鈦元素在1791年就由英國科學家Revetendwilli—amGregor從礦石里發(fā)現(xiàn)，但直到1948年才由美國杜邦公司通過鎂還原法制造出海綿鈦，鈦金屬才開始得以研發(fā)生產(chǎn)，并被廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。鈦作為一種新型的建筑材料，不僅因為具有自然的表面光澤，還因為具有密度小、強度高、熱脹冷縮系數(shù)低的優(yōu)越力學性能，以及耐腐蝕性能強、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，因為能滿足建筑材料的美觀性以及實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
鈦在熱力學上是一種非常活潑的金屬，但是在空氣或者水中會很快發(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：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)的有機酸以及化合物中的抗腐蝕性也較高，因為在常溫條件下，鈦不會與稀硫酸、稀鹽酸以及硝酸發(fā)生化學作用。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，鈦的熱應(yīng)力相比較于其他金屬來說非常低，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彌補熱脹冷縮。
1.3焊接性能
鈦棒、鈦管等鈦合金材料可以按照傳統(tǒng)的熔焊焊接方法進行焊接。與不銹鋼等金屬材料進行比較，鈦金屬材料具有明顯優(yōu)勢：首先，鈦的熱膨脹系數(shù)比較低，因此在進行焊接時，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，在焊接時熔池出現(xiàn)問題的可能性相對來說較小；另外，根據(jù)鈦金屬的低導熱性，可以對其進行適時的二次加工，對鈦材料的表面進行處理，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)如下頁表1所示。
1.5使用壽命
鈦金屬極易與氧氣產(chǎn)生化學反應(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。因為鈦金屬材料耐腐蝕性強，因此不易受到縫隙腐蝕和其他類型腐蝕的影響，使用壽命相對來說較為長久，可達百年以上。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特的金屬光澤，并且在不同角度以及不同頻率的照射下會具有不同的色澤，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
因為鈦管、鈦板等鈦及鈦合金材料具有密度小、耐腐蝕性強、使用壽命長等諸多優(yōu)點，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用偏高，因此一般多用于公共場所的建筑，例如國際機場、大劇院以及博物館等，我國北京的國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、強度大的優(yōu)勢，使劇院內(nèi)部空間十分廣闊的同時，仍舊具備優(yōu)異的結(jié)構(gòu)強度。鈦金屬在建筑行業(yè)的應(yīng)用占有以下幾點優(yōu)勢：焊接性能好，出現(xiàn)問題的可能性較低；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，節(jié)約成本；密度小，重量輕，在建筑過程中使用比較方便；材料對環(huán)境無污染，可二次回收利用，其廢料分解不會產(chǎn)生任何有害
物質(zhì)，不會對環(huán)境造成破壞。
我國具有十分漫長的海岸線，臨海建筑較多，海洋建筑所受到的最大困擾是來自于海水的腐蝕，鈦材由于其具有較強的腐蝕性能而成為進行海洋建筑的首選材料。日本在海洋用鈦方面成績顯著，最早在海里利用鈦金屬的特性進行防腐處理的應(yīng)用實例就是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，用鈦量達到80t。該工程在1993年竣工，在2006年對橋樁的腐蝕情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)l3年中幾乎沒有任何變化，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海洋造成的重金屬離子污染，對海洋環(huán)境保護具有積極的意義。
同時，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。因為鈦金屬的工作溫度范圍較寬，因此鈦及鈦合金材料的廢料以及邊角料經(jīng)過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。金屬廢棄物在堆放過程中，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，通過大氣圈、水圈循環(huán)進入自然環(huán)境，造成對環(huán)境的破壞，而鈦合金可被多次循環(huán)回收利用，減少了金屬廢棄物對大氣的污染，不僅節(jié)約了資源成本，還保護了環(huán)境。
3、鈦及鈦合金材料在我國建筑環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用存在的問題
3.1價格偏高
鈦及鈦合金的生產(chǎn)技術(shù)工藝比較復(fù)雜，在目前來看，國內(nèi)的鈦及鈦合金建筑材料的生產(chǎn)規(guī)模偏小，產(chǎn)品市場的需求量及市場規(guī)模也不大，導致鈦金屬的產(chǎn)品價格偏高，對于大規(guī)模的利用不利。
3.2設(shè)計理念落后
在鈦金屬及鈦合金材料的應(yīng)用方面，我國目前尚缺乏專業(yè)的培訓內(nèi)容，大多數(shù)的建筑師對于鈦及鈦合金這種新型材料并不十分了解，導致在建筑設(shè)計的過程中極少應(yīng)用鈦及鈦合金材料。
3-3品種單一
我國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，沒有足夠的鈦合金金屬材料品種供建筑師們進行選擇，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)用方面仍然依賴國外進口嘲。
4、結(jié)語
目前，我國建筑對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)點以及獨特性并沒有被人們所理解和接受。但是隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人們的環(huán)保意識也在逐漸增強，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，必將會帶來可觀的經(jīng)濟效益及社會效益，同時會越來越受到人們的重視]。并且，隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，鈦及鈦合金材料的單位成本造價必將會下降，鈦及鈦合金材料在建筑領(lǐng)域必將會得到廣泛的應(yīng)用。
同時，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)境保護方面具有重要意義。因此，在提高鈦金屬的加工水平、完善對鈦合金殘廢料的再利用、多品種設(shè)計開發(fā)鈦及鈦合金建筑材料等方面還需要相關(guān)專家進行突破，從而提高鈦及鈦合金材料在我國建筑市場的核心競爭力。
參考文獻
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