國內(nèi)純鈦/鈦合金的應用商機
發(fā)布日期:2016-5-25 11:08:01
1、航天市場
從全球鈦加工材消費領(lǐng)域來看,主要集中在航空工業(yè)領(lǐng)域,目前約占鈦總需求量的 一半左右。由于鈦及其合金有許多優(yōu)良特性 ,鈦的比強度在金屬結(jié)構(gòu)材料中是最高的, 其強度與鋼材相當,但密度卻比鋼輕約40% ,而且鈦及其合金的耐熱性很強,在500˚C 的大氣中仍能保持良好的強度及穩(wěn)定性,此 外鈦及其合金亦擁有良好的耐腐蝕性及加工 成形性,比起其他金屬,不僅可以延長飛機 的壽命,而且可以減輕其重量,大大的提升飛機的性能。目前鈦及其合金在航天工業(yè)中 主要應用于發(fā)動機、機身及飛機零組件。 以2011年全球航天消費比例來看,商業(yè) 用航天的消費比例達到42.6%(約6.4萬噸), 軍用鈦材比例為6.5%(主要為軍用航空),整 個航天領(lǐng)域消耗鈦材比例接近50%。根據(jù)波音公司的統(tǒng)計,截至2011年年底,全球服役的大飛機有790架、雙通道飛機3,710架、單通道飛機12,610架、支線噴氣式飛機2,780架 ,全球飛機總數(shù)約為19,890架;根據(jù)該公司 的預測,到2031年,全球飛機總數(shù)將成長至 39,780架,因而新增飛機需求約在3萬架左右 ;同時,新型飛機對鈦的需求量高于老式飛 機,以此預計20年內(nèi)商用飛機對鈦材的平均 需求量將達到40噸/架,因而未來20年全球商 用航空領(lǐng)域新增鈦材需求約120萬噸,年平均 復合成長率約17%。
2、汽車零組件
鈦合金最早應用于汽車工業(yè)用之產(chǎn)品可 追溯到1956年,美國通用汽車公司裝配全鈦 車體的展覽用小汽車,之后,在國際賽車上相繼出現(xiàn)鈦或鈦合金制成的汽車零組件。鈦 合金主要應用于汽車零組件有引擎零組件與底盤零組件,引擎零組件包括連桿、進/排氣 閥、閥彈簧、彈簧承座、渦輪增壓器及排氣管等;而汽車底盤零組件則有懸吊彈簧、驅(qū) 動軸、螺栓等。若根據(jù)每輛車的可使用13公斤重的鈦材來計算,將可比原先車重減輕2.3 公斤。目前,隨著豪華汽車、跑車和賽車需 求逐年增加,鈦制零組件也逐年增加,從1990 年全球汽車用鈦僅為50噸/年,1997年提升至 500噸/年,而2002年為1,100噸/年,至2009 年已達到3,000噸/年。
3、生物醫(yī)用鈦合金
鈦因具有生物兼容性、重量輕、膨脹系 數(shù)低、無磁性、耐蝕性及高強度等特性,且鈦醫(yī)用制品植入人體內(nèi)或與皮膚接觸,不會引起炎癥、過敏以及與人體組織不兼容等問題,因此鈦及其合金已廣泛應用于醫(yī)療領(lǐng)域 。
目前鈦合金材料在人體的應用上主要以整形外科、牙科及心血管科為主,其中又以整 形外科最具有發(fā)展空間,其包含各種人工骨 、人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)外固定機械。而牙科則 以人工齒根、義齒、牙齒矯正器、齲齒充填 材料等制造為主;另外鈦金屬還用來制造人 工心臟瓣膜、心臟起搏器、血管擴張器、人工 心血管、各種血管支架、人工肺等醫(yī)療產(chǎn)品。 從全球醫(yī)療器材市場的發(fā)展趨勢來看, 隨著全球人口老化、新興國家經(jīng)濟的起飛, 使得醫(yī)療器材產(chǎn)品需求量與日俱增;相對地 ,也帶動鈦金屬生醫(yī)材料的需求增加,特別 是鈦金屬生醫(yī)材料悠關(guān)人體安全,除需具應 有的機械強度與耐腐蝕性能外,更需考慮生 物兼容性,特別是在消費者對醫(yī)療安全愈來愈重視的情況下,使得鈦金屬生醫(yī)材料廠商 與相關(guān)研發(fā)單位需不斷地努力開發(fā)更優(yōu)異的 材料,以滿足醫(yī)療器材產(chǎn)品之安全、治療、 復原等需求,而這也使得鈦金屬生醫(yī)材料市 場不斷地有更好、更新的材料推出,如采用 多孔鈦合金材質(zhì)來幫助骨細胞生長、開發(fā)鈮 含量高之低彈性模數(shù)的β型鈦合金、利用 TiNb和TiMo材質(zhì)來開發(fā)無鎳記憶合金。 除了材料本身的開發(fā)之外,鈦金屬生物醫(yī)學材料的應用范圍也有逐步增加的趨勢,從過 去常見的人工關(guān)節(jié)、骨固定器材、人工牙根 、血管支架等產(chǎn)品,也漸漸擴大至人工耳蝸 、人造顱骨、人工心臟、人工心臟瓣膜等需求應用;甚至是在近年來新3D打印制程的協(xié) 助下,2011年比利時LayerWise公司即產(chǎn)制出 第一個3D立體形狀的鈦制下顎,并成功地植 入骨膸炎病患口中。雖然金屬生醫(yī)材料開發(fā) 容易,但要真正達到產(chǎn)業(yè)化仍需經(jīng)過長時間 的考驗,尤其是在下游醫(yī)療器材廠商考慮人 體安全的情況下,大部分的鈦金屬生醫(yī)材料 仍采用傳統(tǒng)的純鈦或Ti64等普遍性材料。
鈦金屬生產(chǎn)結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)變,一般純鈦市場已幾乎被應用于商業(yè),在工業(yè)應用方面,如葉輪、醫(yī)療植入物、航天等對于材料質(zhì)量要求極高,國家也漸漸著手開發(fā)。未來,我國鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展除了現(xiàn)階段加強國外廠商在鈦金屬一次加工的生產(chǎn)技術(shù)外,更需加強擴大在下游產(chǎn)業(yè) 方面的應用,如積極切入成長性高的產(chǎn)業(yè), 以朝向高附加價值及客制化特性等產(chǎn)品發(fā)展。