雖然蘋果公司已經(jīng)在部分Apple Watch機(jī)型中使用了鈦材料，但到目前為止它還沒有被用于iPhone。摩根大通在一份新的投資者報(bào)告中稱，2022款iPhone（iPhone 14系列）中的高端機(jī)型（iPhone 14 Pro）預(yù)計(jì)將采用鈦合金機(jī)殼。聽起來(lái)很牛很貴的鈦合金是怎樣的材料，一起來(lái)看看吧~
01
簡(jiǎn)介
鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。
鈦合金是以鈦元素為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1668℃，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α-鈦；在882℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱為β-鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀蛊湎嘧儨囟燃敖M分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）。
02
鈦合金的分類
鈦合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類：①穩(wěn)定a相，提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為a穩(wěn)定元素，有鋁、鎂、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度，降低比重有明顯效果。②穩(wěn)定B相、降低相變溫度的元素為B穩(wěn)定元素。又可分同晶型和共析型二種，前者有鉬、鈮、釩等：后者有鉻、錳、銅、硅等。③對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。
a鈦合金
它是a相固熔體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是a相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)，在500°C~600°C的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。
B鈦合金
它是B相固熔體組成的單相合金，未熱處理卻具有較高的強(qiáng)度，淬火后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372~1666MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。
a＋B鈦合金
它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能能較好的進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%~100%；高溫強(qiáng)度高，可在400°C~500°C的溫度下長(zhǎng)期工作。其熱穩(wěn)定性次于a鈦合金。三種鈦合金中最常用的是a鈦合金和a＋B鈦合金；a鈦合金的切割加工件最好，a＋B鈦合金次之，B鈦合金最差。
鈦合金按照用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。
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鈦合金的特性
鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、導(dǎo)熱率低、無(wú)毒無(wú)磁、可焊接、生物相容性好、表面可裝飾性強(qiáng)等特性。
1、比強(qiáng)度高：鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60%，鈦合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強(qiáng)度高、韌性好、質(zhì)輕的零、部件、在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
2、熱強(qiáng)度高：使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度，可在450-500°C的溫度下長(zhǎng)期工作這兩類鈦合金在150°C-500°C范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度，而鋁合金在150°C時(shí)比強(qiáng)度明顯下降，鈦合金的工作溫度可達(dá)500°C，鋁合金則在200°C以下。
3、抗蝕性好：鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)，對(duì)堿，氯化物，氯的有機(jī)物品，硝酸，硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力，但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。
4、低溫性好：鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學(xué)性能，低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金，如TA7，在－253°C下還能保持一定的塑性，因此，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。
5、化學(xué)活性大：鈦的化學(xué)活性大，與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2%時(shí)，會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時(shí)，與N作用會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層；在600°C以上時(shí)，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會(huì)形成脆化層。鈦的化學(xué)親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生的黏附現(xiàn)象。
04
應(yīng)用領(lǐng)域
廣泛應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、電力、醫(yī)療、建筑、體育用品等領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。
航空航天領(lǐng)域
航空航天領(lǐng)域用鈦大國(guó)集中在西方國(guó)家，尤其是美國(guó)，60%的鈦材都應(yīng)用到這個(gè)領(lǐng)域。亞洲國(guó)家，日本和中國(guó)在此領(lǐng)域中鈦的投入量均在10%左右。但是近年來(lái)隨著亞洲航空航天的飛速發(fā)展，鈦在航空航天領(lǐng)域的消費(fèi)量將會(huì)隨之增長(zhǎng)。從全球角度來(lái)看，航空業(yè)對(duì)鈦市場(chǎng)起著決定性的作用，從歷史上看，鈦行業(yè)大的周期輪回都和航空業(yè)的冷暖密切相關(guān)。
汽車行業(yè)
降低燃油消耗、減少有害廢棄物（CO2、NOX 等）排放已經(jīng)成為汽車行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主要?jiǎng)恿头较蛑?。研究表明，輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)省燃料、減少污染的有效措施。2009年全球汽車用鈦量已達(dá)3000噸。鈦在賽車上的應(yīng)用已有許多年的歷史，日本汽車用鈦已超過600噸，隨著全球汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用鈦還在快速增加。
汽車使用鈦的優(yōu)點(diǎn)有：減輕重量，降低燃料消耗；改善動(dòng)力傳輸效果，降低噪音；減少振動(dòng)，減輕部件載荷；提高車的持久性及環(huán)境保護(hù)。
醫(yī)療行業(yè)
鈦在醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鈦與人體骨骼接近，對(duì)人體組織具有良好的生物相容性、無(wú)毒副作用。使用鈦及鈦合金的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：1 質(zhì)輕；2 彈性模量低；3無(wú)磁性；4 無(wú)毒性；5 抗腐蝕性；6 強(qiáng)度高、韌性好。外科植入物中的鈦合金用量正以每年5%-7%的速度增長(zhǎng)。
采用鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、頜骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴(kuò)張器、夾板、假體、緊固螺釘?shù)壬习俜N金屬件移植到人體中，取得良好效果，被醫(yī)學(xué)界給予了很高的評(píng)價(jià)。
日常生活
鈦在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，例如高爾夫球頭、自行車車架、網(wǎng)球拍、輪椅、眼鏡架等都會(huì)應(yīng)用到鈦。
鈦以其輕質(zhì)、強(qiáng)度高的特性在體育用品中的應(yīng)用，從最早的網(wǎng)球拍、羽毛球拍逐步擴(kuò)展到了高爾夫球頭、球桿以及賽車等。鈦合金做成的自行車車架也頗受歡迎，鈦輕質(zhì)的特點(diǎn)也應(yīng)用到眼鏡架中，而且鈦又不易與皮膚發(fā)生過敏，并且鈦表面經(jīng)陽(yáng)極處理可有絢麗色彩，因此從20世紀(jì)80年代初就開始應(yīng)用于鏡架中。
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鈦合金的3D打印
用3D打印技術(shù)制造的鈦合金零部件，強(qiáng)度非常高，尺寸精確，其機(jī)械性能優(yōu)于鍛造工藝。鈦合金因其良好的生物相容性及優(yōu)異的機(jī)械性能，最主要的應(yīng)用即為生物醫(yī)用材料、航空航天、精密儀器等。
中國(guó)“3D打印鈦合金組配式人工半骨盆假體”實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)的人工關(guān)節(jié)確保關(guān)節(jié)具有良好的耐磨界面，同時(shí)能夠很好地與骨組織進(jìn)行融合，提高人工關(guān)節(jié)的質(zhì)量和醫(yī)療水平。
3D打印3.07米高鈦合金材質(zhì)C919中央翼緣條。金屬3D打印出的蜂窩狀金屬結(jié)構(gòu)體，因良好的力學(xué)性能，輕量化、拓?fù)鋬?yōu)化的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于對(duì)材料要求極其嚴(yán)苛的航空航天航發(fā)領(lǐng)域。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鈦合金材料的應(yīng)用范圍將不僅僅局限于航空航天、國(guó)防和醫(yī)療衛(wèi)生方面，鈦合金3D打印技術(shù)也會(huì)不斷的完善和發(fā)展。
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