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非傳統加工技術-期末報告 高爾夫球頭 | 鋁合金與其製程介紹 班級：奈米四乙 學號：4A014906 姓名：張景翔 教師：戴子堯 教授 一.前言 在近20年來，高爾夫球頭在材質上有著非常革命性的改變。從有高爾夫 球這項運動開始，一直到1970年末期，柿木製木桿一直都是球桿上的主導。 大約在1980年初柿木製頭已經慢慢被鐵製頭取代。 而近些年來，鈦合金又逐漸的取代鐵製木桿,因為鈦合金本身的材質兼顧了 硬和輕的特點，所以非常適合拿來做開球木桿，因為鈦合金材質很硬所以它的 球頭可以做的比較大也可以增加甜蜜點，比起以往鐵頭木桿，傳統式鐵頭是1 80cc容量，而現在的鈦合金頭卻可以做到250cc-300cc左右，所以現在的鈦合 金頭不但讓球友拿的輕，更能打的遠，人人都可以是老虎伍茲。 鐵桿可分為鍛造及鑄造兩種，鍛造價格較貴但型體和觸感較佳，適合職業 級的好手；鑄造為凹背式居多，擊球甜蜜點較廣，適合一般素人。 二.鈦與鈦合金介紹 (一)鈦的由來與發展 鈦(Titanium)是1795年德國科學家克拉普羅特(Klaproth)研究金紅石 (Rutile)所發現，以希臘神話中的大力士神泰坦(Titans)為其命名，鈦元素在 地球上儲量相當豐富，全球鈦鐵礦儲量約14億噸，金紅石儲量約1億噸， 儲量僅次於鋁、鐵、鎂，排名第四，以目前鈦金屬使用量估算，今後200 年全世界不用擔心鈦資源枯竭。鈦的活性很大，在自然界中不會以純金屬 狀態存在，主要以金紅石(TiO2)和鈦鐵礦(FeTiO2)的形式存在，主要礦產 地是在美國、澳洲、印度及加拿大等國家。 由於鈦的高溫活性相當大，容易與氧、氫、碳、氮反應，提煉相當困 難，到了1910年才由美國Matthew Albert Hunter在鋼瓶中用鈉還原TiCl4，首 次獲得含氧量低的純鈦，此法後來也成為工業中的鈉還原法。1940年盧森 堡化學家Wilhelm Justin Kroll進一步研發出鎂還原法(Kroll法)，Kroll使用鎂 在惰性氣體下還原TiCl4提煉大量純鈦，後來成為工業界提煉鈦金屬的主 流方法，此法提煉出之鈦因多孔性有著海綿的外觀，因此稱為海綿鈦。 第二次世界大戰後，許多國家發現鈦合金對國防工業發展的重要性， 因此積極投入鈦合金研發，很快的鈦合金成為航空、軍事、石化等工業不 可或缺的關鍵材料，並廣為延伸應用到民生、生醫、能源、船舶等領域。 (二)純鈦及鈦合金特性 純鈦及鈦合金具有比強度高、耐蝕性佳、彈性模數低、耐熱性好、低 溫性能佳、高生物相容性、熱傳係數低、多彩的氧化膜及無磁性…等特點， 廣為應用於民生、石化、航太、軍事、醫療等產業。近年來各國開發之鈦 合金種類超過100種，實際商業化的鈦合金約40~50種。 1.比強度(抗拉強度/密度)高 比強度是指材料抗拉強度與密度的比值，比強度高的材料可滿足現 代飛機減輕結構重量和提高飛行速度的目標。鈦合金抗拉強度與一般高 強度結構鋼相當，但鈦的密度4.5g/cm3，約只有鋼的60%，因此比強度 較高強度結構鋼高。鋁合金和鎂合金的密度較低，分別只有鈦合金的6 0%及40%左右，但二者的抗拉強度不到鈦合金的1/3，因此比強度也較 鈦合金低(表1)。鈦合金是所有金屬中比強度最高者。 2.耐蝕性佳 鈦在常溫下於表面會形成一層數百個?、穩定性高、附著力強的氧 化膜(TiO2、Ti2O3、TiO)，且損傷後能立即再生，因此鈦具有優異的抗 蝕性質。鈦在潮濕環境、海水、含氯溶液、次氯酸塩、硝酸、鉻酸及一 般氧化性酸環境下都具優異的抗腐蝕特性。鈦和不銹鋼在氧化性環境下 皆能抵抗腐蝕，但鈦較不銹鋼更能抵抗氯化物的腐蝕環境，常用於化工 桶槽、板式及管式熱交換器。但鈦在一些會反應產生氫氣的環境下(例 如:鹽酸、硫酸)是不耐腐蝕的，如果在還原性酸中加入少量的氧化劑(例 如:鹽酸+少量硝酸，硫酸+少量硝酸)，則可使鈦表面形成氧化膜，提高 抗蝕特性。由於鈦的氧化膜通常是和水作用形成的，若鈦暴露於完全沒 有水的強氧化性環境下，會因快速氧化而出現自燃的現象。 3.彈性