鈦合金有哪些？種類、特性與應用指南

鈦合金有哪些？鈦合金種類繁多，應用廣泛，涵蓋航空航天、醫療器械等領域。常見的鈦合金包括Ti-6Al-4V (TC4)、64鈦、Ti-5Al-2.5Sn (TA7) 和工業純鈦 (TA1，TA2 和 TA3)，這些合金各有其優點，滿足不同需求。地球上擁有豐富的鈦資源，其儲量僅次於鋁、鐵、鎂，未來鈦合金的發展潛力巨大，值得關注。

可以參考 鈦合金手鍊怎麼保養？必學保養秘訣，讓手鍊亮麗如新

鈦合金的種類與特性

鈦合金是一種具有優異性能的金屬材料，其高強度、耐腐蝕性、耐高溫性和低密度等優點使其在航空航天、醫療器械、化工設備、海洋工程、電子器件等領域得到廣泛應用。鈦合金的發展始於20世紀50年代，當時蘇聯率先將鈦用於軍事及潛艇用途，隨後鈦合金迅速應用於航空航天領域，尤其是高性能噴射機的製造。如今，鈦工業以每年約8%的增長速度發展，全球鈦合金加工材料年產量已達4萬多噸，鈦合金種類也近30種。其中，最常用的鈦合金包括Ti-6Al-4V (TC4)、64鈦、Ti-5Al-2.5Sn (TA7)和工業純鈦 (TA1，TA2和TA3)。

鈦元素在地球上的儲量相當豐富，全球鈦鐵礦儲量約14億噸，金紅石儲量約1億噸，僅次於鋁、鐵、鎂，排名第四。這意味著鈦合金的生產具有可持續性，並能滿足未來不斷增長的市場需求。不同種類的鈦合金具有不同的特性和應用範圍，例如Ti-6Al-4V (TC4)是目前應用最廣泛的鈦合金，具有高強度、耐腐蝕性和良好的加工性能，常用于製造飛機發動機、醫療器械和航空航天部件。64鈦則具有更高的強度和耐腐蝕性，適用於製造高性能的航空航天部件和醫療器械。Ti-5Al-2.5Sn (TA7)是一種低密度、高強度的鈦合金，常用於製造航空航天部件和運動器材。工業純鈦 (TA1，TA2和TA3)則具有良好的耐腐蝕性和生物相容性，常用於製造化工設備、醫療器械和食品加工設備。

了解不同種類的鈦合金的特性和應用範圍，對於選擇適合的鈦合金材料至關重要。在下一章節中，我們將深入探討不同種類的鈦合金的特性和優勢，以及它們在不同領域的應用案例。

什麼是耐熱鈦合金？

耐熱鈦合金，又稱高溫鈦合金 (high temperature titanium alloy)，是指在400～600℃溫度範圍內仍能保持較高強度的鈦合金。 這種合金在航空航天、能源、化工等領域有著廣泛的應用，主要原因在於其優異的性能，例如高強度、高耐熱性、高抗腐蝕性和低密度。 根據組織結構，耐熱鈦合金主要分為兩種類型：α+β 型和近 α 型。

• α+β 型鈦合金：這種鈦合金的組織結構中同時存在 α 相和 β 相，其中 α 相具有較高的強度和硬度，而 β 相則具有較好的韌性和可加工性。 α+β 型鈦合金的強度和韌性兼具，因此在航空航天領域應用廣泛，例如製造飛機發動機葉片、渦輪盤等。
• 近 α 型鈦合金：這種鈦合金的組織結構中主要以 α 相為主，並含有少量 β 相。 近 α 型鈦合金的耐熱性較高，但強度和韌性略低於 α+β 型鈦合金。 這種合金通常用於製造高溫管道、化工設備等。

典型馬氏體型 α+β 型鈦合金，例如 Ti-6Al-4V，是一種廣泛應用的耐熱鈦合金，具有優異的強度、韌性和耐腐蝕性，在航空航天、醫療器械等領域有著廣泛的應用。

鈦合金有哪些?. Photos provided by unsplash

鈦合金的種類

鈦合金種類繁多，每種合金都具有獨特的特性和應用。以下列舉幾種常見的鈦合金及其特點：

Ti-6Al-4V ELI合金: 這是最常見的鈦合金，其具有高強度、優異的耐腐蝕性和良好的成形性。它廣泛應用於航空航天、醫療器械、化學工業等領域。ELI代表「極低間隙」，表示這種合金具有極低的雜質含量，因此具有更高的強度和韌性。
碳鈦合金 (Carbotanium): 這種合金是將碳纖維增強聚合物與鈦合金結合而成，它兼具鈦合金的高強度和碳纖維的輕質特性。碳鈦合金在航空航天、汽車和運動器材等領域具有廣泛的應用前景。
鈦鋁合金: 這種合金具有高強度、低密度和良好的耐熱性。它在航空航天、汽車和電子產品等領域具有潛在的應用價值。
其他鈦合金: 除了上述常見的鈦合金外，還有許多其他種類的鈦合金，例如Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-17、Ti-13V-11Cr-3Al等。這些合金的特性和應用各有不同，需要根據具體的應用需求進行選擇。

除了上述幾種常見的鈦合金外，還有許多其他種類的鈦合金，例如Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-17、Ti-13V-11Cr-3Al等。這些合金的特性和應用各有不同，需要根據具體的應用需求進行選擇。

鈦合金的研究和開發仍在不斷進行，新的合金種類和應用不斷湧現。未來，鈦合金將在更多領域發揮重要作用，為人類社會帶來更大的福祉。

鈦的稀有性與取得

雖然鈦被認為是一種稀有金屬，但事實上它在地球上的豐度並不低。 鈦在所有元素中排名第十，僅次於鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、矽、氧和氫。[5] 然而，鈦的礦石，例如鈦鐵礦和金紅石，通常分散在不同的地殼和岩石圈中，並不容易提取。[5] 因此，鈦的生產過程相對複雜，需要經過多個步驟才能從礦石中提取出純鈦金屬。[7] 鈦的提取主要使用克羅爾法或亨特法。[7] 克羅爾法是目前最常用的方法，它將鈦鐵礦與氯氣和碳反應，生成四氯化鈦 (TiCl₄) 氣體，然後再用鎂或鈉還原四氯化鈦，得到純鈦金屬。[7] 亨特法則使用金紅石，通過電解熔融的氧化物來提取鈦金屬。[7]

除了金屬鈦之外，鈦的化合物也廣泛應用於各種領域。最常見的化合物是二氧化鈦 (TiO₂)，它是一種白色顏料，被廣泛用於塗料、油漆、塑料、紙張和食品添加劑等。[8] 其他重要的鈦化合物包括四氯化鈦 (TiCl₄)，它可用作催化劑，並用於製造煙幕或空中文字。[6] 三氯化鈦 (TiCl₃) 則用於催化聚丙烯的生產。[6] 這些化合物在工業生產中扮演著重要的角色，顯示了鈦的多樣性和重要性。

鈦金屬的優缺點

鈦金屬擁有許多優良特性，使其成為各個領域的理想材料，但同時也存在一些缺點，需要在應用時加以考量。以下將深入探討鈦金屬的優缺點：

優點：

• 抗腐蝕性：鈦金屬的抗腐蝕性幾乎與鉑金相當，不受稀硫酸、稀鹽酸、氯氣、氯溶液及大部分有機酸的腐蝕，使其成為化學工業、海洋工程等領域的理想材料。例如，在海水環境中，鈦金屬可以抵抗海水的腐蝕，延長設備的使用壽命，因此被廣泛應用於船舶、海洋平台等領域。
• 高強度與低密度：鈦金屬強度高，但密度低，使其成為航空航天、汽車、運動器材等領域的理想材料。例如，鈦合金被用於製造飛機機身、引擎零件、賽車零件等，可以減輕重量，提高效率。
• 耐高溫與低溫：鈦金屬在高溫和低溫環境下都具有良好的穩定性，使其成為航空航天、軍事裝備等領域的理想材料。例如，鈦合金被用於製造火箭發動機、導彈外殼等，可以承受高溫和極端環境的考驗。
• 生物相容性：鈦金屬具有良好的生物相容性，可安全地植入人體，使其成為醫療器械、人工骨骼等領域的理想材料。例如，鈦合金被用於製造人工關節、牙齒矯正器、骨骼固定器等，可以與人體組織良好融合，減少排異反應。
• 低熱傳導率：鈦金屬的熱傳導率低，在低溫環境中可以有效地保持熱量，因此被廣泛應用於低溫設備、冷凍設備等領域。
• 無磁性：鈦金屬無磁性，在需要避免磁場干擾的領域，例如航空航天、醫療設備等，具有獨特的優勢。

缺點：

• 成本高：鈦金屬的生產成本較高，使其應用受到一定的限制。
• 加工難度：鈦金屬的加工難度較大，需要特殊的技術和設備。
• 易燃性：鈦金屬在高溫環境下容易燃燒，需要特別注意安全問題。

儘管鈦金屬存在一些缺點，但其優良的特性使其在各個領域都有廣泛的應用，相信隨著科技的進步，鈦金屬的生產成本和加工難度會逐漸降低，其應用範圍也會更加廣泛。

可以參考 鈦合金有哪些?

鈦合金有哪些?結論

鈦合金有哪些？ 我們探討了常見的鈦合金種類，包括Ti-6Al-4V (TC4)、64鈦、Ti-5Al-2.5Sn (TA7) 和工業純鈦 (TA1，TA2 和 TA3)，並了解了它們的優點和缺點，以及在航空航天、醫療器械、化工設備等不同領域的應用。從文章中我們可以看出，鈦合金種類繁多，每種合金都有其獨特的特性和應用，適合不同的需求。隨著科技不斷發展，鈦合金的應用範圍將會更加廣泛，在更多領域發揮重要作用。

如果您想了解更多關於鈦合金的資訊，請隨時聯繫我們。我們會盡力為您提供更多專業的資訊和建議。

鈦合金有哪些? 常見問題快速FAQ

1. 鈦合金的種類這麼多，該如何選擇呢？

選擇鈦合金需要根據具體的應用需求進行考量。例如，如果需要高強度和耐腐蝕性，可以選擇 Ti-6Al-4V (TC4)；如果需要更高的強度和耐腐蝕性，可以選擇 64 鈦；如果需要低密度和高強度，可以選擇 Ti-5Al-2.5Sn (TA7)；如果需要良好的耐腐蝕性和生物相容性，可以選擇工業純鈦 (TA1，TA2 和 TA3)。建議諮詢材料專家，根據您的實際需求選擇最合適的鈦合金。

2. 鈦合金的加工難度高嗎？

鈦合金的加工難度確實較高，因為它具有高熔點、高強度和高活性等特性。加工鈦合金需要特殊的技術和設備，例如高溫加工設備、特殊刀具等。由於加工難度高，鈦合金的成本也相對較高。但隨著科技的發展，鈦合金的加工技術不斷進步，加工難度也逐漸降低。

3. 鈦合金的應用前景如何？

鈦合金的應用前景非常廣闊，其優良的性能使其在航空航天、醫療器械、化工設備、海洋工程、電子器件等領域都有廣泛的應用。隨著科技的進步，鈦合金的性能和應用範圍不斷擴展，未來將在更多領域發揮重要作用，為人類社會帶來更大的福祉。