地球上最坚硬的金属是什么？

为了确定地球上最坚固的金属，我们需要制定一些基本规则。首先，有多种方法可以测量特定金属的强度。

抗拉强度，单位是磅/平方英寸（psi），反映了材料在不断裂的情况下所能承受的最大载荷。屈服强度测量引起永久变形所需的应力量。

钨是所有纯金属中屈服强度和抗拉强度最高的，可以说是世界上最坚固的金属。然而，它不是最硬的金属元素，甚至不是重量最大的金属。

说到纯金属，确定最强金属也会带来一个问题：最强金属必须是天然金属（非合金金属）还是多种不同金属的合金？钢被认为是地球上最坚固的合金。

让我们来看看地球上最坚固的金属以及它们令人惊讶的用途。

钨

钨具有最高的熔点（3695 K）和极限抗拉强度（142,000 psi）的任何天然金属。钨及其合金已被用来制造白炽灯泡和电视灯管的灯丝。

就其本身而言，这种稀有金属的莫氏硬度为7.5（金刚石为10），但碳化钨的化合物硬度要高得多（9.5），用于制造工具。

钢

钢是两种元素的合金：铁（金属）和碳（非金属）。钢合金的铁与钢以及任何附加金属的比例各不相同。例如，要制造不锈钢，就要把钢和铬结合起来。碳素钢含有较高比例的碳，使其比其他钢合金更坚固。

锇

锇是世界上密度最大的天然金属之一。然而，锇很脆，所以通常很少用于合金中。你可以在电路元件中找到锇。

铬

如果你认为强度就是硬度，你可能会认为铬是世界上最强的金属。铬的莫氏硬度为8.5，是地球上最硬的金属。它还能抵抗腐蚀，因此镀铬很受欢迎。

钛

钛以希腊神话中巨大的泰坦命名，它的抗拉强度与密度之比是地球上所有金属中最高的。钛合金（钛和其他金属的混合物）拥有地球上任何金属的最高强度重量比。纯钛和钢一样坚固，但重量轻45%。

钛令人印象深刻的强度重量比使钛合金成为飞机发动机和车身、火箭、导弹的首选材料——任何需要金属部件尽可能坚韧和轻便的应用。虽然它不是一种特别稀有的金属，但由于开采和生产它的成本很高，它很昂贵。

空客A380是世界上最大的客机，使用了77吨钛，主要用于其巨大的发动机。

由于20世纪30年代被称为“诺克斯工艺”的冶金创新，钛的商业锻造在20世纪40年代和50年代进入了全面发展阶段。第一个应用是军用飞机和潜艇（美国和俄罗斯），然后是20世纪60年代的商用飞机。

钛的发现

早在1791年，一位业余的英国矿物学家兼教堂牧师威廉·格雷戈尔在康沃尔镇附近的一条小溪里捞到了一些奇怪的黑沙子。有些沙子是磁性的，格雷戈尔断定这是氧化铁，但另一种物质是一个谜。它肯定是另一种氧化物，但不是皇家地质学会的记录。

1795年，德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗斯重新发现了这种奇怪的氧化物，并以希腊神话中奥林匹亚神之前的神的名字为其命名为氧化钛。

尽管纯钛是在18世纪晚期被发现的，但直到1910年，为通用电气工作的美国化学家马修·亨特才从氧化物中分离出纯钛。当时，他在一个密封的“炸弹”中发现了如何在高温高压下从氧化物中分离出这种银色金属。

钛不生锈

腐蚀是一种电化学过程，随着时间的推移会慢慢破坏大多数金属。当金属暴露在氧气中，无论是在空气中还是在水下，氧气都会夺取电子，形成我们所说的金属“氧化物”。最常见的腐蚀性氧化物之一是氧化铁，也就是铁锈。

但并不是所有的氧化物都会使底层金属受到腐蚀。当钛与氧气接触时，在其表面形成一层薄薄的二氧化钛（TiO2）。这个氧化层实际上保护下面的钛免受大多数酸、碱、污染和盐水的腐蚀。

钛的天然防腐性能使其不仅是飞机的理想材料，也是暴露在高腐蚀性盐水中的海底部件的理想材料。船的螺旋桨几乎都是用钛做的，船的内部压舱物和管道系统以及暴露在海水中的船上硬件也是如此。

钛存在于身体的各个部位，从头到脚

保护钛免受腐蚀的二氧化钛薄层也使其成为植入人体最安全的材料。钛具有完全的“生物相容性”，这意味着它无毒、无过敏性，甚至可以与人体组织和骨骼融合。

钛是外科手术的首选材料，用于骨和关节植入物、颅板、牙植入物的根部、人造眼睛和耳朵的支架、心脏瓣膜、脊柱融合物，甚至尿道支架。

钛之所以成为髋关节置换术和骨折钉的首选材料，还有一个原因是钛具有众所周知的高强度重量比，这使得植入物重量轻，而且它具有与人骨相同的弹性。

高尔夫球杆和其他运动器材的钛制秋千

随着纯钛的价格在20世纪后期下降，制造商开始为这种神奇的金属寻找更多的商业应用。钛的轻质强度使其非常适合体育用品。

最早的钛制高尔夫球杆是在20世纪90年代中期上市的，其中包括一根来自卡拉威的巨型高尔夫球杆，名为Great Big Bertha。与钢制或木制球杆相比，这些球杆价格昂贵，但它们的成功促使其他体育用品制造商开始涉足钛合金。

现在，你可以在任何重量、强度和耐用性都很关键的运动器材中找到钛：网球拍、长曲棍球棒、滑雪板、自行车架、棒球棒、远足和登山设备、露营装备，甚至是专业赛马的马蹄铁。

白色油漆（和蛋糕糖霜）中含有钛

每年生产的630万吨钛中，只有5%被锻造成金属。绝大多数都变成了二氧化钛，这种材料可以自然地保护钛免受腐蚀。二氧化钛在世界范围内被用作油漆、化妆品、药品和食品的无毒美白色素，包括白色蛋糕糖衣。

白色油漆过去是用含铅颜料染色的，但一旦人们知道铅对健康的影响，二氧化钛就取而代之了。事实证明，钛基颜料有一些很酷的特性。

房屋油漆工选择以钛为基础的白色油漆，因为它们具有防腐蚀作用，使用寿命更长。氧化钛具有极强的折光性，这使它比钻石更自然地发光，并产生一种特别明亮的白色阴影。

氧化钛还能反射红外光，这就是为什么钛基涂料总是用于太阳观测站的外部，以分散模糊图像的红外光。