钛制手表走俏全球，价格逐渐便宜，还有助于健康

1.在眼镜行业的应用

自20世纪80年代初期，日本福井公司研制出钛眼镜架后，由于其出色的综合性能，经过20多年的考验，金属钛得到了眼镜行业的认同，钛制镜架已成为主流产品和行业发展的方向。钛之所以应用于眼镜行业，主要是其具有优异的耐蚀性、良好的生物相容性能、高比强度、低热胀系数和无磁性等特点。

钛合金虽有很多种牌号，但在眼镜框行业常用的材料牌号并不多，主要有表6-20所列几种和少量的NiTi形状记忆合金。针对眼镜框应具备良好的成形、切削、钻孔等加工和着色性能的要求，会有更多的钛合金得到开发应用。纯钛Gr.2主要用来制造镜腿、铰链、鼻梁、鼻托足等零件；Gr.4纯钛用来做螺钉等加工车削零件；Gr.9（3Al 2.5V）钛合金用作镜圈型材；β型钛钛合金、NiTi合金用来制造对弹性要求高的零件但这两种材料价格昂贵，而且不容易加工。由于钛具有一系列独特的优异性能，钛眼镜架一经问世就一直受到了市场追捧。

表6-20 眼镜框行业常用的钛材牌号及化学成分（质量分数，％

2.在手表和照相机外壳上的应用

钛开始用于手表，大约是在20世纪70年代到20世纪80年代初，Omega公司推出的防水体育用手表；Hoya公司的附有计时功能的体育用表；IWC公司的防水且附计时功能的体育用手表，它们的共同点都是属于高档体育用表。日本的钛手表是由西铁城和精工两大手表厂家在同一时期投入市场的，当时有西铁城的防水室外用手表，精工的附计时功能的体育用手表，与其他国家一样，这些手表属于中高档体育用手表。为了提高钛制手表的耐指纹性及耐擦伤性等，都涂以无机或无机加有机的膜，呈浅暗灰色。

现今，已经有成熟的采用钛材制作壳体和表带的低成本加工技术，并用在了从中档到大众化的体育用手表上，加上钛表面技术的发展，扩大了钛在手表行业中的应用领域。采用硬度高的钛合金或进行氮化处理以提高硬度，比采用钛喷丸处理加涂层的成本要高，因而各公司在用高强钛合金的商品上采用了“精钛”“硬精钛”“亮钛”等名称手表上用钛的另一个优势是钛对皮肤没有过敏反应，1990年在日本西铁城公司与中央病院皮肤科的医师共同对100位有金属过敏反应的患者进行了试验，结果是佩戴钛手表的皮肤过敏病症为零。据2001年的统计，钛手表在日本的总销售中约占6％，其中70％为体育用手表，20％为实用普及型手表。但在其他国家，钛手表已占一半，而且价格也逐渐便宜，如在德国手表市场上，最便宜的约为3000日元，也有益于身体健康所以快速推广了无皮肤过敏反应的钛手表。今后将继续降低成本，开发易冲压、切削表面抛光等加工性能好的钛材，不断推广从中档到普及型的钛手表。

钛首次用于照相机零件是1953年日本光学公司（以下简称日光）在尼康F牌单镜头反光照相机上用钛，用作布帘式快门帘。过去采用绸布上涂橡胶的快门帘，它在太阳光下棱镜聚焦时易引起穿孔事故。日光公司的经两年的试验研究，终于在F牌照相机上采用约25μm厚的纯钛箔快门帘，该门帘要求耐高温、耐持久、耐老化、质轻、弯曲强度高、耐冲击等，钛可以说是基本上满足这些要求的最合适的材料。为了防止前帘和后帘在左右行走时的碰撞或起皱，在钛箔上进行了压花处理。后来日本佳能公司在1971年发售的F1品牌单镜头反光照相机上、日本Minolta在X-1品牌（1973年）、旭光在LX品牌（1980年）、京陶在RTSⅡ品牌（1982年）、奥林巴斯在PEN品牌（1993年）和F3品牌上（2000年）都相继使用了钛箔快门帘。其中，日光的FM2（1987年）采用钛箔快门帘提高了快门速度，当时的最高速度达到1／4000s，而且闪光灯的同步速度也提高到1／125s，钛箔表面进行了氮化处理。而奥林巴斯的PEN-F上的快门帘具有独创的结构，不是一般采用的横行走式或竖行走式，而是采取旋转式快门，即以圆弧状钛箔的旋转调节焦点平面上的遮光和曝光量。日光公司在F2相机上用钛制作取景镜架（1971年），当时改进照相机是为了提高快门速度，除了快门帘移动速度外，还应提高处于快门帘前的取景镜在曝光的一瞬间的弹跳速度。在世界上，日光公司首次采用钛制作照相机外装。早在1978年专为日本的植村直巳到北极考察而制造的，其上下盖、前后盖均为钛的冲压件。由于这种相机结实耐用，作为“FF2Ti”品牌在新闻报道界销售了数千台。1982～2000年面向普通大众又发售了F3T，1983年面向新闻报道的F3P照相机上都采用了钛制外装。此外，还有日光的FM2T（1993年）、京陶的超高级CoN Tax T2（1990年）、日光的35Ti（1993年）、28Ti（1994年）、Minolta的TC-1（1996年）、富士的APS（1997年）、京陶的G1（1994年）和G2（1996年）照相机上都采用了钛制外装。

作为照相机外壳材料，除上述性能外，还要求表面均匀一致及抗污染。在解决了钛在冲压加工性、焊接性、磨削性及耐污性等方面的一些问题之后，1990年12月推出了首架全钛外壳的袖珍型照相机。现在每月用作外壳材料的钛已达2t以上，制作的零件有前后盖、上下盖和镜头保护盖。工业纯钛有很好的深冲性，但在凸肚成形上有一些问题，增大晶粒度和减少氧含量可以得到改善，但晶粒过大时又会使成形表面粗糙。纯度高时，深冲性能会恶化，需要适当控制轧制和成品热处理工艺。深冲性能提高时，钛的弯曲性能倾向于变差，因此，加工时应该综合考虑这些性能，为了得到良好的综合加工性能，热处理温度要比一般情况下高些，所用气氛为大气气氛，热处理之后应该酸洗酸洗时要注意表面状况，采取相应的对策。

通过选择氧含量适中、屈服强度高或强度／弹性模量小的材料，并且，适当控制轧制和热处理条件，可以提供各性能均衡的纯钛板材。这是钛制照相机外壳能够实用化的一个重要原因。但是，即使如此，在成形加工时也会出现表面波浪、拉伸折皱、变形等问题；也不能完全防止冷焊、粘着等缺陷。这主要是因为钛的导热性差、与氧或其他金属的亲和力大以及特殊的晶体结构。表面镀铜虽能防止焊合，但因成本高、工序复杂而未能采用。用一种组合式的双向液压成形法可以提高膨胀性、深冲性及减轻焊合问题例如，照相机上盖的成形，由传统冲压法的18道工序减少到8道工序。(www.xing528.com)

一般认为钛容易被指纹污染，通常的清洁处理虽能防止指纹污染，但使钛失去了其独特的表面特色。用一种无机材料薄膜涂覆在钛的表面可以同时满足这两方面的要求涂膜厚度约为1μm，涂覆后进行1～2次加温硬化处理，也可以采用离子镀方法处理表面。因为钛的热导率低且与氧的亲和性强，故抛磨时易在局部形成厚氧化膜，致使无法抛光。因此，要采用极低的抛光速度或在冷却剂中抛光及用软木抛光，这一工序往往成为增加钛外壳成本的一大因素。

用钛外装的照相机在20世纪90年代达到全盛期，后来就每况愈下，几乎所有公司都中止了生产，在2002年的世界照相机展览会上，共展出167种相机，钛制相机仅有11种，而且都是高档相机，现在照相机的主流已经变为数码相机了，数码相机的外观形式又不断变化，因此，钛材在相机外装上的应用更难以增加。今后应把目光转移到相机的内部部件上，例如，提高棱镜的倍率、分辨率和小型化是一个要解决的课题，目前流行采用非球面棱镜头，而这种镜头对应力敏感性比球面镜头大，因此，其棱镜架或镜筒内部若能采用钛材，其热膨胀比铝合金和工程塑料小，也许有一定的使用价值。

3.在船舶上的应用

核潜艇是最早应用钛的船舶，苏联于1978年开始建造钛制核潜艇，其排水量达8100t，潜航深度为750m。日本于1989年曾建造了载人深潜调查船，其耐压舱用钛合金制造，成功地进行了海下6500m的深海调查。另外，10000m级无人深潜器的耐压容器也使用了钛合金。

作为一般的民用钛船，最早的一艘是1985年5月建造的赛艇，除座舱外，全部用钛材制造，总重2.8t，全长17m，宽4m，高2.5m，1997年3月日本建造的排水量为5.3t的钛船，全长12.55m，宽4.06m，高2.25m，使用JIS H₂类纯钛1.7t，还有部分构件使用了Ti-6Al-4V合金，获得了日本小型船舶检验机构的检验证书。1998年10月和1999年6月，日本又有两艘钛渔船下水，一艘全长12.5m，宽2.8m，总吨位4.6t使用了3t JIS H₂类钛材；另一艘全长14m，宽2.8m，吃水深度0.8m，总吨位4.5t。这些日本制造的钛船，船底板和侧板等厚度都在2～4mm范围，只有赛艇使用了4～15mm厚的船壳。在船舶上除了用钛作主要构件和船壳外，还有钛制的桅杆、发动机排气管推进器、转轴和方向舵等许多船用部件。

在舰艇上使用得较多的钛合金铸件是海水泵与球阀。20世纪80年代美国更换舰艇甲板上的海水泵，采用铸造钛合金泵代替，一次订货达数百万美元。

铸造钛合金在船用推进器上得到了应用，包括大型气垫船、水翼船、摩托艇所用的螺旋推进器。铸造钛合金推进器强度高、起动惯性小、抗空泡腐蚀性好、使用寿命长是替代铜制螺旋桨的更新换代产品。以气垫船为例，一双铜制推进器的使用寿命只有三个月，改用铸造钛合金后，工作一年后还可以继续使用。

20世纪60年代我国研制的第一代潜用全液压伸缩天线使用了TC10钛合金管材20世纪80年代至20世纪90年代初，研制出了新一代潜用液压伸缩天线，20世纪90年代研制出了更新一代的短波大功率发信伸缩天线，20世纪末、21世纪初，研制出了均采用TC10钛合金的管材，内部也是TA3的钛管。

舰艇严酷的工作环境需要性能优良的材料。用钛材制造舰船通信天线和其他器材能充分发挥装备的技术性能，大大提高装备的可靠性、延长使用寿命和提高舰艇的战斗力。美国Timet与美国海军联合开发了一种具有强度适中、韧性高、焊接性能好的近α型钛合金，命名为Timetal 5111，其名义化学成分为Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si。该合金突出的特点是具有良好的断裂韧度及抗应力腐蚀性能，同时还具有良好的抗蠕变性能，其冲击韧性为Ti-6Al-4V的3倍，并且易焊接，可以进行大规格型材的焊接，主要用于舰船制造和海洋工程。在Timetal 5111合金基础上添加0.05％Pd（质量分数），创制出了Timetal 5111Pd合金，其耐缝隙腐蚀性能好，能够达到一种合金多种用途的目的。

由上述钛船的实际例子，可以看到用钛制造船舶有以下优点：质轻：钛的密度比铝和玻璃钢都大，但因其强度高、可减薄板厚，故总重量降低；高速化：使用同样功率的发动机可提高船速；耐蚀：外表面不需任何防腐涂料；再利用比玻璃钢容易得多；船的稳定性好、纵横摇摆小、急转弯时倾斜小、中高速航行时舵行小；振动及噪声小；耐用时间长；废料回收容易，燃料费用低，二氧化碳排放少，有利于环境保护。基于这些优点，钛合金应用在小型高速船舶上具有更好的效果，如警备艇、消防艇、游渔船、渔船等。