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铝vs钛

小杜


目前我们在户外所使用的炊具与餐具的主流产品都是由铝(Aluminum)合金制成,而新近的钛(Titanium)合金系列产品也逐渐在市场中崭露头角。我们现在就将两者进行一番分析与比较。

应用较早的铝
先从铝开始说起,地壳中铝的含量达到7.73%,是含量最为丰富的金属元素,这就使得铝材料在目前可以得到广泛的使用,廉价并且容易获得。从使用角度而言,铝本身就是制作炊具与餐具的绝佳材料:铝的密度为2.70克/立方厘米,是最为轻巧的金属元素之一;熔点为660.4摄氏度,远高于一般的烹饪温度;具有非常良好的延展性,方便加工;具有良好的导热性,铝制煮食器皿受热后只流失7%的热量,与不锈钢或生铁炊具相比,铝具只消耗四分一的热能。铝材料最初被用于餐具始于法国拿破仑三世时期,由于提炼工艺的不成熟,当时的铝制品非常昂贵,只有王室成员和贵族来宾才能荣幸地用铝匙和铝叉用餐。估计这位国王永远也不会想到今天的这样一个铝锅、铝勺遍地泛滥的场面。铝制炊具的广泛使用开始于上世纪六十年代。

高成本的钛
目前,市场上最为出彩的无疑是标着“稀有金属”标签的钛(Titanium)合金产品。首先是要纠正很多朋友的一个认识误区:钛在自然界中的分布其实非常广泛,地壳中钛的含量为4400克/吨,仅次于铝、铁、镁,位列第四,是常见的铜、镍、铅、锌的总量的16倍。我们之所以称钛为“稀有金属”,实际上是指它是“难溶稀有金属”,这一系列金属包括钛(Ti)、钒(V)、钨(W)、铂(Mo)、铌(Nb)、钽(Ta)、锆(Za)、铪(Hf)八个成员,共同特点就是熔点高不易提炼,钛的熔点达到1667摄氏度。钛之前一直主要用于航天军工精密部件,开始广泛民用化也就是最近十年的事,这主要是因为它具有所有工业金属材料中最高的比强度(抗拉强度和密度之比),钛的密度为4.54克/立方毫米,室温状态下其抗拉强度为33.6—67.2千克/平方毫米(纯钛抗拉强度最高可达180千克/平方毫米),挤压强度为40%—55%,整体强度是铝的两倍,比强度是铝的1.3倍,而且它在-253摄氏度到500摄氏度这样宽的温度范围内都能保持如此高的强度。
钛被用于炊具还在于它具有抗腐蚀性强、生物相容性好、弹性模量低、无铁磁性的特性,但钛是化学活性高的金属,与氧的亲合力极大,极易发生反应,因而在熔炼、铸造、热加工和热处理等环节都要求极高,而且成材率低,这在无形中增加了很多成本,也使得目前的钛产品售价居高不下,难以亲近普通消费者。钛还有一大特性就是热记忆功能,它能与金属镍一起制成“记忆合金”。用这种“记忆合金”制成的物件在变形后,只须用80摄氏度以上的热水冲洗,便会自动恢复原状,不过这一技术倒还没有在炊具与餐具的产品中使用,缺乏实际数据说明,只是从理论上而言可行,在成本控制方面可能存在问题。随便提一句,我国攀枝花的钛矿几乎占世界钛资源总量的一半。

互有胜负的比拼
在分别列举了二者的特点之后,我们具体结合炊具与餐具本身来讨论铝合金与钛合金材料的优劣,让它们来直接PK。
对于炊具而言,最为重要的无疑是它们的烹饪性能。铝具有非常良好的热传导性能,而钛的导热性能则不理想,两者的导热系数比达到了13:1,因此在受热时,钛合金炊具往往不能急速升温,这样就很容易导致炊具的温度分布不均,煮咖啡还问题不大,但如果是做菜做饭,就可能导致一锅满是焦糊锅巴的夹生饭出炉,这对那些喜欢卖弄厨艺的朋友可是一个巨大的考验。
再来比较重量。钛的比重不到铝的两倍(4.54:2.70),由于各自的强度原因,目前钛锅的壁厚已经可以做到0.4毫米,而铝锅还在向1毫米努力(铝锅还因为厚度的降低带来了强度小容易形变的问题),这就使得在相同容积情况下钛锅会显得比铝锅轻巧一些,这对轻量化装备爱好者而言无疑是一个极其美丽的诱惑。
再看耐腐蚀性。钛是具有强烈钝化倾向的金属,在空气中或含氧的介质中会在其表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜,保护钛基体不被腐蚀,即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生,介质温度在315摄氏度以下钛的氧化膜始终可以保持这一特性。而铝材表面的氧化铝层需要依赖专门的表面处理技术,其抗腐蚀性能和抗刮性也会因为技术的不同而差异巨大(目前的阳极氧化铝在这个问题上做出了突破,下文会专门提到)。目前炊具中广泛使用的特伏龙涂层为有机聚合物,不耐高温还不耐剐,这也增加了铝炊具的不确定性。
从安全角度而言,虽然目前关于铝元素对于人体有害的问题还没有定论,但是金属铝一旦进入人体内还是可能会对中枢神经系统产生慢性损害,这也在提醒我们尽量不要去损害铝炊具的氧化膜,这层膜实际上是在对使用者本身进行保护。这一问题在钛方面完全不存在。
爱美之心,人皆有之。炊具也是如此。铝材容易加工,其染色工艺更加出色,铝制品可以做得更为复杂漂亮;钛制品虽然难以加工,却可以做到终身不褪色,永葆青春,今年获奖的BRUNTON钛勺就非常吸引人,堪称艺术品。
从经济成本角度而言,当然铝产品具有绝对优势,这其实就是为什么铝制炊具与餐具在市面上广为流行的真正原因。

阳极氧化铝的提升
最后要把阳极氧化铝(Hard Anodized Aluminium)专门列出来进行说明。阳极氧化(Anodizing)就是在铝的表面形成一层坚硬的氧化铝层的过程。其实就是上面提到的铝层处理技术的一种,但是其生成的膜却具有一般处理技术难以达到的强度,其主要生成工艺是进行阳极电化学处理。这一技术于上世纪60年代开始被美国广泛运用于航天工业作为防腐蚀层,高档手表的蓝宝石外壳也是阳极氧化铝成品。
现在它已被运用在不少铝制户外炊具中,BRUNTON与JETBOIL都在自己的全线铝制产品中运用了阳极氧化铝。这一氧化铝层具有非同一般的硬度和抗腐蚀性能,可以保证镀膜不轻易受磨损并且增加了铝锅的表面强度,在保留铝材料所有特性与低价格的基础上,还在某种程度上解决了铝锅一直被人诟病的强度与防蚀问题,在这一方面上向钛有了进一步的靠拢。

原文刊登于《户外探险》2006年6月刊

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本文作者: 路客
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