合金在Hank's模拟体液中浸泡40h后的阻抗谱复平而图。图6为其ES-Bode图。可见，仅在中频区呈现半径较大的容抗弧，其余部分为由扩散过程控制的法拉第阻抗。与TC4合金相比，曲线在高频区未出现小的容抗弧，但不能由此确定阻抗谱的时间常数仅有1个，还应参考图6的Bode图 (符号点为测试数据)。由图可知，曲线在高、中、低频区均出现1个峰，可以认为图谱中存在3个时间常数，电极反应由3部分组成。研究表明，当pH值高于7.0时，HA是钙磷盐中的稳定相[20]，模拟体液中，陶瓷层中的TiO2能诱导HA的产生[21]。TiO2发生水解生成带负电荷的网状Ti-OH基团，在电荷作用下Ca2 首先扩散到表而并有序排列，接着PO43-也被吸引到表面，当两者浓度达到一定程度，HA便开始形核、长大，并成为电极反应中最活跃部分。结合TiO2自身的反应，可认为其电极反应主要组合如下：

（1）TiO2的溶解：TiO2 Cl- 2H2O→[Ti(OH)3]Cl OH-

（2）TiO2形成胶体：TiO2 4OH- 4Na →Na4TiO4 2H2O

（3）HA形成：10Ca2 6PO43- 2OH-→Ca10(PO4)6(OH)2

图5 TC4浸泡40h后的阻抗复平面图

图6 TC4合金的EIS-Bode图

结论

1) 微弧氧化TC4钛合金在Hank's模拟体液中的自腐蚀电位升高约0.3 V，可有效提高TC4钦合金在生物体液环境的化学稳定性。

2) 在钛合金植入体电位范围内，微弧氧化处理可提高TC4钦合金的极化电阻，减少腐蚀电流1～2个数量级。微弧氧化钦合金的腐蚀行为由扩散过程控制，未处理样品由电化学反应控制。

3) 随腐蚀时间的延长，TC4钦合金表而的钝化膜逐渐发生腐蚀。微弧氧化膜浸泡初期HA的形核及生长是电极反应中最活跃部分，2周后在微弧氧化膜表而形成均匀的HA薄膜，表现出良好的耐腐蚀性能。

3. 微弧氧化钛合金的展望

随着国家工业和国防现代化的发展，钛及钛合金的应用领域日益扩展和广泛，对其表面进行强化处理的要求也越来越迫切。且表面处理的技术日臻完善，新技术和新工艺不断涌现，大大地促进和扩展了钛及钛合金的应用领域。纵观世界钛及钛合金的发展， 钛合金的发展趋势主要可以概括为以下几点。

(1) 为了进一步实现钛的扩大化应用，钛的制备和加工亟待实现低成本化，包括海绵钛生产、材料设计及加工过程的低成本化。

(2) 高效、短流程钛合金加工技术的开发和应用，如单次冷床炉熔炼直接轧制技术， 钛带连续加工技术等。

(3) 发展近净成形技术，包括粉末冶金、精密铸造、精密模锻、喷射成形等。

(4) 钛的推广应用，包括生物用钛、汽车用钛及建筑用钛等。

4. 研究意义

科学技术的发展日新月异，人类社会文明程度不断地提高。随着科学技术的发展,钛合金应用领域的日益扩展和使用条件的变化，具有耐超高温、超高强度、超塑性、超耐磨性、多功能钛合金必将出现；另外，钛合金表面处理技术也必将日臻完善，纳米技术、等离子体技术、高频电磁技术、激光技术等先进技术的有机结合，特别是加弧辉光离子渗金属技术、双层辉光离子渗金属技术等新技术研究的进一步深化，一些经过表面处理的内柔外刚，外柔内刚，耐强腐蚀，耐强摩擦等各种性能的钛合金也必将出现以满足使用条件更加复杂的要求，并在21 世纪取得新的巨大的发展。TC4-0.55Fe合金由于Fe的缘故，可以提高该合金的高温热加工性能，配合微弧氧化表面处理技术，可以提高合金表面的耐腐蚀性，拥有极为广阔的应用前景。

5. 参考文献

[1] 日本钛协会编. 吴全兴译, 钛加工技术[M]. 西安钛工业进展编辑部, 1997.

[2] 北京有色金属研究总院. 钛及其合金的物理, 化学性能和应用[R]. 北京全国钛应用推广组, 1983.

[3] 张翥. 金属学报 [J]. 1999: 35-35.

[4] 陈玉勇, 肖树龙, 孙凡涛. 金属学报[J]. 2002: 38-39.

[5] 徐增华. 金属耐蚀材料钛合金腐蚀与防护, 2002, 23(1): 42-45.

[6] 路纲, 张翥, 惠松骁等. Ti18高温高强钛合金研制稀有金属,2002,26(4):271-276.

[7] 赵永庆, 曲恒磊, 朱康英等. Ti40 阻燃钛合金高温长期作用的第二相及其对性能的影响, 稀有金属材料与工程,2002,31(2):84-88.

[8] Kathywang. The Use Of Titanium For Medical Applications In USA[J]. J.Materials Science and Engineering A,1996:213-134.

[9] F.H. Titanium golf Clubs. TMS Meeting, Sponsored By: TMS Minerals[J]. Metals amp; Materials,1998:19-331.

[10] 孟祥军. 钛合金在舰船上的应用, 舰船科学技术,2001:23-27.

[11] Leyland A.,Matthews A. Deposition of layered bioceranuc hydroxyapatite/Ti02 coatings on titanium alloys using hybrid technique of micro-arc oxidation and electrophoresis [J]. Surface and Coatings Technology,2000,125(1-3):407-414.

[12] DengZhi-wei, Lai Yong-chun, Xue Wen-bin. Formation Mechanism of Surface Ceramics on Al Alloy with Micro Arc Oxidation[J]. Nuclear Physics Review, 1997, 14(3): 193-196.

[13] Micro-Arc Oxidation, a New Method for Strengthening Aluminum Surface[J]. Material oberflache,1995,48(8):606-608.

[14] Yerokhin A.L., Leyland A., et a1.Characterisation of oxide films produced by phasma electrolytic oxidation of a Ti6A14V alloy[J]. Surface and Coatings Technology,2000,130(2-3):195-206.

[15] Gourrier S., Dimitriou P., Theeten J.B., et al.Enhanced plasma oxidation at low temperature using a thin solid electrolyte film[J].Applied Physics Letters,1981,38(1):33-35.

[16] SamirHamidAwad, QianHan-cheng. Effects of cathodic component of current on porosity and hardness characteristics of micro plasma oxidation(MPO) coatings on aluminum alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2005(1): 113-118.

[17] Jiang Z.H. Micro-plasma oxidation of aluminum alloy in sodium silicate-KOH-NaAlO2 [J]. Chin. J. Nonferr. Met.(in Chinese),2000,10(4):5-19.

[18] Wirtz G.P., Brown S.D., Kriven W.M. Ceramic coatings by at spark deposition[1]. Material and Manufacturing Process,1991,6(1):87-115.

[19]Velten D et al. Biomedical Material Research[J],2002,59(1):18.

[20] Wang Qingliang(王庆良), et al. Journal of China University Of Mining amp; Technology(中国矿业大学学报)[J],2004, 33(5):533.

[21]Eungsun B, et al. Surface and Coatings Technology[J],2007,201(9-11): 51-56.

前言

随着钛及钛合金在航空航天、舰船、化工、汽车、体育等领域的广泛应用，钛合金的新的发展方向和加工技术越来越受到人们的广泛关注。在良好的发展形势下，2007年6月在日本京都国际会馆举行第十一届国际钛会，这无疑为世界各国提供了很好的交流与合作的平台。共有600余名来自世界各国的钛领域专家和代表参加了本次钛会，其中中国代表共有127名。本次钛会共分为6个分会场，共计13 个会议主题，包括钛的提炼及冶金、产品加工、组织性能、组件构造、近净成形加工、钛合金的环境行为、航天应用、航空发动机应用、船舶与海洋工程、汽车应用、生物材料、体育、休闲以及表面工程等方面。通过参加第十一届国际钛会，从冶金、熔炼、加工、热处理以及应用等方面对钛及钛合金的最新研究现状和未来发展趋势作以阐述。

1.1 钛及钛合金的特性

钛在元素周期表中的序数为22，原子核由22个质子和20个～32个中子组成。钛的核外电子结构为1s22s22p63s23p6，其中4s电子和3d 电子的电离势较小，都在50eV以下，而3p电子的电离势均在100eV以上，所以钛原子的价电子是4s23d2，钛的最高化学价通常是正四价。钛的熔点为1668 ℃，比铁的熔点高138 ℃，Ti-6Al-4V是轻金属中的高熔点金属。钛的密度为4.51g/cm3，仅为铁的57.4 %。常用钛合金的密度更低一些，仅为4.42 g/cm3。常温下，钛为α相，呈低温密排六方结构，在885 ℃转变为体心立方结构的β相；Ti-6Al-4V的相变点在990 ℃。纯钛的电阻率和导热率与奥氏体不锈钢大致相当。钛的比容与奥氏体不锈钢相当，但由于密度小，则热容小，容易加热，也容易冷却。钛合金有很高的强度。文献[1]和[2]给出数据，见表1

表1 纯钛及钛合金的力学性能