科技日报：钛制品兴起，优势明显却存短板，能否成主流材质？

科技日报 记者 陈曦

轻量化优势明显但仍存在短板

最近，市场上悄然流行起“钛热”现象。无论是日常生活中常用的钛制杯子、钛制锅具，还是配备了智能功能的高端钛电饭煲，钛制品都成为了部分消费者青睐的新宠。据商家介绍，这些产品具有轻便、耐腐蚀的特点，同时对人体健康大有裨益。

钛制品真的堪称完美无缺吗？这一新兴的“热门”材料是否将占据主流地位？近日，科技日报的记者对南开大学化学学院的副教授朱宝林进行了专访。

苗条、耐腐蚀的“大力士”

钛元素位于化学元素周期表的第22位，由英国科学家格雷戈尔于1791年首次发现。然而，直至1948年，钛才得以实现工业化生产，开始逐渐受到关注。如今，钛在航空航天以及日常用品等多个领域展现出其独特的光彩。

在商场挑选钛制茶杯时，我们首先会感到其“异常轻盈”。相较于不锈钢制品的沉重，钛的这种轻盈特性显得格外突出，这也是钛制品广受欢迎的一个关键因素。

钛的密度仅有4.5克每立方厘米，这一数值仅是铁的57%，然而，它的强度却可以与钢材相媲美，仿佛是一位身材苗条的“大力士”。朱宝林解释道，这种独特的特性主要归功于钛原子独特的排列方式和电子结构。在金属的晶体结构中，钛原子通过强大的金属键紧密有序地排列，其晶格结构能够有效地分散应力，从而使得钛材料在保持其轻盈特性的同时，也展现出了非凡的坚固性。

与此同时，钛的抗腐蚀性能十分显著。“这种特性与钛本身具备的自钝化功能紧密相连。”朱宝林进一步阐述道，钛一旦暴露于空气中，其表面便会迅速生成一层厚度介于2纳米到5纳米之间的紧密氧化钛膜。这层薄膜拥有令人称奇的自我修复能力——即便遭受轻微划痕，只要接触到氧气，便能迅速恢复原状。

2018年，日本科研机构的实验数据表明，钛在海水中的腐蚀速度仅仅是不锈钢的千分之一。正因如此，在日常生活中，当普通金属在油烟、水和调味品的侵蚀下容易受损时，钛制品却能保持其亮丽的外观。

此外，钛的惰性特性保证了它在极为酸碱的环境中依然能够保持极高的稳定性，金属离子几乎不会从其表面析出。实验数据表明，使用钛制锅具烹制pH值为2.5的番茄酱长达4小时，钛的溶出量仅为0.0003毫克/千克，这比不锈钢的溶出量低达五十倍。

某些优势或被高估

钛热现象能否长久持续？朱宝林指出，就材料特性而言，钛的稳定性显著优于其他材料。这一点上，钛具有显著优势。但钛的“健康益处”或许被过分夸大了。在正确使用的前提下，普通的304不锈钢同样安全可靠，且在价格上更具优势。此外，钛制品的轻便性虽然是一项显著优点，然而这一特性主要在露营、徒步等特定的户外活动中得到体现，而在日常生活中的实际应用需求则相对较少。

朱宝林指出，商家对于钛制品的高级感宣传可能过于夸张。纯钛本身呈现暗灰色，但市面上那些色彩多样的钛杯，实际上是通过阳极氧化技术实现的——该技术通过调节氧化膜的厚度，从而产生光的干涉效应，创造出多种颜色。至于所谓的钛合金锅，它们大多使用的是Ti-6Al-4V合金材料，这种合金含有6%的铝和4%的钒。这种材质的强度虽有所提升，然而其导热率（7.2瓦/米·度）却不及纯钛（21.9瓦/米·度）。由此可见，某些钛合金锅在加热均匀性方面，或许甚至不如那些导热率在15至20瓦/米·度之间的普通不锈钢锅。

与此同时，钛材料存在一些不足之处。首先，其成型加工难度较大。在高温条件下，钛材料容易与模具产生化学反应，而进行冷加工时又需承受极高的压力，这导致其成型加工过程既复杂又昂贵。其次，钛的导热性能也存在明显缺陷。钛的导热系数仅为铝的十六分之一，因此在使用钛制品进行烹饪时，很容易出现局部区域温度过高形成“热岛”，而其他区域温度较低形成“冷岛”的现象。这种受热不均匀会严重影响烹饪效果。

在材料科学界，并无一成不变的霸主。尽管钛制品在减轻重量和抵抗腐蚀方面有着显著优势，但若要成为广泛接受的消费品，还需跨越诸多障碍。朱宝林指出，目前钛制品的售价普遍比不锈钢产品高出5至8倍，这使得消费门槛相对较高。随着3D打印技术的进步，钛制品的成型和加工难题有望得到解决，然而，原材料成本的高企依旧对其发展构成制约。

目前，材料科学家培育的其他材料正在成为钛的有力竞争者。

镁合金密度较钛低六成，因轻质化和优秀的导热性能而成为强劲的竞争对手，尽管如此，它还需解决易受腐蚀的问题。锆合金在生物相容性方面胜过钛合金，并且具有卓越的抑菌效果，然而，由于资源稀缺，其价格自然居高不下。高熵合金由多种金属组合而成，能够根据需求调整强度和耐腐蚀性等特性，不过，其加工过程相对复杂。液态金属以其超凡的强度和精确的成型能力而著称，已经在高端电子产品领域开始了初步的应用。

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