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鈦及鈦粉概述
鈦是一種銀灰色過(guò)渡金屬，密度低（4.5g/cm³）、強(qiáng)度高（比強(qiáng)度優(yōu)于鋼）、耐腐蝕性強(qiáng)（尤其在海水和酸性環(huán)境中），且生物相容性優(yōu)異。其晶體結(jié)構(gòu)在883℃發(fā)生α→β相變，可通過(guò)合金化調(diào)整性能，形成α型、β型和α+β型鈦合金。鈦粉按粒度分為粗粉（50-1000μm）、細(xì)粉（10-50μm）、微粉（0.5-10μm）和超細(xì)粉（<0.5μm），按純度分為工業(yè)級(jí)（含氧量<0.15%為高品質(zhì)）和醫(yī)用級(jí)（純度≥99.9%）等。鈦粉活性高，易氧化燃燒，需惰性氣體保護(hù)儲(chǔ)存。
鈦粉主要制備工藝
1.氫化脫氫法（HDH）
氫化脫氫法是利用鈦與氫的可逆特性制備鈦粉的一種工藝，鈦吸氫后產(chǎn)生脆性，經(jīng)機(jī)械破碎制成氫化鈦粉，再將其在真空條件下高溫脫氫制取鈦粉。此工藝生產(chǎn)的鈦粉粒度范圍寬、成本低、對(duì)原料要求低，目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)鈦粉的主要方法，但該方法所制備鈦粉的O、N含量較高，僅適用于化工、煙花等非精密領(lǐng)域。
2.氣霧化法（GA）
氣霧化法起源于19世紀(jì)20年代，是利用高速氣流沖擊金屬熔液，將氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為微小金屬熔滴的表面能，最終冷卻獲得球形金屬粉末的工藝。氣體霧化法制備鈦粉首先將鈦金屬熔化，通過(guò)坩堝底部的噴嘴用高速惰性氣體將產(chǎn)生的金屬熔液噴射呈噴霧狀，冷凝后生成鈦金屬粉末。氣霧化法制備的鈦粉冷卻速率快、成分均勻、球形度高、粒度分布較寬、可規(guī)�；a(chǎn)。氣霧化法可分為電極感應(yīng)熔煉惰性氣體霧化（EIGA）和真空感應(yīng)熔煉惰性氣體霧化（VIGA）兩種技術(shù)路徑。
3.離心霧化法
離心霧化法制取鈦粉是借助旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將金屬破碎，并以霧狀液滴甩出，之后凝固得到高純度的球形鈦粉。目前，離心霧化法主要包括旋轉(zhuǎn)電極法(REP)、等離子旋轉(zhuǎn)電極法和電子束旋轉(zhuǎn)盤(pán)法(EBRD)等。離心霧化法制得的鈦粉為球形，表面光潔，較為致密，流動(dòng)性好，粒度分布較窄，且粉末粒度可通過(guò)旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整。與氣體霧化制備的粉末相比，旋轉(zhuǎn)電極工藝制備的粉末沒(méi)有霧化球形鈦粉中常見(jiàn)的伴生相，粉末粒度更加均勻，但采用此法生產(chǎn)的鈦粉成本高，目前一般用于航空航天領(lǐng)域。
鈦粉應(yīng)用領(lǐng)域
1. 航空航天領(lǐng)域
鈦粉在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用占比最高（約45%），主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、機(jī)身結(jié)構(gòu)件、火箭燃料閥體等關(guān)鍵部件。鈦合金的高比強(qiáng)度（優(yōu)于鋼）、耐高溫（可達(dá)550℃）和輕量化特性顯著提升了飛行器的燃油效率和載荷能力。例如，波音787的鈦合金用量達(dá)15%，較傳統(tǒng)機(jī)型提升3倍；國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919的機(jī)翼肋條和長(zhǎng)征火箭部件也大量采用鈦金屬。3D打印技術(shù)（如SLM、EBM）依賴高純度球形鈦粉（氧含量≤0.13%），可制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，例如渦輪盤(pán)和燃燒室。
2. 生物醫(yī)療領(lǐng)域
鈦粉在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用占比約25%-30%，核心場(chǎng)景包括骨科植入物（人工關(guān)節(jié)、脊柱融合器）、牙科修復(fù)材料（種植體、牙冠）和心血管支架。鈦的生物相容性、耐腐蝕性和抗菌性使其成為理想的植入材料。2024年國(guó)內(nèi)骨科鈦粉采購(gòu)量同比增長(zhǎng)31%，神經(jīng)外科領(lǐng)域也開(kāi)始探索鈦基神經(jīng)支架和腦部植入物。
3. 汽車制造與新能源領(lǐng)域
鈦粉在汽車輕量化制造中占比約15%，應(yīng)用于新能源汽車的電池托盤(pán)、底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)部件（如連桿、渦輪增壓器）。鈦合金可減輕部件重量20%-30%，提升續(xù)航能力，特斯拉和寶馬等企業(yè)已將其用于電動(dòng)車底盤(pán)。在新能源領(lǐng)域，鈦粉用于氫燃料電池雙極板和太陽(yáng)能電池板。此外，鈦基材料在核電設(shè)備耐蝕部件和風(fēng)電葉片中的需求也在增長(zhǎng)。
氫燃料電池高性能鈦雙極板 圖源：西部材料
4. 3D打印與增材制造
3D打印領(lǐng)域?qū)︹伔鄣男枨笤鏊僮羁欤暝鲩L(zhǎng)率超20%），主要依賴高流動(dòng)性球形鈦粉。激光選區(qū)熔化（SLM）和電子束熔融（EBM）技術(shù)可制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，如航天器大型構(gòu)件和個(gè)性化醫(yī)療植入物。鉑力特等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)1米級(jí)鈦合金構(gòu)件的打印，消費(fèi)電子領(lǐng)域（如折疊屏手機(jī)鉸鏈）也推動(dòng)鈦粉成本從600元/kg降至300元/kg以下。
5. 化工與能源領(lǐng)域
鈦粉用于制造化工設(shè)備（如反應(yīng)釜、換熱器）、耐腐蝕管道和環(huán)保催化劑。其高比表面積和耐蝕性在石油煉制催化劑和廢水處理中表現(xiàn)突出。在能源領(lǐng)域，鈦粉用于鋰離子電池負(fù)極材料和海水淡化設(shè)備，提升儲(chǔ)能效率和耐海水腐蝕性。
6. 消費(fèi)品與體育器材
鈦粉在高端消費(fèi)品中應(yīng)用廣泛，如Apple Watch Ultra表殼采用Ti-6Al-4V粉末冶金件，高爾夫球桿和滑雪板通過(guò)粉末冶金實(shí)現(xiàn)輕量化。此外，鈦基涂料用于艦艇螺旋槳表面噴涂，耐海水腐蝕壽命延長(zhǎng)至30-40年，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鋁合金部件的10年。
高端鈦粉亟需突破
我國(guó)鈦資源儲(chǔ)量與初級(jí)產(chǎn)品產(chǎn)量位居全球前列，但高端鈦粉長(zhǎng)期面臨“卡脖子”困境：依托攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦資源（鈦儲(chǔ)量占全球30%以上），國(guó)內(nèi)海綿鈦產(chǎn)量已占全球60%以上，但高純度微細(xì)鈦粉、3D打印用球形鈦粉等高端產(chǎn)品大部分仍依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約航空航天、生物醫(yī)療等戰(zhàn)略領(lǐng)域自主可控發(fā)展。因此，亟需通過(guò)制備工藝升級(jí)、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同及應(yīng)用場(chǎng)景創(chuàng)新突破瓶頸。
1. 通過(guò)改進(jìn)氫化脫氫（HDD）和等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù)（PREP），提升微細(xì)鈦粉（≤45μm）收得率并穩(wěn)定控制氧含量至800ppm以下，滿足航空航天與醫(yī)療植入體嚴(yán)苛需求；
2. 拓展3D打印領(lǐng)域應(yīng)用，開(kāi)發(fā)高球形度、低雜質(zhì)鈦粉以適配折疊屏鉸鏈、衛(wèi)星構(gòu)件等精密制造場(chǎng)景，推動(dòng)消費(fèi)電子與航天器輕量化進(jìn)程；
3. 依托攀西地區(qū)鈦資源稟賦，構(gòu)建“海綿鈦-鈦粉-終端產(chǎn)品”全產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，通過(guò)超軟海綿鈦制備技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)原料自給并降低綜合成本；同步探索綠色短流程制造與回收技術(shù)，減少能耗與污染，響應(yīng)碳中和目標(biāo)下可持續(xù)發(fā)展要求。
參考來(lái)源：
霍東興，等：鈦金屬制備方法的研究進(jìn)展
郭廣浩，等: 金屬增材制造用鈦粉制備研究
楊鑫，等：等離子旋轉(zhuǎn)電極法制備鈦鋁粉末性能表征
黃張洪，等：航空用鈦及鈦合金的發(fā)展及應(yīng)用
吳文恒，等：增材制造用球形金屬粉末主要制備技術(shù)的研究進(jìn)展
中研網(wǎng)、中國(guó)粉體網(wǎng)、陜西鳳翔鈦粉鈦材有限公司等
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