钛的金属学和热处理

纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K ，比钢高近500K。

钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。

液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。

钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。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。

钛具有"亲生物"'性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些"钛骨"上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。

钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实。

钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料,在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。

材质:典化钛，工业纯钛， α 型钛， β 型钛， α +β型钛

类型包括有钛丝、钛网、钛管、钛片、钛箔。

钛网:应用于一些仪器以及装置，起过滤作用。

钛丝:除了工业上的应用，高级钛丝还应用于一些植入和美容手术。

钛管:应用于工业、机械上。

钛片:应用于骨骼上的植入，外科接骨手术与生物植入公司。

钛箔:应用同上，钛箔是更薄的钛片，厚度在0.1mm以下。

钛在1791年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。原因在于:钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。

工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿(精矿)，发生下面的化学反应:

FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O

FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O

为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+ 还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO4·7H2O(绿矾)作为副产品结晶析出。

Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是:

Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

锻烧偏钛酸即制得二氧化钛:

H2TiO3 == TiO2+H2O

工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4，蒸气冷凝。

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-

在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛:

TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti

这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，最后制成各种钛材。