鈦元素在1791年就由英國(guó)科學(xué)家Revetendwilli—amGregor從礦石里發(fā)現(xiàn)，但直到1948年才由美國(guó)杜邦公司通過(guò)鎂還原法制造出海綿鈦，鈦金屬才開(kāi)始得以研發(fā)生產(chǎn)，并被廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。鈦?zhàn)鳛橐环N新型的建筑材料，不僅因?yàn)榫哂凶匀坏谋砻婀鉂桑€因?yàn)榫哂忻芏刃　?qiáng)度高、熱脹冷縮系數(shù)低的優(yōu)越力學(xué)性能，以及耐腐蝕性能強(qiáng)、冷熱加工性能好的物化性能，在建筑環(huán)保領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。此外，鈦金屬經(jīng)過(guò)氧化處理形成的二氧化鈦膜層在不同角度及不同頻率的光照作用下，鈦金屬的表面會(huì)呈現(xiàn)出涂料、涂層所不具備的不同的光澤度以及色彩。在建筑裝飾方面，因?yàn)槟軡M足建筑材料的美觀性以及實(shí)用性等多種性能要求，鈦金屬得到建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

1、鈦及鈦合金材料的使用特性

1.1耐腐蝕性能

鈦在熱力學(xué)上是一種非常活潑的金屬，但是在空氣或者水中會(huì)很快發(fā)生氧化反應(yīng)，在其表面形成一層氧化薄膜，氧化后的薄膜具有非常好的愈合性。

因此，鈦具有以下優(yōu)點(diǎn)：在海水或者淡水中耐腐蝕性能比其他金屬要好；在低溫和高溫氣體中，其氧化后的氧化薄膜具有極高的抗腐蝕性；在堿溶液、大多數(shù)的有機(jī)酸以及化合物中的抗腐蝕性也較高，因?yàn)樵诔貤l件下，鈦不會(huì)與稀硫酸、稀鹽酸以及硝酸發(fā)生化學(xué)作用。因而鈦金屬在抵御城市污染以及工業(yè)輻射等方面具有較高的環(huán)保作用，是目前最適合各種環(huán)境的金屬材料，非常適合于建筑物的墻面裝修等。

1.2熱脹冷縮系數(shù)

鈦金屬的熱脹系數(shù)較低，相比于其他的金屬建筑材料，大概是鋁制品的30％、不銹鋼材料的50％，與混凝土、石頭等非常接近。同時(shí)，鈦的熱應(yīng)力相比較于其他金屬來(lái)說(shuō)非常低，大約是不銹鋼的50％，作為整體材料使用，只需要極少的接縫來(lái)彌補(bǔ)熱脹冷縮。

1.3焊接性能

鈦棒、鈦管等鈦合金材料可以按照傳統(tǒng)的熔焊焊接方法進(jìn)行焊接。與不銹鋼等金屬材料進(jìn)行比較，鈦金屬材料具有明顯優(yōu)勢(shì)：首先，鈦的熱膨脹系數(shù)比較低，因此在進(jìn)行焊接時(shí)，基本不存在熱感應(yīng)裂紋；其次，鈦金屬的結(jié)構(gòu)密度較低，在焊接時(shí)熔池出現(xiàn)問(wèn)題的可能性相對(duì)來(lái)說(shuō)較小；另外，根據(jù)鈦金屬的低導(dǎo)熱性，可以對(duì)其進(jìn)行適時(shí)的二次加工，對(duì)鈦材料的表面進(jìn)行處理，例如壓花、電鍍以及打孔等。

1.4工作溫度范圍

相比較于鋁合金以及鎂合金，鈦合金的耐熱性明顯高出許多。鈦合金的工作溫度范圍比較寬，低溫鈦合金在一253℃下還能保持良好的塑性，而耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550℃左右田]。鈦金屬的密度較小，其彈性模量只有不銹鋼的一半，因此具有較高的耐沖擊能力，可以提高建筑物的抗地震能力。鈦鋅合金的物理性質(zhì)如下頁(yè)表1所示。

1.5使用壽命

鈦金屬極易與氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成的氧化薄膜層具有超親水性效應(yīng)，從而使鈦合金板具有防污、防霧、防露等作用。因?yàn)殁伣饘俨牧夏透g性強(qiáng)，因此不易受到縫隙腐蝕和其他類型腐蝕的影響，使用壽命相對(duì)來(lái)說(shuō)較為長(zhǎng)久，可達(dá)百年以上。這種特性在重腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)較為明顯。而且由于鈦合金本身就具有獨(dú)特的金屬光澤，并且在不同角度以及不同頻率的照射下會(huì)具有不同的色澤，極其漂亮美觀，使建筑物極具創(chuàng)意。

2、鈦及鈦合金材料在建筑環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

因?yàn)?a href="http://www.amjshi.com/titanium-tube/" target="_blank">鈦管、鈦板等鈦及鈦合金材料具有密度小、耐腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在建筑行業(yè)的使用較為廣泛。鈦金屬在建筑中的使用歷史已有40余年，但是由于鈦材的成本費(fèi)用偏高，因此一般多用于公共場(chǎng)所的建筑，例如國(guó)際機(jī)場(chǎng)、大劇院以及博物館等，我國(guó)北京的國(guó)家大劇院就采用了鈦合金，在其墻面、建筑頂部等部位都使用了大量的鈦合金，不僅外觀效果良好，而且充分發(fā)揮出鈦合金材料的自重輕、強(qiáng)度大的優(yōu)勢(shì)，使劇院內(nèi)部空間十分廣闊的同時(shí)，仍舊具備優(yōu)異的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。鈦金屬在建筑行業(yè)的應(yīng)用占有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：焊接性能好，出現(xiàn)問(wèn)題的可能性較低；熱膨脹系數(shù)低，非常適合與混泥土、石頭等建材一起使用；使用壽命長(zhǎng)，節(jié)約成本；密度小，重量輕，在建筑過(guò)程中使用比較方便；材料對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可二次回收利用，其廢料分解不會(huì)產(chǎn)生任何有害

物質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。

我國(guó)具有十分漫長(zhǎng)的海岸線，臨海建筑較多，海洋建筑所受到的最大困擾是來(lái)自于海水的腐蝕，鈦材由于其具有較強(qiáng)的腐蝕性能而成為進(jìn)行海洋建筑的首選材料。日本在海洋用鈦方面成績(jī)顯著，最早在海里利用鈦金屬的特性進(jìn)行防腐處理的應(yīng)用實(shí)例就是13本的東京灣橫跨道路橋，該橋的l2座橋樁采用了鈦包覆鋼板，用鈦量達(dá)到80t。該工程在1993年竣工，在2006年對(duì)橋樁的腐蝕情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)l3年中幾乎沒(méi)有任何變化，充分表明了鈦在海洋建筑中的防腐效果十分良好，由此降低了金屬銹蝕后對(duì)海洋造成的重金屬離子污染，對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)具有積極的意義。

同時(shí)，用鈦金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼、鎳基合金和其他稀有金屬作為耐腐蝕材料，既減少了能源的消耗，又降低了有害氣體的排放。因?yàn)殁伣饘俚墓ぷ鳒囟确秶^寬，因此鈦及鈦合金材料的廢料以及邊角料經(jīng)過(guò)熔煉后可以作為原材料在鋼鐵冶煉以及有色金屬領(lǐng)域被再次利用。金屬?gòu)U棄物在堆放過(guò)程中，在氧化作用、雨水侵蝕等條件下，產(chǎn)生大量的重金屬離子及有害氣體，通過(guò)大氣圈、水圈循環(huán)進(jìn)入自然環(huán)境，造成對(duì)環(huán)境的破壞，而鈦合金可被多次循環(huán)回收利用，減少了金屬?gòu)U棄物對(duì)大氣的污染，不僅節(jié)約了資源成本，還保護(hù)了環(huán)境。

3、鈦及鈦合金材料在我國(guó)建筑環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用存在的問(wèn)題

3.1價(jià)格偏高

鈦及鈦合金的生產(chǎn)技術(shù)工藝比較復(fù)雜，在目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)的鈦及鈦合金建筑材料的生產(chǎn)規(guī)模偏小，產(chǎn)品市場(chǎng)的需求量及市場(chǎng)規(guī)模也不大，導(dǎo)致鈦金屬的產(chǎn)品價(jià)格偏高，對(duì)于大規(guī)模的利用不利。

3.2設(shè)計(jì)理念落后

在鈦金屬及鈦合金材料的應(yīng)用方面，我國(guó)目前尚缺乏專業(yè)的培訓(xùn)內(nèi)容，大多數(shù)的建筑師對(duì)于鈦及鈦合金這種新型材料并不十分了解，導(dǎo)致在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中極少應(yīng)用鈦及鈦合金材料。

3-3品種單一

我國(guó)在鈦及鈦合金材料的應(yīng)用方面，缺乏大規(guī)模裝飾鈦金屬以及鈦合金材料的生產(chǎn)，在現(xiàn)有的生產(chǎn)中，品種較為單一，沒(méi)有足夠的鈦合金金屬材料品種供建筑師們進(jìn)行選擇，在建筑應(yīng)用方面被限制。

3.4結(jié)構(gòu)不合理

我國(guó)目前在鈦金屬以及合金材料的應(yīng)用方面，由于產(chǎn)品較為低端，主要是針對(duì)一些模型、工藝品等方面，而在生產(chǎn)生活方面所需要的科技含量以及附加價(jià)值較高的高端鈦及鈦合金表面裝飾材料很少，在建筑工程所使用的高端鈦材料以及鈦合金金屬的應(yīng)用方面仍然依賴國(guó)外進(jìn)口嘲。

4、結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)建筑對(duì)于鈦及鈦合金材料的應(yīng)用還是較少，鈦及鈦合金材料的優(yōu)點(diǎn)以及獨(dú)特性并沒(méi)有被人們所理解和接受。但是隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)，鈦金屬以及鈦合金材料作為新興的環(huán)保型建筑金屬材料，必將會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，同時(shí)會(huì)越來(lái)越受到人們的重視]。并且，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鈦及鈦合金材料的單位成本造價(jià)必將會(huì)下降，鈦及鈦合金材料在建筑領(lǐng)域必將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

同時(shí)，鈦金屬材料作為可以二次循環(huán)利用的金屬建筑材料，在環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。因此，在提高鈦金屬的加工水平、完善對(duì)鈦合金殘廢料的再利用、多品種設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)鈦及鈦合金建筑材料等方面還需要相關(guān)專家進(jìn)行突破，從而提高鈦及鈦合金材料在我國(guó)建筑市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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