鈦金屬化學(xué)元素，外觀呈銀白色，有金屬光澤，它的重量輕、強(qiáng)度高，能耐濕氯腐蝕。1971年，英國(guó)化學(xué)愛(ài)好者格雷戈?duì)柺状卧诘V物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了鈦。鈦的天然礦石主要為分布于地殼和巖石圈的鈦鐵礦和金紅石。鈦在自然界的蘊(yùn)藏量比較豐富，在各要素中的儲(chǔ)量排名第十。但它被普遍認(rèn)為是一種稀有金屬，起源于它分散存在在自然界中，不易被提煉出來(lái)，使用克羅爾法或亨特法可從主要礦石中萃取出鈦[1]。

1 、鈦資源分布情況

全球范圍內(nèi)，鈦礦資源儲(chǔ)量較為集中，且分布不均。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)計(jì)資料顯示，2022年全球鈦礦產(chǎn)量和資源儲(chǔ)量，中國(guó)仍然是鈦精礦的主要生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，占世界鈦鐵礦產(chǎn)量的1/3以上。莫桑比克和南非則是鈦精礦的主要生產(chǎn)國(guó)。鈦資源在我國(guó)分布廣泛，但儲(chǔ)量集中，主要集中在四川攀西、河北承德等幾個(gè)區(qū)域。中國(guó)的鈦礦品位較低，總體質(zhì)量不太理想。中國(guó)的鈦精礦進(jìn)口量約為340萬(wàn)噸（毛重），比2021年下降10%，其主要來(lái)源是莫桑比克（47%）、肯尼亞（9%）和越南。在俄羅斯和烏克蘭之間爆發(fā)沖突后，歐洲和美國(guó)的主要航空航天鈦消費(fèi)企業(yè)正在尋求替代供應(yīng)來(lái)源。在沖突之前，烏克蘭是俄羅斯鈦金屬行業(yè)主要的鈦精礦供應(yīng)地。據(jù)悉，澳大利亞、巴西、加拿大、中國(guó)、芬蘭正在開(kāi)發(fā)重礦物砂的勘探項(xiàng)目。

2022年世界海綿鈦金屬產(chǎn)量約為26萬(wàn)噸，比2021年增長(zhǎng)8.3%。2022年度，我國(guó)海綿鈦產(chǎn)量約為17萬(wàn)～17.5萬(wàn)噸，比2021年大幅增長(zhǎng)。但優(yōu)質(zhì)鈦資源仍依賴進(jìn)口，我國(guó)海綿鈦凈進(jìn)口量在2022年約為1萬(wàn)噸，海綿鈦表觀消費(fèi)量在18萬(wàn)噸。隨著我國(guó)高端制造業(yè)的迅猛發(fā)展，優(yōu)質(zhì)鈦資源的消費(fèi)需求將大大增加，中國(guó)海綿鈦產(chǎn)量和消費(fèi)量占全球比重有望達(dá)到66%和69%。

2021年及2022年全球鈦礦產(chǎn)量見(jiàn)表1，2022年全球鈦資源儲(chǔ)量見(jiàn)表2，世界海綿鈦金屬產(chǎn)量見(jiàn)表3。

2 、鈦材料的應(yīng)用情況

從發(fā)現(xiàn)鈦元素到制作純品，經(jīng)歷了一百多年的時(shí)間。而20世紀(jì)40年代之后，人類(lèi)才真正認(rèn)識(shí)鈦、利用鈦。全球鈦業(yè)可以簡(jiǎn)單分為兩條，一條是將鈦礦作為原料生產(chǎn)鈦白粉，為化工領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈；另一條是利用海綿鈦制作鈦材料，為有色金屬領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈。目前鈦礦的終端產(chǎn)品絕大部分應(yīng)用在高端領(lǐng)域，如航天軍工、石油化工、船舶海洋工程、醫(yī)藥等，在中國(guó)高端制造業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，隨著鈦材產(chǎn)能的攀升，相應(yīng)鈦材的價(jià)格有望下降。與此同時(shí)，我國(guó)鈦材的應(yīng)用也在不斷探索和拓寬，隨著深加工工藝的不斷完善與成熟，鈦礦的終端產(chǎn)品還被應(yīng)用到了建筑材料、汽車(chē)工程、休閑體育生活用品及其他方面，以下對(duì)鈦材的各種應(yīng)用情況進(jìn)行逐一說(shuō)明。

2.1 航空航天軍工領(lǐng)域

由于鈦合金及其復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度高、耐低溫并且具有比較好的抗腐蝕性能。隨著需求的增長(zhǎng)、產(chǎn)能的攀升，其應(yīng)用也得到了很大程度的拓寬，發(fā)揮了更大的作用，航天業(yè)成為其第一大用戶。美國(guó)航天航空領(lǐng)域的鈦材用量，在總量中所占比重高達(dá)60%以上。在美國(guó)戰(zhàn)機(jī)更新?lián)Q代中，鈦合金和復(fù)合材料的使用比例不斷提高，第五代戰(zhàn)機(jī)F-35的鈦金用量達(dá)到27%，而F-22戰(zhàn)機(jī)的鈦金用量則高達(dá)41%。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的葉輪、碟片、葉片、機(jī)匣、燃燒室筒體、尾噴管等，都是以鈦合金為原料的[2]。

徐全斌等[3]通過(guò)梳理分析國(guó)外航空航天領(lǐng)域鈦及鈦合金牌號(hào)及應(yīng)用，闡明了鈦合金的幾種類(lèi)型和發(fā)展使用方向。制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用高溫鈦合金，并且高溫鈦鋁合金未來(lái)有望成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)件材料。低溫鈦合金、高強(qiáng)高韌茁型鈦合金、阻燃鈦合金和損傷容限型鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，代表了航空航天高性能鈦合金材料的發(fā)展方向。而高強(qiáng)高韌茁型鈦合金，主要用于飛機(jī)起落架等強(qiáng)度要求較高的結(jié)構(gòu)件，也可用于機(jī)身等。阻燃鈦合金因其在室溫和高溫中強(qiáng)度較高，疲勞強(qiáng)度和冷成形性極佳，蠕變強(qiáng)度良好，在高壓壓氣機(jī)的機(jī)匣、導(dǎo)向葉片和矢量尾噴管上成功應(yīng)用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)。損傷容限鈦合金在美國(guó)F-22 戰(zhàn)斗機(jī)得到大量應(yīng)用，可滿足新型飛機(jī)對(duì)裂紋擴(kuò)展性能、材料比強(qiáng)度、斷裂韌性、壽命期成本等綜合要求。

2.2 石油化工領(lǐng)域

我國(guó)的石油化工行業(yè)對(duì)于鈦的應(yīng)用，相較于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，但也在摸索中不斷發(fā)展。由于鈦的優(yōu)異性能，在石油化工行業(yè)中發(fā)展空間仍然廣闊。鈦在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用，主要有兩個(gè)大的方向，一是制作鈦納米涂料，鈦納米涂料有著優(yōu)異的抗?jié)B透性、抗腐蝕性、耐溫性、耐水性、抗垢性能，可以用于石油化工需要防腐蝕的相關(guān)領(lǐng)域，例如原油蒸餾、加氫脫硫、溶劑萃取、催化、裂化等防腐蝕要求高的場(chǎng)合；二是制作相應(yīng)專(zhuān)用設(shè)備，鈦材質(zhì)做的管道，因其管壁薄液體的浸潤(rùn)性小可作為換熱管使用，蒸汽以滴狀冷凝的形式凝結(jié)在其表面，這樣的冷凝方式使換熱表面不斷更新，大大增加其給熱系數(shù)。此外，污垢不易沉積在鈦管表面，在實(shí)際應(yīng)用中還可明顯降低污垢系數(shù)。鈦材因其性能優(yōu)異，在石油開(kāi)采行業(yè)中也大量應(yīng)用于油井管、鈦合金鉆桿和鋼制鉆頭的制造。

苗剛等[4]研究了熱交換器管板自動(dòng)TIG焊接工裝不適用于鈦和管板和熱交換管的焊接，焊接工裝經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，可提高焊接質(zhì)量和焊接效率。石化行業(yè)的壓力容器中也可見(jiàn)到鈦材的應(yīng)用，王娜等[5]對(duì)鈦制壓力容器的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)探析，探討了殼體增設(shè)加強(qiáng)圈和采用高強(qiáng)度材料增加壁厚的優(yōu)劣，確定增設(shè)加強(qiáng)圈比提高材料彈性模量更可以提高筒體臨界壓力值，節(jié)省材料，鈦材屬于較為貴重的有色金屬，壁厚圓筒會(huì)屈服失效，提高材料屈服應(yīng)力可節(jié)省成本。

2.3 船舶艦艇和海洋工程領(lǐng)域

在艦船制造或建造海洋工程裝備時(shí)，需要多種多樣的特殊金屬材料，而這其中必不可少的一項(xiàng)就是鈦及鈦合金。鈦及鈦合金在塑性成形和加工方面表現(xiàn)出良好的性能，應(yīng)用價(jià)值高，在實(shí)際應(yīng)用中具備優(yōu)異的防腐蝕性能、高比強(qiáng)度和良好的抗沖擊性。在鈦以及鈦合金系列中，僅工業(yè)純鈦延伸率大于30%，易于加工成型，通常波紋管選用工業(yè)純鈦制造。此外，羅登等[6]對(duì)EH36船板鋼中夾雜物和組織特征的影響進(jìn)行了鈦處理研究，焊接熱模擬后粗晶熱影響區(qū)組織顯示鈦處理后，原奧氏體晶界鐵素體條鐵素體消失，出現(xiàn)大量針狀鐵素體，含鈦夾雜物可誘導(dǎo)針狀鐵素體，-40 ℃沖擊功約提高70 J。

鈦及其合金在海洋工程中的另一大主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楹Ｋこ蘙7]。海水淡化方法目前應(yīng)用最廣泛的是低溫多效精餾、多級(jí)閃蒸和反滲透技術(shù)。反滲透海水淡化產(chǎn)量，在世界海水淡化生產(chǎn)總量中所占比重最高。經(jīng)研究，對(duì)比鈦材和雙相不銹鋼在反滲透中的應(yīng)用，鈦材密度較低，大約是雙相不銹鋼的二分之一。因此，如果使用同樣規(guī)格的鈦材料，其質(zhì)量只有雙相不銹鋼的一半，在相似的成本代價(jià)下，使用鈦材作為替代品，卻能獲得更加優(yōu)良的耐腐蝕性。Yang等[8]采用飛秒激光技術(shù)加工泡沫鈦，設(shè)計(jì)了高效太陽(yáng)能蒸發(fā)器在海水淡化方面的應(yīng)用。激光加工的泡沫鈦顯示出高效太陽(yáng)能吸收效率，且具備Janus性質(zhì)。該太陽(yáng)能蒸發(fā)裝置由激光處理得到的泡沫鈦、熱絕緣棉和聚氨酯海綿組成，經(jīng)過(guò)處理的鈦泡沫具有超強(qiáng)的光熱效應(yīng)（＞97%）以及Janus能力。同時(shí)，超疏氣性能使水蒸氣迅速逸出表面。隔熱棉與泡沫鈦下表面緊密相連，能夠有效地減輕熱耗散，而預(yù)濕的聚氨酯海綿能夠利用泡沫鈦的Janus能力確保對(duì)泡沫鈦的供水，從而展現(xiàn)出較好的太陽(yáng)能海水淡化性能。

2.4 生物醫(yī)療

生物醫(yī)療領(lǐng)域鈦合金用量每年以5%～7%的速度遞增。原因在于，鈦材無(wú)磁無(wú)毒，彈性模量低，與人體組織和血液相容性好，在醫(yī)學(xué)上可以植入鈦元素，是人體最親的金屬。其在生物醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用，一是主要作為制造多種可植入人體內(nèi)的金屬件，例如人體骨骼、關(guān)節(jié)等，更接近人體自然骨骼，利于接骨，并且可以降低骨骼對(duì)于植入異物的盈利屏蔽效應(yīng)。而且因其質(zhì)量低，可大大減輕人體的負(fù)荷。秦升等[9]分析了其在骨科的研究應(yīng)用情況，通過(guò)物理或化學(xué)方法，使鈦及鈦合金等內(nèi)植物表面發(fā)生改性，以利于巨噬細(xì)胞趨化及極化，可能達(dá)到預(yù)防或治療感染、促進(jìn)骨折愈合的效果。

另一主要應(yīng)用是，作為一種生物惰性金屬材料，鈦及其合金浸泡在人體血液中，有著優(yōu)異的抗腐蝕性能。血液與細(xì)胞組織相容性較好，長(zhǎng)期植入人體不易產(chǎn)生人體污染，常見(jiàn)過(guò)敏反應(yīng)也不容易出現(xiàn)。郝冬梅[10]研究了鈦植入體表面制備了C-TiO2NR和G-TiO2NR兩種復(fù)合涂層，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該材料均表現(xiàn)出優(yōu)異的體內(nèi)外抗菌活性以及良好的生物相容性。

2.5 體育器械

雖然鈦材產(chǎn)能不斷攀升，但由于其價(jià)格昂貴，并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的普及。如今，隨著我國(guó)主要鈦材生產(chǎn)企業(yè)的改擴(kuò)產(chǎn)升級(jí)完成，以及對(duì)相關(guān)中小微企業(yè)的產(chǎn)業(yè)集群化帶動(dòng)作用，全產(chǎn)業(yè)鏈的原料規(guī)模優(yōu)勢(shì)和技術(shù)升級(jí)優(yōu)勢(shì)疊加，鈦材料的價(jià)格有望下拉，以促進(jìn)其應(yīng)用的推廣普及。早期，鈦材在體育器械領(lǐng)域主要用于高端體育項(xiàng)目產(chǎn)品，例如不等重鍛造鈦制高爾夫球頭，橄欖球鈦面罩等。據(jù)悉，英國(guó)某公司制作的鈦材面罩由涂有乙烯樹(shù)脂的鈦絲制成，將其質(zhì)量減少到普通鋼制面罩的二分之一，約226 g。但該面罩仍然顯示出了優(yōu)異的強(qiáng)度和耐久性。在我國(guó)，亦有大量的科研工作者進(jìn)行鈦材在該領(lǐng)域的研究，旨在指導(dǎo)、拓寬和加深鈦組織材料在體育器械領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。潘劍勇[11]開(kāi)展了體育器材用純鈦組織材料耐腐蝕性分析研究，結(jié)果顯示，提高體育器材用純鈦組織材料耐腐蝕性能的最佳溫度和時(shí)間（酸性和中性環(huán)境）為700 ℃和300～500 min。

2.6 汽車(chē)行業(yè)

近年來(lái)，鈦材在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用，不但在軍用車(chē)領(lǐng)域取得了進(jìn)步，也逐步擴(kuò)大到了豪華車(chē)、賽車(chē)和跑車(chē)等量產(chǎn)車(chē)領(lǐng)域。其在汽車(chē)領(lǐng)域主要應(yīng)用于提升內(nèi)燃機(jī)主要零件的質(zhì)量、制作鈦電池以及實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化目標(biāo)。鈦材主要用來(lái)制造鈦合金連桿、鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)和氣門(mén)座、鈦合金彈簧、排氣系統(tǒng)和消音器、車(chē)體框架部分等。因其材質(zhì)性能優(yōu)良，可延長(zhǎng)汽車(chē)零件的使用壽命，并可起到減重、節(jié)能、減震、耐腐、減污的作用，提高汽車(chē)的可靠性、安全性和舒適性，是一種理想的輕量化的材料。鈦電池在北京的公交車(chē)上大量應(yīng)用，目前保有數(shù)量已經(jīng)突破8 000輛。王正等[12]研究了高溫條件下車(chē)用鈦鋁合金增壓渦輪葉片的持久壽命，得到了鈦鋁合金增壓器渦輪高溫持久壽命同應(yīng)力與溫度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，可對(duì)鈦鋁合金渦輪潛在的葉片高溫持久斷裂失效模式開(kāi)展壽命預(yù)測(cè)。未來(lái)，汽車(chē)行業(yè)使用鈦材料的潛力巨大，其會(huì)在汽車(chē)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。

2.7 建筑行業(yè)

現(xiàn)在，隨著時(shí)代的深入發(fā)展，僅僅結(jié)實(shí)耐用已經(jīng)不能滿足大眾日℃提高的審美需求和工程結(jié)構(gòu)建筑要求。傳統(tǒng)的建筑金屬材料通常為金屬銅、鋼板、鋁材、彩鋼、不銹鋼等，但這幾種材料各有優(yōu)缺點(diǎn)。銅材使用效果美觀高檔，但其造價(jià)昂貴，在實(shí)際使用中代價(jià)太大。而其他價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力的材質(zhì)，因其重量、耐久性等在實(shí)際應(yīng)用中有相應(yīng)的局限性。鈦及其合金作為新興建材，具備多種優(yōu)異性能，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)其應(yīng)用更多更廣。日本建筑企業(yè)將其用來(lái)建設(shè)高檔建筑的外墻壁、幕墻、棚頂、海底隧道、港灣設(shè)施、欄桿管道、紀(jì)念碑等。近年來(lái)在中國(guó)，有越來(lái)越多的建筑采用了鈦金屬材料，比如國(guó)家大劇：、杭州大劇：、大連圣亞極地世界、上海馬戲雜技場(chǎng)屋頂和杭州臨平東來(lái)閣等。

此外，還有很多現(xiàn)代化雕塑運(yùn)用了鈦金屬材料，如河北邢臺(tái)市中心廣場(chǎng)的鈦雕塑《乾坤球》，陜西寶雞市濱河公園的鈦雕塑《海豚與人》，陜西寶雞市步行街的鈦雕塑《雄雞報(bào)曉》等。在科研領(lǐng)域，牟永來(lái)等[13]運(yùn)用異型鈦金板材幕墻，在舊建筑外皮外加鋼龍骨主體，再在鋼龍骨外做新外皮，改造增加的新表皮為淡香檳色金屬板———鈦金板金色鈦金板與乳白色亞克力燈帶搭配，形成流暢的造型和莊重大方的效果。而裴健等[14]在京張高速鐵路崇禮支線太子城站站房屋面在鐵路站房工程首次采用鈦鋅板。該站房屋面采用雙曲落地的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)形式，選用富有現(xiàn)代建筑風(fēng)格的鈦鋅板材料，是國(guó)內(nèi)高速鐵路客運(yùn)站的首例實(shí)踐，填補(bǔ)了中國(guó)鐵路站房工程施工工藝的空白。楊明等[15]試驗(yàn)研究結(jié)果顯示Fe-Si-Mn-C 建筑高強(qiáng)鋼中添加合金元素鈦，有助于細(xì)化內(nèi)部組織，提高試驗(yàn)鋼的耐腐蝕性能。與不添加合金元素鈦相比，添加0.06% 合金元素鈦含量時(shí)，試驗(yàn)鋼的腐蝕電位正移91 mV，磨損體積減小9×10^-3 mm3，耐腐蝕性能和耐磨損性能顯著提高。

2.8 生活用品

在十四五規(guī)劃的階段，我國(guó)大眾消費(fèi)力的提升導(dǎo)致市場(chǎng)需求的持續(xù)攀升，鈦金屬制品逐步從高精尖的制造領(lǐng)域進(jìn)入生活用品領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)企業(yè)海鷗品牌生產(chǎn)出全鈦?zhàn)詣?dòng)日歷潛水腕表，表殼采用全鈦金屬材質(zhì)制成、輕盈堅(jiān)固，能夠抵抗海水等腐蝕性物質(zhì)的侵?jǐn)_。又因其不含鎳，對(duì)過(guò)敏體質(zhì)友好，因此可用于潛水運(yùn)動(dòng)或休閑佩戴。在近年來(lái)風(fēng)靡全國(guó)的露營(yíng)裝備中，也隨處可見(jiàn)鈦的身影，鈦與鋁相比，密度差不多，硬度卻比鋁高出2倍。因此打造同樣體積的容器，鈦可以做得比鋁更薄更省料，實(shí)現(xiàn)輕量化的效果。鈦無(wú)毒無(wú)味，可以直接和肌膚接觸，因此喝水沒(méi)有金屬味。此外，鈦熔點(diǎn)高，制作爐具綽綽有余。因此鈦多見(jiàn)于鈦杯、鈦鍋等直接加熱、盛放食物、飲用水的容器。此外，鈦也可以制作戶外爐具、地釘?shù)取Ａ硗猓佈坨R架、鈦手表、鈦?zhàn)孕熊?chē)等產(chǎn)品，對(duì)鈦的需求也在不斷增大。相信未來(lái)，鈦在我們的生活中會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用，未來(lái)的市場(chǎng)十分巨大。

3、 結(jié)語(yǔ)

隨著需求端的增長(zhǎng)發(fā)力，全球海綿鈦產(chǎn)量在2022年強(qiáng)勁增長(zhǎng)。中國(guó)海綿鈦產(chǎn)量和消費(fèi)量占全球比重進(jìn)一步提高，發(fā)展前景良好。

在航空航天軍工等高端領(lǐng)域的產(chǎn)能，隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)頭部企業(yè)的改擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目完工投運(yùn)會(huì)進(jìn)一步提升。隨著鈦材應(yīng)用的科研工作在石油化工、船舶艦艇、海洋工程方面的不斷細(xì)化和深入，鈦材的實(shí)踐應(yīng)用情況會(huì)向更深更精的角度發(fā)展。但由于鈦材產(chǎn)品的耐用性好，壽命相對(duì)較長(zhǎng)，也一定程度上制約并放緩了其更新?lián)Q代的發(fā)展腳步。希望隨著技術(shù)革命和產(chǎn)能的升級(jí)，鈦材的應(yīng)用邁上更高的臺(tái)階。

綜上，在生物醫(yī)療、汽車(chē)、建筑、體育器材乃至與大眾生活息息相關(guān)的民用消費(fèi)品領(lǐng)域，隨著鈦材產(chǎn)能的攀升，會(huì)有更多的投資進(jìn)入鈦產(chǎn)品制造加工的下游領(lǐng)域。其產(chǎn)品會(huì)進(jìn)一步細(xì)分，并且隨著技術(shù)的提升，向精品化多元化發(fā)展。在不久的將來(lái)，如果能將質(zhì)量和價(jià)格做好平衡，隨著大眾消費(fèi)的升級(jí)，應(yīng)用需求端有望大幅增長(zhǎng)。

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