不稀有的稀有金属

百年百篇经典科普[电子书]

在飞机制造业上使用钛有什么好处呢?大家知道,飞机发动机每减轻1公斤的重量,可以使飞机的机身重量相应减轻4—10公斤。比如在一个具有四个发动机的大型运输机上,用钛代替钢来制造发动机,可以减轻重量600公斤,这就可以使机身减轻将近5吨,这样就可多乘乘客100多名,或者多载这么多重量的燃料。由于在飞机上,使用钛后收到了很大的效果,飞机上使用钛量在大幅度地增长,如〧-4型鬼怪式战斗机,用钛1.6吨,而F-14型战斗机用钛17.6吨。民航客机波音707每架用钛4吨,而波音747每架用钛多达36吨。从发展趋势来看,钛在飞机上的应用,必然还会有大的发展。

另外,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了。那用什么材料来制造这种超音速飞机呢?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,就不可能发展2.5倍音速以上的超音速飞机。

下面再来介绍一下钛在宇宙航行方面的应用。所谓宇宙航行,就是指火箭、人造卫星和宇宙飞船等等,大家知道,在宇宙航行上,飞行速度比飞机更要快得多,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摄氏540—650度。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。因为钛合金在-253℃—500℃范围内都具有高的强度,并且可以长期使用。如果工作时间短的话,还可以在摄氏1000度的高温下使用。此外在超低温的条件下,钛合金的强度不但不降低,反而还增高了,并且仍保持良好的塑性和韧性。正因为钛具有这些优异的性能,所以从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。比如用钛代替不锈钢制造压力容器,可以使它的重量减轻30%以上。每个飞行器上都要用好多个压力容器,用来装载各种燃料、氧化剂和增压剂。比如,在阿波罗宇宙飞船以及它的运载火箭上,一共使用了40多个钛制的压力容器。又比如在一个三级火箭中,第一级火箭每减轻1公斤重量,可以使发射总重量减轻5公斤,而二、三级火箭每减轻1公斤,可以使发射总重量分别减轻8公斤和30公斤到100公斤。从技术效果来看,重量的减轻,可以提高火箭和导弹的发射能力。远程导弹每减轻1公斤重量,可以增加7.7公里射程,如果末级火箭每减轻1公斤,射程可以增加15公里以上。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。

下面介绍一下钛在航海舰艇上的应用。上面已经谈过,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。目前在海军舰艇上已经使用或准备使用钛材的有:快艇、水翼艇、扫雷艇、深潜器潜水艇的壳体、推进器和推进轴;还有它们跟海水接触的管道、阀门和热交换器等。如苏联已建造成全钛外壳的核潜艇,下潜深度提高了一倍,每艘潜艇用钛量达3000吨之多。

钛在耐腐蚀方面的应用。钛作为耐腐蚀材料,近年来有了很大进展,受到国内外的重视。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,使用钛后究竟有什么好处呢?我们举一个例子来说明:的确良又叫涤纶,本色有点发黄。要想使它变成白色,这就需要进行漂白处理。用来做漂白物质的叫亚氯酸钠。这种东西腐蚀性很强。过去是用不锈钢作漂白机,可以抗漂白剂的腐蚀,同时被腐蚀下来的铁离子又影响的确良的颜色。但有人作过试验,用不锈钢做漂白机,每年要腐蚀掉0.3毫米,这就是说,2毫米厚的不锈钢板用7年就被腐蚀光了,而采用钛做的漂白机,每年只被腐蚀掉千分之二毫米,也就是说,同样是2毫米厚,而钛制的用一千年以后,才被腐蚀光。由此可以得出这样的结论:钛的耐腐蚀能力比不锈钢高150倍。

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