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钛这东西,真的安全吗?它是否有缺点

宇宙解码  · 公众号  · 科学  · 2024-12-18 20:21

正文

接触钛,还是在《环太平洋》里,那架用纯钛打造的机器人。

    突然发现市面上关于钛金属做的一些家具类用品比如杯子啊,锅啊什么的,都说很安全,什么号称未来金属,难道钛金属就没有缺点?!它跟刮大白的钛白粉有关系么?彩虹糖有害吗?钛锅有害吗?

    钛,以希腊神话中的泰坦命名。钛具有银白色的金属光泽,密度为4.51g/cm-3,高于铝(2.8g/cm-3)低于钢(7.9g/cm-3),相同体积,但是钛金属制品的重量比其他金属制品更轻。

    美国金属学会主编的《金属手册》中指出:钛及其化合物,在生理上对人体几乎都是惰性的,钛金属是唯一对人的植物神经和味觉神经没有作用的金属,钛离子在人体内不随血液和体液转移。

    可见,在目前认知内,钛金属是安全的。

钛本尊

    首先,这个东西刚生产出来长这样。

    然后破碎成小块,根据需求加入其他金属压成锭子,然后焊接电极,真空熔炼,出来后再锻造挤压,板材出来后然后才能做成你所说的钛板。

    目前破碎完的海绵钛大概50一公斤,单纯做菜板的话,太浪费了,而且现在菜板要求这么高了?

钛合金

    一般生产某种合金都是把所有元素称好重量,然后混在一起丢进炉子熔化,冷却以后经过热处理就能得到相关的合金。用这种方式就能很方便地生产钛合金。

    钛铝和铝钛合金不是一回事。

    钛铝合金很常见,但铝钛合金则较少用到。

    因为铝钛不方便用常规的方式生产。

    但是铝钛合金不能这么搞,因为铝和钛熔点一个660度,一个1668度,中间差了1000度呢。

    你要么把铝加热到1660度,要么老老实实电解或者激光成型。两种方式成本都比直接熔炼生产铝合金高不少。

软硬通吃?

    与不锈钢相比,纯钛的表面硬度约为HRC20,不锈钢通常能达到HRC56-58,使用过程中更容易划伤。与铜及不锈钢相比,钛材表面更容易留下指印且不易去除。

看到上面的划痕和碎屑了嘛。拿的过期样品随便拿剪刀划了划,切一次肉沫,表面和这差不多。

    同理,医疗上用的也不是纯钛。医用钛合金主要有两种应用。一种是植入体,一种是血管里的支架。

    植入体用的主要是Ti-Al-V合金,纯钛现在已经比较少用了。原因很简单,纯钛的机加工性能太差了。钛这种金属会粘刀,切削性能相当相当的差。而医用植入体对于形状和表面光洁度的要求非常的高,需要很多的切削、铣以及打磨工序。用纯钛想做到这个质量的话,价格会非常可观。所以比较常用机加工性能好一点的钛合金,比如Ti-6Al-4V。

    而至于血管支架则完全是另一个维度的东西。这玩意儿主要是镍钛记忆合金,主要利用记忆合金的超弹性以及形状记忆特性。这也完全不是纯钛。显而易见,即使添加了合金元素,这些钛合金也是“无毒无排斥的”。

    同理,在⾃⾏⻋上。你买得起的价格范围内,要达到同样的重量和强度,钛合⾦管材是远远不及专⽤钢合⾦的。

    钛架硬度不⾏,⽽且还不是biu、biu、biu、biu弹的那种所谓的钢架的特⾊“软”。因为焊接特性和延展性,和钛合⾦的热处理工艺限制,没办法做很复杂的管材成型。

    好的钢架重量都已经做到1Kg左右了,⽽且⾮常硬,⾮常耐操;而最好的钛架基本也都在1.2~1.3kg徘徊,⽽且⼏乎罕⻅复杂的管型,就这都要飙到15000元以上的价格了。好的钢架基本都是⼀体的成型管做下沉,钛架则只能压扁或者焊板材,要做下沉就需要拼接⼀个扼。

    反过来在别的方面,它的软硬度还可以哈。

    比如,纯钛的筷子会对陶瓷制品造成洗不掉划印。

    还有研究说,2mm钛板的防弹表现甚至强于2mm的钢板,能抵挡9mm手枪子弹。

加工难度

    理论上你能⽤100g钛合⾦做出来这个零件是⼀码事,你100g钛合⾦能做到,是另⼀码事。

    遗憾的是,钛合⾦很难加⼯和焊接。由于钛是活性金属,对加工环境的要求比不锈钢更为苛刻。常规手段也无法冶炼钛金属,得用真空炉冶炼。

    钛合⾦优势是理论上强度重量⽐更⾼。不是说强度⽐钢⾼哈。但材料特性是材料特性,零件的⼒学特性是基于加⼯⼯艺的。

    ⼀些合⾦如TA7(Ti-5Al- 2.5Sn)的⼒学优势都远远抵不上加⼯成本飙升。

    换言之,你要保证同样的⼒学性能,还要占轻的便宜,⽤TA7做个复杂零件价格需要⽐钢翻⼏倍,⽐铝合⾦翻⼗⼏倍,甚⾄还不⼀定⽐铝合⾦轻。机加⼯使⽤的昂贵⼑具切钛合⾦寿命⾄少⽐切钢打对折。也就航空和军⼯真正⽤得起。

    比如加工个钛合金戒指。

    制作过程粘刀,切下来的碎屑会黏在刀具上。

    砂轮打磨的,之后砂轮黏上很多碎屑,黑色痕迹是摩擦生热的氧化层

    如果是锉刀的话,估计这把锉刀会废掉没法再用了。

    粘,就是不干脆,就像打磨橡皮泥一样,很难打磨得很光滑,容易拖出毛刺,很难产生锋利的刃线。粘也意味着摩擦生热很明显。

    记得还会有工作硬化,就是你加工钛合金,他会变硬,让他往往更难加工。

    他的变形很能吸收能量,把动能变成热能,表现的很有韧性,所以防弹之类的表现比较好,油管经常拿枪打钛板。

    还有不好焊接等等问题,应该是高温容易产生氧化层的原因。

烧色

    同样的原因,烧灼可以产生漂亮的颜色。还有更高级的做法是阳极氧化,能产生更均匀更受控的颜色,就是需要的100V可调直流电源不太好找。

    试过用特斯拉线圈的电子火焰烧灼,温度极高但是非常集中,产生的花纹很特别。

    烧色却是是钛合金制品的一个重要的玩点。

实力

    ⽇常环境下,钛合⾦的特⾊(因为这算不上是优势,钢也有不锈钢标号,且铬钼钢经过喷涂也⼀样抗腐蚀),是在环境温度,或者说常温,极其出⾊的抗氧化抗腐蚀能⼒。

    ⽐如常⻅的64钛合⾦⻋架,可以⽤到拉丝,喷砂,亚抛光等⾦属表⾯⼯艺,不需要喷涂,因⽽会有⼀种特别吸引男性的⾦属质感。

    钛合⾦真正的实⼒,是表现在极端低温⽐钢好,极端⾼温⽐铝合⾦好。

    由于耐高低温、抗强酸碱、高强度、低密度等一系列资质,成为NASA同款火箭卫星专用材料,也被应用于我国的玉兔号、歼20、山东舰航母等超级项目。

    那些特殊标号的钛合⾦,⽇常也根本就买不起。那点产量都⽤在宇航和军⼯了,不可能给你拿来做锅。钛合⾦注定就跟我们的⽇常使⽤器物没啥关系,不可能⽐钢好使的。

钛贵

    相对于钢及钢合⾦来说,钛及钛合⾦最⼤的缺点是贵,太贵了。

    一米长2mm厚的钛管,120块。钛的价格是不锈钢的5-10倍。

    贵的原因在于钛的冶炼很⿇烦,加⼯及焊接都很困难。

    钛在常温下⾮常稳定,但液钛的性质却⾮常活泼,与绝⼤多数常⽤的坩埚和模具材质都会反应,因此只能⽤真空炉进⾏冶炼,极⼤的拉⾼了冶炼成本。

    以现在做的⼀个航空⽤钛合⾦件举例。该件形状较复杂,只能⽤蜡模精密铸造。钛矿⽯先要制备成四氯化钛,再在氩⽓环境中加镁制备成海绵钛。

    将海绵钛压制成锭,在真空电弧炉中进⾏冶炼,加相应⾦属成分后冶炼成钛锭,钛锭再到真空凝壳炉中进⼀步冶炼,最浇铸在蜡模中。最后等凉了敲碎蜡模,取出成品。

    这中间,3吨的真空电弧炉和凝壳炉都是好⼏百万的设备,蜡模做⼀个要半个⽉,成本⽐钛合⾦原料还贵,还是⼀次性⽤品。

    所以,除了航空和医⽤还有⼀些特种⾏业,我实在想不到⽤钛合⾦的理由。

    做的一些家具类用品比如杯子啊,锅啊什么的,基本都是商业噱头。

    做锅导热速度慢些,硬度不如不锈钢,贵。

    真的有专业需求的场合少之又少。

    关键是可以编故事,可以大幅度堆积附加值。

    说人话就是有题材,可以卖高价!

钛白

    就是二氧化钛,化学式为TiO2。二氧化钛在自然界有三种结晶形态:金红石型、锐钛型和板钛型。其中只有锐钛型晶体具有强的光催化性能。

    钛白粉(titanium dioxide),是一种重要的无机化工颜料,主要成分为二氧化钛。钛白粉的生产工艺有硫酸法和氯化法两种工艺路线。 在涂料、油墨、造纸、塑料橡胶、化纤、陶瓷等工业中有重要用途。

    光触媒,是以纳米级锐钛型二氧化钛溶液,通过专业的喷射施工技术喷涂在基材的表面,在光的照射下,会和空气的水分发生光催化反应,产出氧化分解能力极强的活性氧和自由氢氧基,当污染物接触其表面时候,通过这些离子的强氧化还原能力将其甲醛等有害物质分解掉,分解产物是二氧化碳和水。





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