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钛合金在海洋产业中的应用状况

钛有很强的耐酸碱腐蚀能力,在海水中浸5年不锈蚀,钢铁在海水中则会腐蚀变质。用钛合金为船只制造外壳,海水无法腐蚀它,制成的潜艇,既能抗海水腐蚀,又能抗深层压力,其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时,钛无磁性,不会被水雷发现,具有很好的反监护作用。一般钢铁潜艇下潜超过300米就容易被水压压坏。钛潜艇下潜深度超过300米不但不会被压坏,还能有效地避开深水炸弹的攻击,显示了“钛潜艇”的独特魅力和优异性能。目前钛是深海领域舰船用材不可替代的材料。由此可见,舰船领域用钛将成为钛工业发展的新亮点。俄罗斯早在1968年便成功制造出全钛潜艇。30多年过去了,至今这艘全钛潜艇还在各大洋游弋。从20世纪60年代中期开始,俄罗斯先后生产了6~7艘双层高压壳“阿尔法”级全钛潜艇,每艘潜艇用钛达3000吨。“阿尔法”攻击潜艇由于采用了先进的钛合金为壳体材料,最大潜深高达900米。日本也是世界上较早从事钛材在舰船应用研究的国家,在民用游船、渔船应用方面积累了大量的经验。我国的蛟龙号已经实现了“敢下五洋捉鳖”的梦想,这里展现了金属钛的优异品质。钛金属在海洋工程中具有广泛的用途,特别适于做轻型海工装备,是海洋工程领域的新型关键材料之一,因此,充分利用海洋材料——钛及钛合金,将有助于国家海洋战略的发展。


钛适合海洋环境的特性

1. 密度小、强度高、比强度大钛的密度是4.51g/cm3,为钢的57%,钛比重不到铝的两倍,强度是铝3倍。钛的比强度是常用工业合金中最大的。高比强度可促进海工装备的小型化、轻量化,可增加潜艇的航速、浮力和机动性,增加深潜器的下潜深度和有效载荷,因此,钛是海洋工程必不可少的关键结构材料。

2. 耐蚀性能优异

钛是目前已知材料中抗常温海水腐蚀性能最好的材料,即使在污染的海水、热海水(低于120℃)、海泥、流动海水中均具有良好的耐蚀性。其优异的耐蚀性是由于它具有很好的自钝化性,当受到某种程度的破坏时,表面氧化膜或钝化膜可以很快自行修复和恢复。也就是说,在海洋中,钛几乎是不可腐蚀的,钛表面有一层附着力强而坚韧的氧化膜,故耐蚀性超过其他金属。

在抗腐蚀设备设计中,可大幅度减少承载结构件厚度方向的腐蚀裕量,大大节约建造材料;抗腐蚀设备可与主体进行同寿命设计,减少维护频次,大大降低维护费用,还可提升装备服役能力;钛制设备在海洋中使用时无需涂层保护,简化了制造工艺,缩短了工期,降低了制造成本。

3. 耐海水冲蚀腐蚀和气蚀

大部分材料都存在临界速度,超过此速度表面氧化膜就会被冲刷掉而使腐蚀加速发生。这种加速腐蚀就是冲蚀腐蚀。钛管路的耐冲刷腐蚀能力远高于铜及铜合金管,钛在海水里的临界速度大于27米/ 秒。多种冲蚀腐蚀试验表明钛耐这种腐蚀的能力非常强。钛允许采用较小的管径、较薄的管壁和较高的流速制造管路系统,实现设备小型化、轻量化。同时,耐气蚀实验表明,钛是最耐气蚀破坏的金属之一。

4. 绿色循环利用

钛金属制品在海洋环境中的使用寿命长,报废后经解体回炉,可加工成较低级别的钛合金材料使用,且其重量损失极少,回收率高。

5. 抗冲击性能高

钛及钛合金的抗冲击性能最佳,这有利于海工装备抵御海浪周期性冲击的能力,提高设备的安全可靠性。

6. 无磁

钛无磁性,非常适合用于必须将电磁波干扰减少到最小的地方。用于潜艇,可极大限度地降低潜艇的磁性物理场效应,从而减少其被反潜飞机磁探仪发现的可能;对于钛制船舶、舰艇可增加隐蔽性,避免受到磁性水雷的攻击。用于潜艇壳体,不会引起水雷的爆炸。同时,还有利于提高探测仪器及工具的抗磁干扰能力,保证信号的准确性。

7. 高透声系数

钛用做潜艇和航母的声呐导流罩材料,可提高设备的声呐探测灵敏度和探测距离,提高装备的效能与安全可靠性。

8. 优良的加工性能

钛金属机械加工性能好,可制成各种形状、各种规格的实用工程材料,包括钛板、钛棒、钛管、钛丝、钛带、钛箔、钛锻件、铸件、焊件等;绝大多数钛及其合金具有良好的可焊性,焊缝强度系数可达0.9 以上;钛金属焊后很少产生延迟裂纹,其设备一般无需焊后热处理,有利于船舶和海洋工程等大型工程装备的建造。


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