钛制品：从“顶流”到“主流”还有多远

◎本报记者 陈 曦

轻量化优势明显但仍存在短板

近期，消费市场悄然兴起“钛热”。从日常使用的钛杯、钛锅，到搭载智能功能的高端钛电饭煲，钛制品成为部分消费者的新选择。相关商家称，这类产品轻量化、耐腐蚀，更有益于人体健康。

那么，钛制品真的如此完美吗？这位新晋“顶流”会成为主流材质吗？科技日报记者日前采访了南开大学化学学院副教授朱宝林。

苗条、耐腐蚀的“大力士”

钛是化学元素周期表中第22号元素，1791年被英国科学家格雷戈尔发现。它直到1948年实现工业化生产才崭露头角，如今在航空航天及生活用品领域大放异彩。

当我们在商场拿起一个钛杯时，第一感觉可能是“出乎意料的轻”。钛的轻与不锈钢的重形成鲜明对比，这是钛走红的原因之一。

“钛的密度仅为4.5克/立方厘米，约为铁的57%，却拥有匹敌钢材的强度，好比苗条的‘大力士’。”朱宝林介绍，这种特性源于钛原子特殊的排列方式以及电子结构。在金属晶体结构中，钛原子依靠强金属键实现紧密有序排列，晶格结构可以有效分散应力，使钛在保持轻盈的同时异常坚固。

与此同时，钛的耐腐蚀性极为出色。“这种耐腐蚀性与钛的自钝化特性密切相关。”朱宝林解释，当钛暴露在空气中，其表面会瞬间形成一层厚度仅2纳米至5纳米的致密氧化钛薄膜。这层薄膜具有惊人的“自愈”能力——即使被轻微划伤，只要接触氧气就能立即再生。

2018年日本科研机构的实验结果显示，钛在海水中的腐蚀速率仅为不锈钢的1/1000。因此在日常生活中，面对油烟、水及调味品的潜在腐蚀，普通金属轻易便“败下阵来”，而钛制品却始终光鲜。

除此之外，钛的惰性使其在极端酸碱环境中也能展现出极强的稳定性，几乎不会析出金属离子。实验结果表明，用钛锅烹饪pH值2.5的番茄酱4小时后，钛溶出量低于0.0003毫克/千克，仅为不锈钢的1/50。

某些优势或被高估

“钛热”会一直持续下去吗？朱宝林认为，从材料属性来看，钛的稳定性远超其他材料。在这方面，钛优势明显。然而，钛的“健康价值”可能被高估了。普通304不锈钢在正确使用的情况下同样安全且价格更具竞争力。此外，钛制品的轻量化特性虽为一大亮点，但该优势更多体现在露营、徒步等特定户外场景中，在日常生活中的实际需求相对有限。

不仅如此，朱宝林认为现在商家对于钛制品的高级感存在过度营销之嫌。纯钛呈暗灰色，市面上色彩斑斓的钛杯则采用了阳极氧化技术——通过控制氧化膜厚度引发光的干涉效应形成丰富色彩。而所谓的钛合金锅多采用Ti-6Al-4V合金材质（含6%铝、4%钒）。这种材料虽然强度更高，但导热系数（7.2瓦/米·度）反而低于纯钛（21.9瓦/米·度）。这意味着某些钛合金锅的加热均匀性可能还不如导热系数15—20瓦/米·度的传统不锈钢锅。

与此同时，钛还存在一些短板。首先是成型加工难。钛在高温环境下易与模具发生化学反应，而冷加工又需要极大压力，这使得其成型加工过程复杂且成本较高。其次是导热性能缺陷。钛的导热系数仅为铝的1/16，用钛制品烹饪时容易出现冷热岛效应——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”。这种受热不均匀会严重影响烹饪效果。

“在材料科学领域，没有永恒的王者。钛制品虽在轻量化、耐腐蚀方面表现突出，但要真正成为主流消费品仍需突破多重壁垒。”朱宝林说，当前钛制品的价格普遍是不锈钢产品的5倍至8倍，消费门槛较高。随着3D打印技术发展，钛制品的成型加工难题或得到解决，但原料成本居高不下仍会限制其发展。

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。

镁合金比钛密度低60%，凭借极致的轻量化和良好导热性成为有力竞争者，但它需要克服易腐蚀的弱点。锆合金的生物相容性优于钛，且抑菌性能出色，但其资源稀缺导致价格高昂。高熵合金由多种金属构成，具有可定制强度、耐蚀性等特性，但加工难度大。液态金属则拥有超高强度和精密成型能力，已在高端电子产品中得到初步应用。