书城科普读物探索未知丛书-从小学科学03
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第42章 为什么钛被称为金属家族的后起之秀

过去,人们一直认为钛是稀有金属,其实它并不稀有。

自然界的钛,总爱和其他元素结为亲密的伙伴,尤其爱和氧元素交朋友,因此,钛以二氧化钛的身份存在于矿石中最为普遍。目前,含二氧化钛多的矿物,主要是钛铁矿和金红石。尤其是金红石中含二氧化钛最多,达90%以上。

钛在化学元素周期表中属第四周期,原子序数是22。

钛的抗腐蚀性极强。大家知道,如果把一块普通的钢铁放进强酸内,很快会被酸破坏得不成样子,不说是“烧”成全身伤疤,也要一层一层地剥皮。可是钛却不怕任何酸、碱、盐的腐蚀,即使是能化掉金子的王水,在钛面前也毫无办法。它的抗腐蚀能力,可与贵重的白金比美。钛之所以有如此高超的抗腐蚀能力,原因就在于它在强酸、强碱或盐的作用下,能迅速在表面生成一层致密而又牢固的氧化膜。这层氧化膜如同盔甲一样使钛变得刀枪不入,保护钛不再爱腐蚀。一旦氧化膜出了破露的地方,也会在氧元素的帮助下,迅速地修补好,使钛永远处于它的保护之下。

固体钛也是抗氧化的能手。在空气中氧的作用下,其表面会迅速生成一层致密的氧化膜,保护钛体不再被氧化。就是把它加热到500°C也不会和氧结合,只有加热到1250°C左右,才能与氧结合。

正因为钛有如此强的抗腐蚀和抗氧化能力,所以人们用钛及以钛为主体的合金制造耐腐蚀化工设备及各种机器零件。据科学家统计,每年因氧化和腐蚀损失的金属高达1亿吨以上,所报废的金属材料及设备,相当于金属产量的20~30%。为此,科学家们千方百计寻找能抗腐蚀、抗氧化的金属。自从钛金属投入使用以来,金属抗腐蚀的能力便有了转机。如以前用不锈钢板做的漂白“的确良”纺织品的漂白机顶多能用7年,现在用钛钢板制造的漂白机,经过上千年也不会被腐蚀坏。在制酸、碱、盐设备上使用的钛钢材料,经多年使用仍然完好无损。海水能腐蚀多种金属,但对钛却一筹莫展,所以,人们把钛及其合金用作造船工业重要的结构材料。

钛质硬而轻,有极为特殊的温度适应性。通常,铝在150°C、不锈钢在310°C就会丧失抵抗外力能能力,而钛在500°C以上,抵抗外力的能力也毫不减弱。常用的钢、铁、铜等金属在低温下会丧失应有的韧性,抗拉的能力也大大下降,可是钛在-100°C的条件下,仍具备常温下的机械性能,即使在-250°C的条件下,它仍能保持良好的抗冲击、抗压、抗拉和抗震的能力,而且温度越低,它的强度越大。钛的这些优点使钛及其合金在航空、航天及导弹工业等方面大显身手。用钛及其合金取代导弹、火箭、飞机、飞船和卫星上的钢材,不但能减轻它们的自重,更主要的是提高了它们的强度和耐用的程度。

钛金属及其合金在现代科技领域做出了卓越的贡献,可是在1947年全世界的钛产量只有2吨。不过,随着时间的推移,钛的身价越来越高,应用领域不断扩大,到1955年,全世界钛的产量就达1万吨。1979年至1980年间,仅日、美、英三国,钛的产量就高达81200吨。目前,钛已成为举世瞩目的新兴金属,广泛应用于各个技术领域,成为金属家族的后起之秀。