鈦是一種重要的結構金屬，具有強度高、耐蝕性好、耐熱性（xìng）高等特點，廣泛應用於製作飛機發動機壓（yā）氣機部件，以及火箭、導彈和飛機的各種結構（gòu）件（jiàn）。2013年1月，北京航空航天（tiān）大學王華明團隊“飛機（jī）鈦合金（jīn）大型複雜整體構件激光成形（xíng）技術”榮獲（huò）國（guó）家（jiā）技術發明獎一等（děng）獎（jiǎng）。今天就為你帶（dài）來鈦及鈦合（hé）金材料的知識（shí）分享。

鈦是20世紀50年代（dài）發展起來的一種重要的結構金（jīn）屬，純鈦是銀白（bái）色的（de）金屬，化學性質比較活潑，具有許多優良性能。鈦合金是以鈦為基礎加入其（qí）他元素構（gòu）成的（de）合金。鈦合金具有強度高、耐蝕性好、耐（nài）熱性高等特點。

金（jīn）屬鈦

用3D打印技術製造的鈦（tài）合金（jīn）零部件，強度非常高，尺寸精確，其機械性能優於鍛造工藝。鈦合金因其良好（hǎo）的生物相容性及優異的機械性能，最主要的應（yīng）用即為生物醫用材料、航空航天、精密儀器等。

鈦合金（jīn）具有如下優（yōu）良的特性。

1. 比（bǐ）強度高。鈦合金的密度僅為鋼的60%，純鈦的強度接近普通鋼的強度（dù），一些高強度鈦合金超過（guò）了許（xǔ）多合金結構鋼（gāng）的強度。因此鈦合金的比強度（強度/密度）遠大於其他金屬結構材料，可製造出單位（wèi）強度高、剛（gāng）性好、質量輕的零部件。目前飛機的發動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起（qǐ）落架等都使用鈦合金。

2. 熱強度（dù）高。鈦合金的（de）使（shǐ）用溫度比鋁合金高幾百度，可在450℃～500℃的溫度下長期工作（zuò）。而鋁合金的工作溫度則在200℃以下。

3. 抗蝕性好。鈦合（hé）金（jīn）在潮（cháo）濕（shī）的大氣和海水介（jiè）質中工作，其抗蝕性遠優於不鏽鋼，對（duì）點（diǎn）蝕（shí）、酸蝕、應力（lì）腐蝕的抵抗力特別強。

4. 低溫性能好。鈦合金在低溫下（xià）仍能（néng）保持其力學性能。比（bǐ）如TA7，在-253℃下（xià）還能保持（chí）一定的塑性（xìng）。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結構（gòu）材料（liào）。

鈦及鈦合金材料的應用

1. 在生物醫藥的應用

鈦合金因為（wéi）其良好的生物相容性和（hé）耐腐蝕等特性，已被（bèi）廣泛應用於醫學領（lǐng）域中，成為人工關節、骨創傷、脊柱（zhù）矯形內固定係統、手術器械等醫用產品的首（shǒu）選（xuǎn）材料。3D打印（yìn）的植入鈦合金材料能夠根據個人不同的要求（qiú）進行個（gè）性化設計，比如使用（yòng）3D打印技術製作的下頜骨可以完全貼合（hé）患者的患（huàn）處曲線。鈦作為已知生物學性能最好的金屬材料，其3D打印的醫用領域市場需求將不斷擴大，應（yīng）用前景廣闊。

2011年（nián），比（bǐ）利時·哈瑟爾特大學生物醫學研究院研究人員研製了金屬下頜骨，使用LayerWise公司製造的3D打印機，為一名83歲的老嫗安裝了一（yī）塊定製（zhì）的鈦（tài）合金下頜骨。這是（shì）全球首例（lì）此（cǐ）類型的手術，標誌著3D打印移植物開始進入臨床應用。

3D打印製作的鈦（tài）合金下頜骨（圖片（piàn）來源：www.slate.com）

利用鈦合金製作的醫療植入物

2. 在航空航天的應用

從20世紀50年代開始，鈦合金在航空航天領域中得到了迅速的（de）發展。該應用主（zhǔ）要是利用了鈦合金優異的力學（xué）性能、低密度（dù）以及良好的耐腐蝕性。鈦合金是當代飛（fēi）機和發動機的主要結構材料之一，駕駛員座艙（cāng）和（hé）通風道的部（bù）件、飛機起落架的支架、機翼等飛機（jī）零部件都已經可以使用（yòng）3D打印來生產。

利用3D打印技術製成（chéng）的飛（fēi）機零部件（圖片來源：3ders.ory）

利用（yòng）激光近淨成型技術（LENS）製成的鈦金屬飛機機翼部件（圖（tú）片來源：西北工業大學）

2017年（nián）5月5日，我國具有（yǒu）完全（quán）自（zì）主知識產權（quán）、首款按照最新國際適（shì）航標準研製的幹線民用飛機C919首飛成功（gōng）。機翼的主要承重部件（jiàn）——機翼（yì）中央翼緣條，是西（xī）北工業大學黃衛（wèi）東教授團隊的研發成果。前機身和中後機身（shēn）的登機門、服務（wù）們以及前後貨艙門上還（hái）使用了23個金屬3D打印部件。

3D打印的C919飛機登機艙門鈦（tài）合金機構零件分布圖（tú）（圖片來源：南極熊）

3. 在汽車製造中的應用

鈦（tài）及鈦合（hé）金製造的汽（qì）車部件可以達到節油、降低發動（dòng）機噪聲及提高使用壽命的作用。英國的一家公司利用鈦（tài）金屬粉末（mò）成（chéng）功打印了葉輪和渦輪增壓器等汽（qì）車零（líng）件。

用鈦金屬粉末3D打印的渦輪葉（yè）輪

4. 在其他領域的應用

鈦合金憑借其優異的性能，在自行車、網球拍（pāi）和高爾夫球杆上都獲得了廣泛應用。3D打印的鈦合金物件密度小、強（qiáng）度高、重量更輕，在運動器械上有著獨特優勢。比如利（lì）用（yòng）鈦合金製成的（de）高爾夫球頭，比普通不鏽鋼（gāng）材料製（zhì）成的高爾夫球頭打得準（zhǔn）、打得遠。

自行車車架由3D打印鈦合金粉末製作而成（圖片來（lái）源：Renishaw）

利用（yòng）鈦金屬3D打印的自行車變速器滑輪（圖（tú）片來（lái）源：CeramicSpeed）

鈦易於陽極化成各種顏色，這使（shǐ）其能夠廣泛應用於手表和珠寶首飾行業。如圖為rvnDSGN團隊利用3D打印技術製成的手表（biǎo）。手表的主殼體（tǐ）、邊框和表帶配件的製作都由3D打印SLS（選擇性激（jī）光燒結（jié））來完成。燒結過程中形成了（le）精細的紋理，呈現出由（yóu）中灰色到（dào）深灰色的差異。

3D打印的鈦合金手表

3D打印（yìn）的鈦合金首飾