钛制品：从“顶流”到“主流”还有多远

  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。

  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和电子结构。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，晶格结构可以轻松又有效分散应力，使钛在保持轻盈的同时异常坚固。

  与此同时，钛的耐腐的能力极为出色。“这种耐腐蚀性与钛的自钝化特性紧密关联。”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为，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。实验根据结果得出，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。

  “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，钛优势显著。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的需求相对有限。

  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——经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）。这在某种程度上预示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，这使得其成型工艺流程复杂且成本较高。其次是导热性能缺陷。钛的导热系数仅为铝的1/16，用钛制品烹饪时有可能会出现冷热岛效应——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”。这种受热不均匀会极度影响烹饪效果。

  “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。

  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，已在高端电子科技类产品中得到初步应用。