近年來，人類加快了探索太空的步伐。作為航天飛行器也需要不斷更新和升級，以滿足并完成更加困難和艱巨的任務(wù)。由于太空環(huán)境非常復(fù)雜，航天器需要適應(yīng)各種極端和惡劣的條件，如高溫，極冷，真空，失重和腐蝕。因此，航天器不僅要考慮結(jié)構(gòu)的特性，還要注意材料的選擇和使用。

　　鈦合金在航天飛行器應(yīng)用的現(xiàn)狀及前景

　　眾所周知，鈦的密度非常小，但鈦合金的強度和韌性非常好，可以在500°C和-220°C下正常工作。這些優(yōu)點使鈦合金成為航天器的首選材料，并且有“宇宙第一金屬”的美稱。早在上世紀(jì)下半葉，超塑成形技術(shù)已成功應(yīng)用于鈦合金的生產(chǎn)，解決了鈦合金生產(chǎn)和加工中的一系列問題，并不斷升級和優(yōu)化，并已能夠充分利用鈦合金的特性。使該組件的重量減少了35％，同時節(jié)省了近60％的生產(chǎn)成本。[1]

　　目前，中國研制和應(yīng)用的SPF技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，代表著航天器制造的最高標(biāo)準(zhǔn)?？傮w而言，鈦合金在航天器中得到了廣泛的應(yīng)用，鈦合金的使用也是未來空間發(fā)展的必由之路。然而，由于技術(shù)和經(jīng)濟上的制約，鈦合金的應(yīng)用并沒有充分發(fā)揮其潛力，也沒有開拓市場。未來，航天器需要應(yīng)用更高性能的鈦合金，需要繼續(xù)降低成本，提高鈦合金的生產(chǎn)效率。

　　航天飛行器中應(yīng)用鈦合金的主要類型[2-3]

　　1、韌性鈦合金

　　我國很早就開始了韌性鈦合金的研究和開發(fā)。中華人民共和國成立初期，在北京成立了有色金屬研究所，并成功研制了鈦合金5583型。70年代初，上海鋼鐵研究院開發(fā)了鈦合金。在90年代，高韌性鈦合金的發(fā)展并沒有繼續(xù)。目前只有鈦合金被用于衛(wèi)星發(fā)射，但這些鈦合金遠遠不能滿足時代的需要。其中主要鈦合金如Tc1、Tc5、BT7M等，在強度和韌性上相對較低。在1200mpa以下，遠低于航天器對鈦合金韌性的要求，需要深入研究和開發(fā)高韌性高強度鈦合金，擴大和豐富鈦合金在我國航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　2、高溫鈦合金

　　航天飛行器的運行環(huán)境要求鈦合金比較有耐高溫的性能，而且這一方面的研究至關(guān)重要，但是想要在高溫的情況下，保證鈦合金仍然具有穩(wěn)定的性能是很困難的，而且常常會適得其反。世界上首個高溫鈦合金誕生于1956年的美國，被命名為鈦合金6Al4V，能夠在300℃左右使用，在航天飛船以及洲際導(dǎo)彈上得到了很好的運用，但是畢竟當(dāng)時的技術(shù)有限，鈦合金6Al4V還有很多缺點，比如制作困難、不易加工等。在之后的改進過程中，陸續(xù)添加了一些鋅、錳、硅等元素，將溫度提升到了450℃。

　　3、低溫鈦合金

　　隨著宇宙探索距離的不斷擴大，鈦合金在低溫環(huán)境的應(yīng)用越來越廣，而且溫度越低，鈦合金的強度越大，所以這方面的研究是具有戰(zhàn)略意義的。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，在鈦合金中篩出掉H和O等中間元素，能夠提高低溫性能，日本最新研發(fā)的鈦合金LT600，能夠適應(yīng)25K溫度環(huán)境，并且塑性和斷裂韌性能夠很好地配合，已經(jīng)用于制造液氫泵。我國的低溫鈦合金研發(fā)和應(yīng)用處于世界領(lǐng)先水平，最新的鈦合金A7ELI的強度更高，塑性更好，很好地滿足了航天飛行器對厚度方面的要求。

　　4、鑄造鈦合金

　　鑄造鈦合金的突出特點是耐腐蝕性特別好，并且容易焊接，但是在鑄造過程中，因為鈦金屬本身的熔點比較高，化學(xué)性質(zhì)異?；顫?，很容易在焊接時與空氣以及其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鈦合金發(fā)生脆化[i]，這也就制約了鑄造鈦合金工藝的發(fā)展。經(jīng)過長期不懈的實驗和研究，終于發(fā)現(xiàn)鈦合金5Al能夠適應(yīng)制作的要求，目前我國大概有15個科研單位從事鈦合金的鑄造生產(chǎn)工作，鑄造鈦合金的種類也發(fā)展到10個，應(yīng)用范圍覆蓋到壓氣機、安裝座以及整流器等多個構(gòu)件。

　　5、粉末鈦合金

　　雖然鈦合金的優(yōu)點明顯，但是由于價格昂貴，導(dǎo)致應(yīng)用的時候需要多方面考慮，不能大規(guī)模采購。很長一段時間，世界很多國家都對如何降低鈦合金的制造成本進行了大量的研究，終于開發(fā)出一種粉末冶金的技術(shù)，并且實現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。比如美國，已經(jīng)有不少公司具備了生產(chǎn)粉末鈦合金的技術(shù)，并且實現(xiàn)了規(guī)?；纳a(chǎn)。

　　我國很多部門也已經(jīng)一致認(rèn)可粉末鈦合金的優(yōu)勢，并且研發(fā)出不同型號的鈦合金產(chǎn)品，在葉輪以及舵芯骨架中得到應(yīng)用。值得一提的是，在航天飛行器發(fā)動機應(yīng)用低溫粉末鈦合金上，也已經(jīng)進行了小規(guī)模的實驗，并根據(jù)靜力荷載[ii]要求，突破了薄壁艙體的研究，并開始在地面模擬試飛，尤其是粉末鈦合金的拉伸性能，更是大大地超出了國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　鈦合金作為一種新興的金屬材料，由于其自身的性能優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于航天器。特別是今天，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，有必要在鈦合金的研究和開發(fā)中充分利用先進技術(shù)并不斷探索，勇于創(chuàng)新，提高鈦合金制造技術(shù)。

　　參考文獻：

　　[1] 蔡建明，李臻熙，馬濟民，黃旭，曹春曉；航空發(fā)動機用600°c高溫鈦合金的研究與發(fā)展[J];材料導(dǎo)報；2005年01期

　　[2] 曾立英，趙永慶，李丹柯，李倩；超塑性鈦合金的研究進展[J]；金屬熱處理；2005年05期

　　[3] 趙永慶；高溫鈦合金研究[J];鈦工業(yè)進展；2001年01期

　　注釋：

　　i 金屬或塑料變脆

　　ii 靜力荷載一般指靜力載荷試驗，靜力載荷試驗是工程地質(zhì)上的一種現(xiàn)場試驗，指通過一定垂直壓力測定土在天然產(chǎn)狀條件下的變形模量。

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