海綿鈦是一種多孔狀的金屬鈦材料,因其外觀類似海綿而得名。它是通過鎂熱還原法(Kroll法)或鈉熱還原法(Hunter法)將四氯化鈦(TiCl4)還原制得的初級產(chǎn)品,密度約1.5-2g/cm3(僅為致密鈦的30-40%),孔隙率達到50-70%,呈現(xiàn)灰銀色塊狀結(jié)構(gòu)。這種特殊形態(tài)使其成為鈦材加工的必經(jīng)中間產(chǎn)物,需要經(jīng)過真空電弧熔煉等后續(xù)工藝才能制成致密鈦錠。
在工業(yè)生產(chǎn)流程中,海綿鈦的質(zhì)量直接影響最終鈦材性能,特別是氧含量(≤0.15%)、鐵含量(≤0.15%)等關鍵指標需要嚴格控制?,F(xiàn)代技術已能生產(chǎn)純度達99.7%的高品質(zhì)產(chǎn)品,其布氏硬度(HB)維持在100-120區(qū)間,抗拉強度約為240MPa,這些參數(shù)會隨著后續(xù)加工工藝顯著提升。值得注意的是,中國目前采用的國家標準GB/T 2524-2019將海綿鈦分為MHT-90到MHT-200五個等級,對應不同氯化殘余量和硬度要求。
從應用領域來看,這種材料主要服務于航空航天(占全球用量50%以上)、化工防腐、醫(yī)療植入三大方向。由于鈦合金具有強度高(如TC4合金達895MPa)、耐腐蝕(可抵抗海水腐蝕40年以上)等特性,使得海綿鈦成為戰(zhàn)略金屬資源。隨著3D打印技術發(fā)展,粒徑在0.5-3mm的細顆粒海綿鈦正成為增材制造的新型原料,這為傳統(tǒng)鈦工業(yè)開辟了創(chuàng)新應用空間。
全球市場呈現(xiàn)寡頭壟斷格局,前五大生產(chǎn)商掌握80%產(chǎn)能,其中烏克蘭的ZTMK工廠采用獨特的電解法工藝。中國海綿鈦產(chǎn)量已連續(xù)十年居世界首位,2022年達到15.3萬噸,但高端產(chǎn)品仍依賴進口。近年來,綠色生產(chǎn)工藝成為研發(fā)重點,比如中國科學院開發(fā)的熔鹽電解法能將能耗降低30%,這項突破可能重塑未來產(chǎn)業(yè)格局。