鈦及鈦粉概述

鈦是一種銀灰色過渡金屬，密度低（4.5g/cm3）、強度高（比強度優于鋼）、耐腐蝕性強（尤其在海水和酸性環境中），且生物相容性優異。其晶體結構在883℃發生α→β相變，可通過合金化調整性能，形成α型、β型和α+β型鈦合金。鈦粉按粒度分為粗粉（50-1000μm）、細粉（10-50μm）、微粉（0.5-10μm）和超細粉（<0.5μm），按純度分為工業級（含氧量<0.15%為高品質）和醫用級（純度≥99.9%）等。鈦粉活性高，易氧化燃燒，需惰性氣體保護儲存。

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，鈦吸氫后產生脆性，經機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。此工藝生產的鈦粉粒度范圍寬、成本低、對原料要求低，目前已經成為國內外生產鈦粉的主要方法，但該方法所制備鈦粉的O、N含量較高，僅適用于化工、煙花等非精密領域。

2.氣霧化法（GA）

氣霧化法起源于19世紀20年代，是利用高速氣流沖擊金屬熔液，將氣體動能轉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，通過坩堝底部的噴嘴用高速惰性氣體將產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、可規模化生產。氣霧化法可分為電極感應熔煉惰性氣體霧化（EIGA）和真空感應熔煉惰性氣體霧化（VIGA）兩種技術路徑。

3.離心霧化法

離心霧化法制取鈦粉是借助旋轉所產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電極法(REP)、等離子旋轉電極法和電子束旋轉盤法(EBRD)等。離心霧化法制得的鈦粉為球形，表面光潔，較為致密，流動性好，粒度分布較窄，且粉末粒度可通過旋轉電極的轉速來調整。與氣體霧化制備的粉末相比，旋轉電極工藝制備的粉末沒有霧化球形鈦粉中常見的伴生相，粉末粒度更加均勻，但采用此法生產的鈦粉成本高，目前一般用于航空航天領域。

鈦粉應用領域

1. 航空航天領域

鈦粉在航空航天領域的應用占比最高（約45%），主要用于制造發動機葉片、機身結構件、火箭燃料閥體等關鍵部件。鈦合金的高比強度（優于鋼）、耐高溫（可達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15%，較傳統機型提升3倍；國產大飛機C919的機翼肋條和長征火箭部件也大量采用鈦金屬。3D打印技術（如SLM、EBM）依賴高純度球形鈦粉（氧含量≤0.13%），可制造復雜結構件，例如渦輪盤和燃燒室。

2. 生物醫療領域

鈦粉在醫療領域的應用占比約25%-30%，核心場景包括骨科植入物（人工關節、脊柱融合器）、牙科修復材料（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年國內骨科鈦粉采購量同比增長31%，神經外科領域也開始探索鈦基神經支架和腦部植入物。

3. 汽車制造與新能源領域

鈦粉在汽車輕量化制造中占比約15%，應用于新能源汽車的電池托盤、底盤和發動機部件（如連桿、渦輪增壓器）。鈦合金可減輕部件重量20%-30%，提升續航能力，特斯拉和寶馬等企業已將其用于電動車底盤。在新能源領域，鈦粉用于氫燃料電池雙極板和太陽能電池板。此外，鈦基材料在核電設備耐蝕部件和風電葉片中的需求也在增長。

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打印領域對鈦粉的需求增速最快（年增長率超20%），主要依賴高流動性球形鈦粉。激光選區熔化（SLM）和電子束熔融（EBM）技術可制造復雜結構件，如航天器大型構件和個性化醫療植入物。鉑力特等企業已實現1米級鈦合金構件的打印，消費電子領域（如折疊屏手機鉸鏈）也推動鈦粉成本從600元/kg降至300元/kg以下。

5. 化工與能源領域

鈦粉用于制造化工設備（如反應釜、換熱器）、耐腐蝕管道和環保催化劑。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突出。在能源領域，鈦粉用于鋰離子電池負極材料和海水淡化設備，提升儲能效率和耐海水腐蝕性。

6. 消費品與體育器材

鈦粉在高端消費品中應用廣泛，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粉末冶金實現輕量化。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至30-40年，遠超傳統鋁合金部件的10年。

高端鈦粉亟需突破

我國鈦資源儲量與初級產品產量位居全球前列，但高端鈦粉長期面臨“卡脖子”困境?：依托攀西地區釩鈦磁鐵礦資源（鈦儲量占全球30%以上），國內海綿鈦產量已占全球60%以上，?但高純度微細鈦粉、3D打印用球形鈦粉等高端產品大部分仍依賴進口?，嚴重制約航空航天、生物醫療等戰略領域自主可控發展。因此，亟需通過?制備工藝升級?、?產業鏈協同?及?應用場景創新?突破瓶頸。

1.通過改進氫化脫氫（HDD）和等離子旋轉電極霧化技術（PREP），提升微細鈦粉（≤45μm）收得率并穩定控制氧含量至800ppm以下，滿足航空航天與醫療植入體嚴苛需求；

2.拓展3D打印領域應用，開發高球形度、低雜質鈦粉以適配折疊屏鉸鏈、衛星構件等精密制造場景，推動消費電子與航天器輕量化進程；

3.依托攀西地區鈦資源稟賦，構建“海綿鈦-鈦粉-終端產品”全產業鏈閉環，通過超軟海綿鈦制備技術突破實現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，減少能耗與污染，響應碳中和目標下可持續發展要求。

參考來源：

霍東興，等：鈦金屬制備方法的研究進展

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展及應用

吳文恒，等：增材制造用球形金屬粉末主要制備技術的研究進展

中研網、中國粉體網、陜西鳳翔鈦粉鈦材有限公司等

注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！進粉體產業交流群請加中國粉體網編輯部微信：18553902686