鈦是一種重要的結構金屬，具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點，廣泛應用於製作飛機發動機壓氣機部（bù）件，以（yǐ）及（jí）火（huǒ）箭、導彈和飛機的各種結（jié）構件（jiàn）。2013年1月，北京航空航天大學王華明團隊“飛（fēi）機鈦合金大型複雜整體構件激光成（chéng）形技術”榮獲國家技術發明（míng）獎一等獎。今天就為（wéi）你帶來鈦及鈦合金材料的知識分享。

鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金（jīn）屬，純鈦是（shì）銀白色的金屬，化學性（xìng）質比較活潑（pō），具有許多優良性能。鈦合金是以鈦（tài）為基礎加入其他元（yuán）素構成的合金。鈦合金具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點。

金屬鈦

用3D打印技術製造（zào）的鈦合金零部（bù）件，強度非常高，尺寸精確，其機械性能優於鍛造工（gōng）藝。鈦合金因其良好的生物相容性及優異的（de）機械性能，最主要的應用即為生物醫用材（cái）料、航空航天、精密儀器等。

鈦合金具有如下優良的特性。

1. 比強度高（gāo）。鈦合金的密度僅為鋼的60%，純鈦的強度接近普通鋼的強度，一些高（gāo）強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的（de）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（kě）製造出（chū）單位強度高、剛（gāng）性好、質量輕的零（líng）部件。目前飛機的發動機構件（jiàn）、骨架、蒙皮、緊固件（jiàn）及起（qǐ）落架等都使用鈦合金。

2. 熱強度高。鈦合金的（de）使用溫度比鋁合金（jīn）高幾百（bǎi）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。鈦合金在潮濕（shī）的（de）大氣和（hé）海水介質中工作，其抗（kàng）蝕性遠優（yōu）於不鏽鋼，對點蝕、酸蝕、應力腐（fǔ）蝕的抵抗力特別強。

4. 低溫性能（néng）好。鈦合金在低（dī）溫下仍能（néng）保持其力學性能。比如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一（yī）種重要的低溫結構材料。

鈦及（jí）鈦合金材料的應（yīng）用（yòng）

1. 在生物醫藥的（de）應用

鈦合（hé）金因為其（qí）良好的（de）生物相容性和耐腐蝕等特性，已被廣泛應用於醫（yī）學領域中，成（chéng）為人工關節、骨創（chuàng）傷、脊柱矯形內（nèi）固定係統、手術器械等醫用產品的首選（xuǎn）材料。3D打印（yìn）的植入鈦合金材料能夠（gòu）根據個人（rén）不同的要求進行個性化設計，比如使用3D打印（yìn）技術製作的下（xià）頜骨可以完全（quán）貼合患（huàn）者的患處曲線。鈦作為已知生物學性能最好（hǎo）的（de）金屬材料，其（qí）3D打印（yìn）的（de）醫用領域市場需求（qiú）將不斷擴大，應用前景廣（guǎng）闊。

2011年，比利時·哈瑟爾特大學生物醫學研究院研究人（rén）員研製了金屬下頜骨，使用LayerWise公司（sī）製造的3D打印機，為一名83歲的老（lǎo）嫗安裝了一塊定製的鈦合金下頜骨。這是全球首例此類型的手術，標誌著3D打印移植物開始進（jìn）入臨床（chuáng）應用。

3D打（dǎ）印製作的鈦合金下頜骨（圖片來源：www.slate.com）

利用鈦合金製作的醫療植入物（wù）

2. 在航空航天的應用

從20世（shì）紀50年代開始，鈦合金在航空航天領域中得到了迅（xùn）速的發展。該（gāi）應用主要是利（lì）用了鈦合金優異的力學性能、低密度以及良好的耐腐蝕性。鈦（tài）合金是當代飛機和發動機的主要結構材料之一（yī），駕駛員座艙和通風道的部（bù）件、飛機起落（luò）架的支架、機翼等飛機零（líng）部件都已經可以使用3D打印（yìn）來生（shēng）產。

利用（yòng）3D打印技術製成的飛機零部件（圖片來源（yuán）：3ders.ory）

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

2017年5月5日，我國具有完全（quán）自主知識產權、首款按照最新（xīn）國際適航標準研製的幹線民用飛機C919首（shǒu）飛成功。機翼的主要承重部件——機翼（yì）中央翼緣條，是（shì）西北工業大學黃衛東教授團隊的研發（fā）成果。前機身和（hé）中（zhōng）後機身的登機門、服務們（men）以及前（qián）後貨艙門（mén）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（hé）金機構（gòu）零件分布圖（圖片來源：南極熊）

3. 在汽車製造中的應（yīng）用

鈦及鈦合金製造的汽車部件可以達（dá）到節油、降低發（fā）動（dòng）機噪（zào）聲（shēng）及提高使用壽命的作用。英國的一（yī）家（jiā）公司利（lì）用鈦（tài）金屬粉末成功（gōng）打印了葉輪和渦輪增壓器等汽（qì）車零件。

用鈦金（jīn）屬粉末3D打印的（de）渦輪葉輪

4. 在（zài）其他領域的應用

鈦合金憑借其優異的性能（néng），在自行車、網球拍和（hé）高（gāo）爾夫球杆上都獲得了廣（guǎng）泛應用。3D打印的鈦合金物（wù）件（jiàn）密度小、強（qiáng）度高、重（chóng）量更輕，在運動器（qì）械（xiè）上有著（zhe）獨特優勢（shì）。比如利用鈦合金製成的高爾夫球頭，比（bǐ）普通不鏽鋼材料製成的高爾夫球頭打得準、打（dǎ）得遠。

自行車（chē）車架由（yóu）3D打印鈦合金粉末製作而成（圖片來源：Renishaw）

利用鈦金屬3D打（dǎ）印的自行車變速器滑輪（圖片（piàn）來源：CeramicSpeed）

鈦易於陽極化成各（gè）種顏色，這使其能夠廣（guǎng）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。手表的主殼體、邊框和（hé）表帶配件的製（zhì）作都由3D打印SLS（選擇性激（jī）光燒結）來完成。燒結（jié）過程（chéng）中（zhōng）形成了精細的紋理，呈現出由（yóu）中灰色到深灰色的差異。

3D打印的鈦合金手表

3D打印的鈦合金首飾