为什么钛被人们称为空间金属?钛及钛合金有哪些重要性质

为什么钛被人们称为空间金属?钛及钛合金有哪些重要性质
为什么钛被人们称为空间金属?钛及钛合金有哪些重要性质

为什么钛被人们称为空间金属?钛及钛合金有哪些重要性质
金属钛的物理性质
金属钛（Ti）,灰色金属.原子序数为22,相对原子质量47.87.核外电子在亚层中的排布情况为1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2.金属活动性在镁、铝之间,常温下并不稳定,因此在自然界中只以化合态存在,常见的钛的化合物有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）等.钛在地壳中含量较高,排行第九,达5600ppm,换算成百分比为0.56%.纯钛密度为4.54×103kg/m3,摩尔体积为10.54cm3/mol,硬度较差,莫氏硬度只有4左右,因此延展性好.钛的热稳定性很好,熔点为1660±10℃,沸点为3287℃.
金属钛的化学性质
金属钛在高温环境中的还原能力极强,能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合,还能从部分金属氧化物（比如氧化铝）中夺取氧.常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜,这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应,包括酸中之王——王水.它只与氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应,因此钛体现了抗腐蚀性.地球表面十公里厚的地层中,含钛达千分之六,比铜多61倍,在地壳中的含量排第十位（地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛）.随便从地下抓起一把泥土,其中都含有千分之几的钛,世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕.海滩上有成亿吨的砂石,钛和锆这两种比砂石重的矿物,就混杂在砂石中,经过海水千百万年昼夜不停地淘洗,把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起,在漫长的海岸边,形成了一片一片的钛矿层和锆矿层.这种矿层是一种黑色的砂子,通常有几厘米到几十厘米厚.钛没有磁性,用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击.1947年,人们才开始在工厂里冶炼钛.当年,产量只有2吨.1955年产量激增到2万吨.1972年,年产量达到了 20万吨.钛的硬度与钢铁差不多,而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半,钛虽然稍稍比铝重一点,它的硬度却比铝大2倍.现在,在宇宙火箭和导弹中,就大量用钛代替钢铁.据统计,目前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.钛的耐热性很好,熔点高达1668℃.在常温下,钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中.就连最凶猛的酸——王水,也不能腐蚀它.钛不怕海水,有人曾把一块钛沉到海底,五年以后取上来一看,上面粘了许多小动物与海底植物,却一点也没有生锈,依旧亮闪闪的.现在,人们开始用钛来制造潜艇——钛潜艇.由于钛非常结实,能承受很高的压力,这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行.
钛的强度大,纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm2.有些钢的强度高于钛合金,但钛合金的比强度（抗拉强度和密度之比）却超过优质钢.钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性,故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件.钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器.现在已有用钛合金制造自动步枪,迫击炮座板及无后座力炮的发射管.在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等.钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置.钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用.在医疗中,钛可作人造骨头和各种器具.钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元.钛白粉是颜料和油漆的良好原料.碳化钛,碳（氢）化钛是新型硬质合金材料.氮化钛颜色近于黄金,在装饰方面应用广泛.钛和钛的合金大量用于航空工业,有"空间金属"之称；另外,在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用.此外,由于钛合金还与人体有很好的相容性,所以钛合金还可以作人造骨.钛的抗腐蚀性 硝酸锆与氢氧化钛
锆是一种应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料,但在溶液中其活泼性仅次于钠.那么,在氢氧化钛溶液里加入活波的硝酸锆溶液,会发现钛把硝酸锆拒之门外（如图）.可以看到,图中有明显的分层,上面是硝酸锆,下面是氢氧化钛.我们知道,氢氧化钛的密度小于硝酸锆,但依然能保持明显的分层,并把硝酸锆停留在上层,这证明了钛的抗腐蚀性.根据实验,钛放入海底20~50年均不会被腐蚀.