什么是钛合金，钛合金到底是什么材料，钛合金材料是怎么加工制造
我们在一些电视节目或者网络上，经常能看到介绍建造航母有多么的烧钱，这是因为航母的建造需要涉及到很多技术领域和相关的材料，所以说建造航母光有钱还不够，还需要有强大的工业基础和材料研发能力。
（此处已添加圈子卡片，请到今日头条客户端查看）曾经有报道说航母甲板上一颗铆钉就能换一辆轿车，可见有多烧钱，这种铆钉也不是普通的铆钉，它是用钛合金材料制成的铆钉，这种昂贵的钛合金铆钉并不是满甲板都是，也只有在起落战斗机的地方才有。
因为战斗机在起飞时会喷出超过1000摄氏度的高温，这就需要对甲板有耐高温的要求，而对耐高温材料的焊接技术又不成熟，所以甲板之间的拼装就需要靠钛合金铆钉来完成。
钛合金是以钛为基础加入了其它元素组成的合金，钛合金材料具有质量轻，强度大，弹性小，耐高温和耐腐蚀等特点，主要用于航空发动机，火箭，导弹的部件，（普通工业也会用到钛，钛的等级也有很多，不同行业根据要求会选择合适等级的钛。）
钛合金是比较年轻的一种金属，从被研发出来到现在也就六，七十年的历史，进入20世纪后传统的钢铁和铝已经不能满足航天航空，航海等领域的需求，在1954年由美国公司研发出了钛合金材料。
每当说起一个产品的材料采用了钛合金时，就会吸引很多人的眼球，因为钛合金这种材料特别的贵，在很多人眼中钛合金都是高档金属材料的代名词，这么金贵的材料一般都是用在航空发动机上，它还是一些尖端武器装备的最理想材料。
但事实上，组成钛合金这种材料的主要金属钛并不稀有，在地球上钛元素的含量占到地壳总质量的0.45%，仅次于铁，铝，镁等金属元素，目前已知的钛矿物种类就超过了140多种，储量也是很丰富的。
在自然界中钛存在于钛铁矿和金红石等矿物中，纯钛呈银灰色，同时它也是一种轻质金属，钛的密度只有4.54克每立方厘米，熔点在1668摄氏度，具有可塑性。
而真正让钛备受追捧的还是它本身具有的特性，作为一种轻质金属，在所有元素中，钛的重量与强度的比例最高，重量比钢轻44%，但机械强度却与钢差不多，比铝强3倍，钛拥有极强的抗腐蚀能力，与铝相似的是钛在常温下表面也会覆盖一层致密的氧化膜。
其无毒，无磁的特点也很适合于工业生产，液态钛几乎可以与所有金属相溶，因此可以与多种金属形成合金，通过加入一定比例的其它金属元素，可以让冶炼出来的钛合金在保证重量轻，强度大，耐腐蚀特性的同时，还拥有更大的强度或者更强的耐高温度性能，甚至还拥有记忆能力，钛是与人体最相容的一种金属，在医学领域也有使用，比如心脏支架，骨科钛板等，日常生活中一些眼镜框，手表框，还有一些体育用品也会广泛使用钛合金。
有人就疑惑了，钛这种金属也不稀有，而储量又那么多，为什么钛合金还那么贵重呢？
这就会涉及到金属的冶炼技术，钛合金对冶炼环境及其苛刻，钛在高温条件下化学活性小，所以冶炼钛合金必须要在高温下进行，一般情况下钛合金冶炼温度要在800摄氏度以上，并且还要在真空的环境下操作，这个冶炼环境相对于钢铁等金属要高很多，正所谓物以稀为贵，久而久之钛合金就成了所谓的稀有金属，这就导致了它的价格居高不下。
虽然钛合金的产量低价格贵，但并不代表用得少，特别是各国在一些尖端武器装备和国之重器上对钛合金的使用也是很豪放的，据透露，中国歼-20使用的钛合金大约占机身重量的20%，这些钛合金主要用于机身的结构材料。
目前钛合金材料在航空航天工业中应用是最多的，所以也将钛合金叫作“空间金属”，它重量轻，强度大又耐高温，特别适合制造航空航天器，很多以前使用铝合金的部件都改用了钛合金。
随着技术的发展，现在飞机的最高航速时是音速的3倍以上，这么快的超音速飞行，会使飞机与空气摩擦而产生大量的热，一般当飞行速度达到音速2倍以下时机身用铝合金就可以了，当飞行速度达到音速的2倍以上时，铝合金就经受不住了，就必须采用耐高温和性能更好的钛合金，当飞行速度超过音速的3倍时，机身就要使用更多的钛合金。
一些攻击核潜艇的内压艇壳，鱼雷舱等部件都是用钛合金打造，钛合金材料无磁，耐腐蚀，强度极高，可以有效的抵抗炸弹的冲击波，还有就是能够下潜得更深，例如我国“蛟龙号”载人舱就使用了钛合金材料，能够下潜到7000多米的深海，这就相当于每平方米要承受7000吨的压力，压力大得惊人啊。
现在各国除了在航空，火箭发动机，潜艇，战机等高精尖设备上大量使用钛合金外，在常规或者单兵装备上也广泛使用钛合金，例如榴弹炮，防弹头盔等。
目前世界上钛合金技术最强，应用最多的就是美俄中，而中国的钛矿储量世界第一，约占世界总储量的28.9%，其中钛铁矿储量约为7.2亿吨，占全球钛矿的92%，金红石储量约为4700万吨，二者合计储量约7.67亿吨，这应该就是所说的家里有矿，对于钛合金的冶炼和加工也已经实现了产业化，所以说钛合金在中国各领域的广泛应用已经不存在原理和技术问题了，相信未来钛合金这种“空间金属”不再只是航空航天领域才会使用。
文中Gif截取自Youtube《Titanium The STRONGEST METAL On Earth!》《Nitinol Metallic Muscles with Shape Memory.》
文中图片截取自《Titanium The_STRONGEST METAL On Earth!》
免责声明：本文来源于制造原理，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删除。
自吹自擂！伊丽莎白号航母甲板使用钛合金涂层，可耐1500度高温？
作为英国皇家海军历史上吨位最大的战舰，排水量超6万吨的“伊丽莎白女王”号航空母舰一直受到各界关注。自2017年服役以来，这艘新航母的众多设计a参数也一一得以公布。特别是在关键的飞行甲板设计方面，根据英国军方的官方介绍，由于采用了以铝钛合金为主的新型耐高温涂层，“伊丽莎白女王”号航空母舰甲板可耐1500度高温，达到了世界一流水平。不过，考虑到航母舰载机F-35B的动力性能以及铝钛合金的材料特性，所谓的耐1500度高温，基本可以断定是英国军方的自吹自擂。
?众所周知，航母甲板由于要承受舰载机高频率的起降，对于材料工艺的要求非常高。特别是自二战以来，已经成为主流的喷气式战斗机在启动后，发动机尾部产生的高温尾焰以及起降瞬间带来的强烈冲击，对于飞行甲板的承受能力来说是一个巨大的考验。因此，在航母飞行甲板上铺设特殊材料涂层，用于抵御高温、减小摩擦和抗压，已经成为了标准化设计。特别是近年来，包括环氧树脂涂层、硅氧烷基防滑涂层、等离子喷射等新型涂层材料技术都得到了飞速发展。目前，包括美国海军的“尼米兹”级航母以及中国海军的“辽宁舰”、“山东舰”等，均在耐高温涂层领域进行了深度探索。
?英国皇家海军的“伊丽莎白女王”号航空母舰服役以后，已经进行了多次海上测试，并且实现了F-35B战机的起降实验。从此前媒体公布的高清图片可以明显看到，“伊丽莎白女王”号航空母舰飞行甲板上，有清晰可见的烧蚀痕迹。而按照英国军方的说法，这种损伤对于拥有新型耐高温涂层的“伊丽莎白女王”号航空母舰而言，完全在可控范围。因为以铝钛合金为主要成分的这种新型金属热障涂层，在接触战机尾喷高温时，会以10000℃的等离子体电弧融化出一种金属粉末，从在飞行甲板表层铺展并与空气产生化学反应急速固化。在这样的化学反应中，“伊丽莎白女王”号航空母舰的飞行甲板表层，就会拥有厚达2.5毫米的防护涂层，可以有效抵御战机尾喷高温侵蚀。
?事实上，美国海军很早就对F-35B战机进行舰上起降实验。从实验结果来看，这款垂直起降战斗机在启动瞬间，其发动机尾喷产生的高温气流对于舰船甲板的灼烧时间一般在18秒-36秒之间。测试数据显示，F-35B战机起降的尾喷气流温度，也根本达不到所谓的1500度，仅有900多度。
?除了耐1500度高温之外，英国军方还公开表示，这种钛合金耐高温涂层可以多次反复使用，一次涂装后使用寿命可达数十年。事实上，即便是在甲板涂层技术领域傲视群雄的美国，目前也无法从根本解决甲板涂层使用寿命过短的问题。按照美国海军的设计标准，航母甲板涂装一次，可以承受10000架次飞机起降。不过，由于海水以及战机起降长时间的侵蚀，航母甲板耐高温涂层时效性并不长，经常需要进行返工维护。因此，英国军方幻想通过长期耐用的隐身涂层以减少军费开支，其实只是一厢情愿而已。尽管“伊丽莎白女王”号航空母舰在很多设计领域依然可圈可点，但在具有超高技术壁垒的飞行甲板设计领域，显然还有很长的路要走。（舍娃）