Det hårdeste metal i verden (Titanium, Chromium og Tungsten). Hvad er titanium som et kemisk grundstof

De mest betydningsfulde for den nationale økonomi var og forbliver legeringer og metaller, der kombinerer lethed og styrke. Titanium tilhører denne kategori af materialer og har desuden fremragende korrosionsbestandighed.

Titanium er et overgangsmetal fra 4. gruppe i 4. periode. Dens molekylvægt er kun 22, hvilket indikerer materialets lethed. Samtidig er stoffet kendetegnet ved enestående styrke: blandt alle strukturelle materialer er det titanium, der har den højeste specifikke styrke. Farven er sølvhvid.

Hvad er titanium, vil videoen nedenfor fortælle:

Koncept og funktioner

Titanium er ret almindeligt – det indtager 10. pladsen hvad angår indholdet i jordskorpen. Det var dog først i 1875, at et virkelig rent metal blev isoleret. Før dette blev stoffet enten opnået med urenheder, eller dets forbindelser blev kaldt metallisk titanium. Denne forvirring førte til, at metalforbindelserne blev brugt meget tidligere end selve metallet.

Dette skyldes materialets ejendommelighed: De mest ubetydelige urenheder påvirker væsentligt et stofs egenskaber, nogle gange helt fratager det dets iboende kvaliteter.

Således fratager den mindste fraktion af andre metaller titanium varmebestandighed, hvilket er en af ​​dets værdifulde kvaliteter. Og en lille tilføjelse af et ikke-metal gør et holdbart materiale til et sprødt og uegnet til brug.

Denne funktion opdelte straks det resulterende metal i 2 grupper: teknisk og rent.

• Den første bruges i de tilfælde, hvor der er størst behov for styrke, lethed og korrosionsbestandighed, da titanium aldrig mister den sidste kvalitet.
• Materiale med høj renhed bruges, hvor der er behov for et materiale, der fungerer under meget høje belastninger og høje temperaturer, men som samtidig er let. Dette er selvfølgelig fly- og raketvidenskab.

Det andet særlige træk ved stof er anisotropi. Nogle af dens fysiske kvaliteter ændrer sig afhængigt af påføringen af ​​kræfter, hvilket skal tages i betragtning ved påføring.

Under normale forhold er metallet inert, korroderer hverken i havvand eller i hav- eller byluft. Desuden er det det mest biologisk inerte stof, man kender, på grund af hvilket titaniumproteser og implantater er meget udbredt i medicin.

Samtidig, når temperaturen stiger, begynder den at reagere med ilt, nitrogen og endda brint og absorberer gasser i flydende form. Denne ubehagelige egenskab gør det ekstremt vanskeligt både at få fat i selve metallet og at fremstille legeringer baseret på det.

Sidstnævnte er kun muligt ved brug af vakuumudstyr. Den mest komplekse produktionsproces har forvandlet et ret almindeligt element til et meget dyrt.

Binding med andre metaller

Titanium indtager en mellemposition mellem de to andre velkendte strukturelle materialer - aluminium og jern, eller rettere sagt jernlegeringer. I mange henseender er metallet sine "konkurrenter" overlegent:

• den mekaniske styrke af titanium er 2 gange højere end for jern og 6 gange højere end for aluminium. I dette tilfælde øges styrken med faldende temperatur;
• korrosionsbestandighed er meget højere end for jern og endda aluminium;
• Ved normale temperaturer er titanium inert. Men når den stiger til 250 C, begynder den at optage brint, hvilket påvirker egenskaberne. Med hensyn til kemisk aktivitet er det ringere end magnesium, men desværre overgår det jern og aluminium;
• metallet leder elektricitet meget svagere: dets elektriske modstand er 5 gange højere end for jern, 20 gange højere end for aluminium og 10 gange højere end for magnesium;
• termisk ledningsevne er også meget lavere: 3 gange mindre end jern 1 og 12 gange mindre end aluminium. Denne egenskab resulterer imidlertid i en meget lav termisk udvidelseskoefficient.

Fordele og ulemper

Faktisk har titanium mange ulemper. Men kombinationen af ​​styrke og lethed er så efterspurgt, at hverken den komplekse fremstillingsmetode eller behovet for ekstraordinær renhed stopper metalforbrugerne.

De utvivlsomme fordele ved stoffet omfatter:

• lav densitet, hvilket betyder meget lidt vægt;
• exceptionel mekanisk styrke af både selve titaniummetallet og dets legeringer. Med stigende temperatur overgår titanlegeringer alle aluminium- og magnesiumlegeringer;
• forholdet mellem styrke og tæthed - specifik styrke når 30-35, hvilket er næsten 2 gange højere end for de bedste strukturelle stål;
• i luft er titanium belagt med et tyndt lag oxid, som giver fremragende korrosionsbestandighed.

Metal har også sine ulemper:

• Korrosionsbestandighed og inerthed gælder kun for ikke-aktive overfladeprodukter. Titanstøv eller spåner, for eksempel, antændes spontant og brænder ved en temperatur på 400 C;
• en meget kompleks metode til at opnå titaniummetal giver en meget høj pris. Materialet er meget dyrere end jern, eller;
• evnen til at absorbere atmosfæriske gasser med stigende temperatur kræver brug af vakuumudstyr til smeltning og opnåelse af legeringer, hvilket også øger omkostningerne betydeligt;
• titanium har dårlige antifriktionsegenskaber - det virker ikke for friktion;
• metal og dets legeringer er tilbøjelige til brintkorrosion, hvilket er svært at forhindre;
• titanium er svært at bearbejde. Svejsning er det også vanskeligt på grund af faseovergangen under opvarmning.

Titaniumplade (foto)

Egenskaber og karakteristika

Stærkt afhængig af renlighed. Referencedata beskriver naturligvis rent metal, men teknisk titaniums egenskaber kan variere markant.

• Metallets densitet falder ved opvarmning fra 4,41 til 4,25 g/cm3 Faseovergangen ændrer densiteten med kun 0,15 %.
• Metallets smeltepunkt er 1668 C. Kogepunktet er 3227 C. Titanium er et ildfast stof.
• I gennemsnit er trækstyrken 300–450 MPa, dog kan dette tal øges til 2000 MPa ved at ty til hærdning og ældning samt indførelse af yderligere elementer.
• På HB-skalaen er hårdheden 103, og det er ikke grænsen.
• Varmekapaciteten af ​​titanium er lav - 0,523 kJ/(kg K).
• Specifik elektrisk modstand - 42,1 10 -6 ohm cm.
• Titanium er en paramagnet. Når temperaturen falder, falder dens magnetiske modtagelighed.
• Metal som helhed er kendetegnet ved duktilitet og formbarhed. Disse egenskaber er dog stærkt påvirket af ilt og nitrogen i legeringen. Begge elementer gør materialet sprødt.

Stoffet er modstandsdygtigt over for mange syrer, herunder salpetersyre, svovlsyre i lave koncentrationer og næsten alle organiske syrer undtagen myresyre. Denne kvalitet sikrer, at titanium er efterspurgt i den kemiske, petrokemiske, papirindustri og så videre.

Struktur og sammensætning

Titanium - selvom det er et overgangsmetal, og dets elektriske resistivitet er lav, er det ikke desto mindre et metal og leder elektrisk strøm, hvilket betyder en ordnet struktur. Når den opvarmes til en bestemt temperatur, ændres strukturen:

• op til 883 C er α-fasen stabil med en densitet på 4,55 g/cu. se Det er kendetegnet ved et tæt sekskantet gitter. Ilt opløses i denne fase med dannelsen af ​​interstitielle opløsninger og stabiliserer α-modifikationen - skubber temperaturgrænsen;
• over 883 C er β-fasen med et kropscentreret kubisk gitter stabil. Dens tæthed er noget mindre - 4,22 g / cu. se Brint stabiliserer denne struktur - når det opløses i titanium, dannes der også interstitielle opløsninger og hydrider.

Denne funktion gør metallurgens arbejde meget vanskeligt. Opløseligheden af ​​brint falder kraftigt, når titanium afkøles, og hydrogenhydrid, γ-fasen, udfældes i legeringen.

Det giver koldrevner under svejsning, så producenterne skal arbejde ekstra hårdt efter at have smeltet metallet for at rense det for brint.

Om hvor du kan finde og hvordan man laver titanium, vil vi fortælle nedenfor.

Denne video er dedikeret til beskrivelsen af ​​titanium som et metal:

Produktion og minedrift

Titanium er meget almindeligt, så med malme, der indeholder metal, og i ret store mængder, er der ingen vanskeligheder. Råvarerne er rutil, anatase og brookit - titandioxid i forskellige modifikationer, ilmenit, pyrophanit - forbindelser med jern og så videre.

Men det er komplekst og kræver dyrt udstyr. Fremgangsmåderne er noget forskellige, da malmens sammensætning er anderledes. For eksempel ser ordningen for at opnå metal fra ilmenitmalme sådan ud:

• opnår titaniumslagge - bjergarten fyldes i en lysbueovn sammen med et reduktionsmiddel - antracit, trækul og opvarmes til 1650 C. Samtidig udskilles jern, som bruges til at fremstille støbejern og titaniumdioxid i slaggen ;
• slagge er kloreret i mine- eller saltklorinatorer. Essensen af ​​processen er at omdanne fast dioxid til gasformigt titantetrachlorid;
• i modstandsovne i specielle kolber reduceres metallet med natrium eller magnesium fra klorid. Som et resultat opnås en simpel masse - en titansvamp. Dette er teknisk titanium, der er velegnet til fremstilling af f.eks. kemisk udstyr;
• hvis der kræves et renere metal, tyer de til raffinering - mens metallet reagerer med jod for at opnå gasformigt iodid, og sidstnævnte, under påvirkning af temperatur - 1300-1400 C, og elektrisk strøm, nedbrydes og frigiver rent titanium. En elektrisk strøm tilføres gennem en titantråd spændt i en retort, hvorpå et rent stof aflejres.

For at opnå titanium ingots smeltes titansvampen ned i en vakuumovn for at forhindre brint og nitrogen i at opløses.

Prisen på titanium per 1 kg er meget høj: afhængigt af renhedsgraden koster metallet fra $ 25 til $ 40 per 1 kg. På den anden side vil tilfældet med et syrefast rustfrit stålapparat koste 150 rubler. og vil ikke vare mere end 6 måneder. Titanium vil koste omkring 600 r, men er i drift i 10 år. Der er mange titanium produktionsfaciliteter i Rusland.

Anvendelsesområder

Indflydelsen af ​​rensningsgraden på de fysiske og mekaniske egenskaber tvinger os til at betragte det fra dette synspunkt. Så teknisk, det vil sige ikke det reneste metal, har fremragende korrosionsbestandighed, lethed og styrke, som bestemmer dets brug:

• kemisk industri– varmevekslere, rør, huse, pumpedele, fittings og så videre. Materialet er uundværligt i områder, hvor syrebestandighed og styrke er påkrævet;
• transportbranchen- stoffet bruges til at fremstille køretøjer fra tog til cykler. I det første tilfælde giver metallet en mindre masse af forbindelser, hvilket gør trækkraften mere effektiv, i sidstnævnte giver det lethed og styrke, det er ikke for ingenting, at en titanium cykelramme betragtes som den bedste;
• flådeanliggender- titanium bruges til at lave varmevekslere, udstødningslyddæmpere til ubåde, ventiler, propeller og så videre;
• i konstruktion meget brugt - titanium - et fremragende materiale til efterbehandling af facader og tage. Sammen med styrke giver legeringen en anden fordel, der er vigtig for arkitekturen - evnen til at give produkter den mest bizarre konfiguration, evnen til at forme legeringen er ubegrænset.

Det rene metal er også meget modstandsdygtigt over for høje temperaturer og bevarer sin styrke. Ansøgningen er indlysende:

• raket- og flyindustrien - beklædning er lavet af det. Motordele, fastgørelseselementer, chassisdele og så videre;
• medicin - biologisk træghed og lethed gør titanium til et meget mere lovende materiale til proteser, op til hjerteklapper;
• kryogen teknologi - titanium er et af de få stoffer, der, når temperaturen falder, kun bliver stærkere og ikke mister plasticitet.

Titanium er et strukturelt materiale af højeste styrke med en sådan lethed og duktilitet. Disse unikke egenskaber giver ham en stadig vigtigere rolle i den nationale økonomi.

Videoen nedenfor vil fortælle dig, hvor du kan få titanium til en kniv:

Fysiske og kemiske egenskaber af titanium, opnåelse af titanium

Brugen af ​​titanium i ren form og i form af legeringer, brugen af ​​titanium i form af forbindelser, den fysiologiske virkning af titanium

Afsnit 1. Historie og forekomst af titanium i naturen.

Titan -dette er et grundstof af en sekundær undergruppe af den fjerde gruppe, den fjerde periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer i D. I. Mendeleev, med atomnummer 22. Det simple stof titanium (CAS-nummer: 7440-32-6) er et lys sølv-hvidt metal. Det eksisterer i to krystallinske modifikationer: α-Ti med et hexagonalt tætpakket gitter, β-Ti med en kubisk kropscentreret pakning, temperaturen af ​​den polymorfe transformation α↔β er 883 °C. Smeltepunkt 1660±20 °C.

Historie og tilstedeværelse i naturen af ​​titanium

Titan blev opkaldt efter de gamle græske karakterer Titans. Den tyske kemiker Martin Klaproth navngav det på denne måde af sine personlige årsager, i modsætning til franskmændene, der forsøgte at give navne i overensstemmelse med grundstoffets kemiske egenskaber, men siden da grundstoffets egenskaber var ukendte, blev et sådant navn valgt.

Titanium er det 10. grundstof i forhold til antallet af det på vores planet. Mængden af ​​titanium i jordskorpen er 0,57 vægtprocent og 0,001 milligram pr. 1 liter havvand. Titaniumforekomster er placeret på territoriet af: Republikken Sydafrika, Ukraine, Rusland, Kasakhstan, Japan, Australien, Indien, Ceylon, Brasilien og Sydkorea.

Med hensyn til fysiske egenskaber er titanium et let sølvfarvet metal, derudover er det kendetegnet ved høj viskositet under bearbejdning og er tilbøjeligt til at klæbe til skæreværktøjet, så specielle smøremidler eller sprøjtning bruges til at eliminere denne effekt. Ved stuetemperatur er den dækket med en gennemskinnelig film af TiO2-oxid, på grund af hvilken den er modstandsdygtig over for korrosion i de fleste aggressive miljøer, undtagen alkalier. Titanstøv har evnen til at eksplodere, med et flammepunkt på 400 °C. Titaniumspåner er brandfarlige.

For at fremstille rent titanium eller dets legeringer bruges titaniumdioxid i de fleste tilfælde med et lille antal forbindelser inkluderet i det. For eksempel et rutilkoncentrat opnået ved forædling af titaniummalme. Men reserverne af rutil er ekstremt små, og i forbindelse hermed anvendes den såkaldte syntetiske rutil- eller titaniumslagge, der opnås ved forarbejdning af ilmenitkoncentrater.

Opdageren af ​​titanium anses for at være den 28-årige engelske munk William Gregor. I 1790, mens han udførte mineralogiske undersøgelser i sit sogn, henledte han opmærksomheden på udbredelsen og de usædvanlige egenskaber af sort sand i Menaken-dalen i det sydvestlige England og begyndte at udforske det. I sandet fandt præsten korn af et sort skinnende mineral, tiltrukket af en almindelig magnet. Det reneste titanium, der blev opnået i 1925 af Van Arkel og de Boer ved iodidmetoden, viste sig at være et duktilt og teknologisk metal med mange værdifulde egenskaber, der tiltrak sig opmærksomhed fra en bred vifte af designere og ingeniører. I 1940 foreslog Croll en magnesium-termisk metode til at udvinde titanium fra malme, som stadig er den vigtigste på nuværende tidspunkt. I 1947 blev de første 45 kg kommercielt rent titanium produceret.

I Mendeleevs periodiske system af grundstoffer har titanium serienummer 22. Atommassen af ​​naturligt titanium, beregnet ud fra resultaterne af undersøgelser af dets isotoper, er 47.926. Så kernen i et neutralt titaniumatom indeholder 22 protoner. Antallet af neutroner, det vil sige neutrale uladede partikler, er forskelligt: ​​oftere 26, men kan variere fra 24 til 28. Derfor er antallet af titaniumisotoper forskelligt. I alt kendes nu 13 isotoper af grundstof nr. 22. Naturligt titanium består af en blanding af fem stabile isotoper, titanium-48 er den mest repræsenterede, dens andel i naturlige malme er 73,99%. Titan og andre elementer i IVB-undergruppen minder meget om egenskaberne elementerne i IIIB-undergruppen (scandiumgruppen), selvom de adskiller sig fra sidstnævnte i deres evne til at udvise en stor valens. Titaniums lighed med scandium, yttrium såvel som med elementer fra VB-undergruppen - vanadium og niobium, kommer også til udtryk i, at titanium ofte findes i naturlige mineraler sammen med disse grundstoffer. Med monovalente halogener (fluor, brom, klor og jod) kan den danne di-tri- og tetraforbindelser med svovl og elementer fra dens gruppe (selen, tellur) - mono- og disulfider, med oxygen - oxider, dioxider og trioxider .

Titan danner også forbindelser med brint (hydrider), nitrogen (nitrider), kulstof (carbider), phosphor (phosphider), arsen (arsider), samt forbindelser med mange metaller - intermetalliske forbindelser. Titanium danner ikke kun simple, men også talrige komplekse forbindelser; mange af dets forbindelser med organiske stoffer er kendte. Som det fremgår af listen over forbindelser, som titanium kan deltage i, er det kemisk meget aktivt. Og samtidig er titanium et af de få metaller med usædvanlig høj korrosionsbestandighed: det er praktisk talt evigt i luften, i koldt og kogende vand, det er meget modstandsdygtigt i havvand, i opløsninger af mange salte, uorganiske og organiske syrer. Med hensyn til korrosionsbestandighed i havvand overgår den alle metaller, med undtagelse af ædle - guld, platin osv., de fleste typer rustfrit stål, nikkel, kobber og andre legeringer. I vand, i mange aggressive miljøer, er rent titanium ikke udsat for korrosion. Modstår titanium og erosionskorrosion som følge af en kombination af kemiske og mekaniske effekter på metallet. I denne henseende er det ikke ringere end de bedste kvaliteter af rustfrit stål, kobberbaserede legeringer og andre strukturelle materialer. Titanium modstår også udmattelseskorrosion godt, hvilket ofte viser sig i form af krænkelser af metallets integritet og styrke (revner, lokale korrosionscentre osv.). Titaniums opførsel i mange aggressive miljøer, såsom nitrogen, saltsyre, svovlsyre, "aqua regia" og andre syrer og baser, er overraskende og beundringsværdig for dette metal.

Titanium er et meget ildfast metal. I lang tid blev det antaget, at det smelter ved 1800 ° C, men i midten af ​​50'erne. Engelske videnskabsmænd Diardorf og Hayes etablerede smeltepunktet for rent elementært titanium. Det udgjorde 1668 ± 3 ° C. Med hensyn til dets ildfasthed er titanium kun næst efter sådanne metaller som wolfram, tantal, niobium, rhenium, molybdæn, platinoider, zirconium, og blandt de vigtigste strukturelle metaller er det på førstepladsen. Det vigtigste træk ved titanium som metal er dets unikke fysiske og kemiske egenskaber: lav densitet, høj styrke, hårdhed osv. Det vigtigste er, at disse egenskaber ikke ændres væsentligt ved høje temperaturer.

Titanium er et letmetal, dets massefylde ved 0°C er kun 4,517 g/cm8, og ved 100°C er det 4,506 g/cm3. Titanium tilhører gruppen af ​​metaller med en vægtfylde på mindre end 5 g/cm3. Dette omfatter alle alkalimetaller (natrium, cadium, lithium, rubidium, cæsium) med en vægtfylde på 0,9-1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) osv. Titanium er mere end 1,5 gange tungere end aluminium, og i dette taber det selvfølgelig til det, men det er 1,5 gange lettere end jern (7,8 g/cm3). Imidlertid indtager titanium en mellemposition mellem aluminium og jern med hensyn til specifik densitet, og titan overgår dem mange gange i sine mekaniske egenskaber.). Titanium har en betydelig hårdhed: det er 12 gange hårdere end aluminium, 4 gange hårdere end jern og kobber. En anden vigtig egenskab ved et metal er dets flydespænding. Jo højere den er, jo bedre modstår delene lavet af dette metal driftsbelastninger. Flydegrænsen for titanium er næsten 18 gange højere end for aluminium. Den specifikke styrke af titanlegeringer kan øges med en faktor på 1,5-2. Dens høje mekaniske egenskaber bevares godt ved temperaturer op til flere hundrede grader. Rent titanium er velegnet til alle typer forarbejdning i varme og kolde tilstande: det kan smedes som jern, trækkes og endda laves til tråd, rulles til plader, bånd og folier op til 0,01 mm tykke.

I modsætning til de fleste metaller har titanium betydelig elektrisk modstand: hvis den elektriske ledningsevne af sølv tages som 100, så er den elektriske ledningsevne af kobber 94, aluminium er 60, jern og platin er -15, og titanium er kun 3,8. Titanium er et paramagnetisk metal, det magnetiseres ikke som jern i et magnetfelt, men det skubbes ikke ud af det som kobber. Dens magnetiske modtagelighed er meget svag, denne egenskab kan bruges i byggeriet. Titanium har en relativt lav varmeledningsevne, kun 22,07 W/(mK), hvilket er cirka 3 gange lavere end jerns varmeledningsevne, 7 gange lavere end magnesium, 17-20 gange lavere end aluminium og kobber. Følgelig er koefficienten for lineær termisk udvidelse af titanium lavere end for andre strukturelle materialer: ved 20 C er den 1,5 gange lavere end for jern, 2 - for kobber og næsten 3 - for aluminium. Således er titanium en dårlig leder af elektricitet og varme.

I dag er titanlegeringer meget udbredt inden for luftfartsteknologi. Titaniumlegeringer blev først brugt i industriel skala i konstruktionen af ​​flyjetmotorer. Brugen af ​​titanium i design af jetmotorer gør det muligt at reducere deres vægt med 10...25%. Især kompressorskiver og -blade, luftindtagsdele, ledeskovle og fastgørelseselementer er lavet af titanlegeringer. Titaniumlegeringer er uundværlige til supersoniske fly. Stigningen i flyvehastigheder førte til en stigning i hudens temperatur, som et resultat af, at aluminiumslegeringer ikke længere opfylder de krav, som luftfartsteknologien stiller ved supersoniske hastigheder. Hudtemperaturen når i dette tilfælde 246...316 °C. Under disse forhold viste titanlegeringer sig at være det mest acceptable materiale. I 70'erne steg brugen af ​​titanlegeringer til flyskrog af civile fly betydeligt. I mellemdistanceflyet TU-204 er den samlede masse af dele lavet af titanlegeringer 2570 kg. Brugen af ​​titanium i helikoptere udvides gradvist, hovedsageligt til dele af hovedrotorsystemet, drevet og styresystemet. En vigtig plads er optaget af titanlegeringer i raketvidenskab.

På grund af den høje korrosionsbestandighed i havvand anvendes titanium og dets legeringer i skibsbygning til fremstilling af propeller, skibsplettering, ubåde, torpedoer mv. Skaller klæber ikke til titanium og dets legeringer, hvilket kraftigt øger fartøjets modstand, når det bevæger sig. Gradvist udvides anvendelsesområderne for titanium. Titanium og dets legeringer bruges i den kemiske, petrokemiske, papirmasse- og fødevareindustri, non-ferro metallurgi, kraftteknik, elektronik, nuklear teknologi, galvanisering, til fremstilling af våben, til fremstilling af panserplader, kirurgiske instrumenter, kirurgiske implantater, afsaltningsanlæg, racerbildele, sportsudstyr (golfkøller, klatreudstyr), urdele og endda smykker. Nitrering af titanium fører til dannelsen af ​​en gylden film på overfladen, som ikke er ringere i skønhed end ægte guld.

Opdagelsen af ​​TiO2 blev gjort næsten samtidigt og uafhængigt af englænderen W. Gregor og den tyske kemiker M. G. Klaproth. W. Gregor, der studerede sammensætningen af ​​magnetisk jernholdigt sand (Creed, Cornwall, England, 1791), isolerede en ny "jord" (oxid) af et ukendt metal, som han kaldte menaken. I 1795 opdagede den tyske kemiker Klaproth et nyt grundstof i mineralet rutil og kaldte det titanium. To år senere fastslog Klaproth, at rutil og menakenjord er oxider af det samme grundstof, bag hvilket navnet "titanium", foreslået af Klaproth, forblev. Efter 10 år fandt opdagelsen af ​​titanium sted for tredje gang. Den franske videnskabsmand L. Vauquelin opdagede titanium i anatase og beviste, at rutil og anatase er identiske titaniumoxider.

Den første prøve af metallisk titanium blev opnået i 1825 af J. Ya. Berzelius. På grund af titans høje kemiske aktivitet og kompleksiteten af ​​dets rensning opnåede hollænderne A. van Arkel og I. de Boer en ren Ti-prøve i 1925 ved termisk nedbrydning af titaniumiodid TiI4-damp.

Titanium er det 10. mest udbredte i naturen. Indholdet i jordskorpen er 0,57 vægtprocent, i havvand 0,001 mg/l. 300 g/t i ultrabasiske bjergarter, 9 kg/t i basiske bjergarter, 2,3 kg/t i sure bjergarter, 4,5 kg/t i ler og skifer. I jordskorpen er titanium næsten altid tetravalent og findes kun i iltforbindelser. Det forekommer ikke i fri form. Titan har under vejr- og nedbørsforhold en geokemisk affinitet til Al2O3. Det er koncentreret i bauxitter af forvitringsskorpen og i marine lerholdige sedimenter. Overførslen af ​​titanium udføres i form af mekaniske fragmenter af mineraler og i form af kolloider. Op til 30 vægtprocent TiO2 akkumuleres i nogle lertyper. Titaniummineraler er modstandsdygtige over for vejrlig og danner store koncentrationer i placers. Der kendes mere end 100 mineraler indeholdende titanium. De vigtigste af dem er: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Der er primære titaniummalme - ilmenit-titanomagnetit og placer - rutil-ilmenit-zirkon.

Hovedmalme: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).

I 2002 blev 90 % af det udvundne titanium brugt til fremstilling af titaniumdioxid TiO2. Verdensproduktionen af ​​titaniumdioxid var 4,5 millioner tons om året. De bekræftede reserver af titaniumdioxid (uden Rusland) er omkring 800 millioner tons. For 2006, ifølge US Geological Survey, hvad angår titaniumdioxid og ekskluderet Rusland, beløber sig reserverne af ilmenitmalme til 603-673 millioner tons, og rutil - 49,7- 52,7 mio.

Rusland har verdens næststørste reserver af titanium efter Kina. Mineralressourcebasen af ​​titanium i Rusland består af 20 forekomster (hvoraf 11 er primære og 9 er alluviale), nogenlunde jævnt spredt over hele landet. Den største af de udforskede aflejringer (Yaregskoye) ligger 25 km fra byen Ukhta (Komi-republikken). Forekomstens reserver anslås til 2 milliarder tons malm med et gennemsnitligt indhold af titaniumdioxid på omkring 10 %.

Verdens største titaniumproducent er det russiske firma VSMPO-AVISMA.

Som regel er udgangsmaterialet til fremstilling af titanium og dets forbindelser titaniumdioxid med en relativt lille mængde urenheder. Det kan især være et rutilkoncentrat opnået under udvinding af titaniummalme. Imidlertid er reserverne af rutil i verden meget begrænsede, og den såkaldte syntetiske rutil eller titaniumslagge, opnået under forarbejdning af ilmenitkoncentrater, bruges oftere. For at opnå titaniumslagge reduceres ilmenitkoncentrat i en lysbueovn, mens jern separeres i en metalfase (støbejern), og ikke reducerede titaniumoxider og urenheder danner en slaggefase. Rig slagge behandles ved chlorid- eller svovlsyremetoden.

I ren form og i form af legeringer

Titanium monument til Gagarin på Leninsky Prospekt i Moskva

Metallet bruges i: kemisk industri (reaktorer, rørledninger, pumper, rørledningsfittings), militær industri (kropsrustning, panser og brandbarrierer i luftfart, ubådsskrog), industrielle processer (afsaltningsanlæg, pulp- og papirprocesser), bilindustrien , landbrugsindustri, fødevareindustri, piercingsmykker, medicinsk industri (proteser, osteoproteser), dentale og endodontiske instrumenter, tandimplantater, sportsartikler, smykker (Alexander Khomov), mobiltelefoner, lette legeringer osv. Det er det vigtigste strukturelle materiale inden for fly, raket, skibsbygning.

Titanstøbning udføres i vakuumovne i grafitforme. Vakuum investeringsstøbning anvendes også. På grund af teknologiske vanskeligheder bruges det i kunstnerisk støbning i begrænset omfang. Den første monumentale støbte titaniumskulptur i verden er monumentet til Yuri Gagarin på pladsen opkaldt efter ham i Moskva.

Titanium er en legeringstilsætning i mange legerede stål og de fleste speciallegeringer.

Nitinol (nikkel-titanium) er en formhukommelseslegering, der bruges i medicin og teknologi.

Titaniumaluminider er meget modstandsdygtige over for oxidation og varmebestandige, hvilket igen bestemte deres anvendelse i luftfarts- og bilindustrien som strukturelle materialer.

Titanium er et af de mest almindelige gettermaterialer, der bruges i højvakuumpumper.

Hvid titandioxid (TiO2) bruges i maling (såsom titanium hvid) samt til fremstilling af papir og plast. Fødevaretilsætning E171.

Organotitanforbindelser (f.eks. tetrabutoxytitanium) bruges som katalysator og hærder i den kemiske industri og malingsindustrien.

Uorganiske titaniumforbindelser bruges i den kemiske, elektroniske, glasfiberindustri som additiver eller belægninger.

Titancarbid, titandiborid, titaniumcarbonitrid er vigtige komponenter i superhårde materialer til metalforarbejdning.

Titaniumnitrid bruges til at belægge værktøj, kirkekupler og til fremstilling af kostumesmykker, pga. har en farve, der ligner guld.

Bariumtitanat BaTiO3, blytitanat PbTiO3 og en række andre titanater er ferroelektriske stoffer.

Der er mange titanlegeringer med forskellige metaller. Legeringselementer er opdelt i tre grupper, afhængigt af deres effekt på temperaturen af ​​polymorf transformation: beta-stabilisatorer, alfa-stabilisatorer og neutrale hærdere. Førstnævnte sænker transformationstemperaturen, sidstnævnte øger den, og sidstnævnte påvirker den ikke, men fører til opløsningshærdning af matrixen. Eksempler på alfa-stabilisatorer: aluminium, oxygen, kulstof, nitrogen. Beta-stabilisatorer: molybdæn, vanadium, jern, krom, nikkel. Neutrale hærdere: zirconium, tin, silicium. Beta-stabilisatorer er til gengæld opdelt i beta-isomorfe og beta-eutektoiddannende. Den mest almindelige titanlegering er Ti-6Al-4V-legeringen (i den russiske klassifikation - VT6).

60% - maling;

20% - plastik;

13% - papir;

7% - maskinteknik.

15-25 $ per kilo, afhængig af renhed.

Renheden og kvaliteten af ​​ru titanium (titanium svamp) bestemmes normalt af dets hårdhed, som afhænger af indholdet af urenheder. De mest almindelige mærker er TG100 og TG110.

Prisen på ferrotitanium (minimum 70% titanium) pr. 22/12/2010 er $6,82 pr. kilogram. Den 01.01.2010 var prisen på niveauet $5,00 pr. kilogram.

I Rusland var titaniumpriserne i begyndelsen af ​​2012 1200-1500 rubler/kg.

Fordele:

lav densitet (4500 kg / m3) hjælper med at reducere massen af ​​det anvendte materiale;

høj mekanisk styrke. Det skal bemærkes, at ved forhøjede temperaturer (250-500 °C) er titanlegeringer overlegne i styrke i forhold til højstyrke aluminium og magnesiumlegeringer;

usædvanlig høj korrosionsbestandighed på grund af titaniums evne til at danne tynde (5-15 mikron) kontinuerlige film af TiO2-oxid på overfladen, fast bundet til metalmassen;

den specifikke styrke (forholdet mellem styrke og densitet) af de bedste titanlegeringer når 30-35 eller mere, hvilket er næsten det dobbelte af den specifikke styrke af legeret stål.

Fejl:

høje produktionsomkostninger, titanium er meget dyrere end jern, aluminium, kobber, magnesium;

aktiv vekselvirkning ved høje temperaturer, især i flydende tilstand, med alle gasser, der udgør atmosfæren, som et resultat af hvilket titanium og dets legeringer kun kan smeltes i et vakuum eller i et miljø med inert gas;

vanskeligheder forbundet med produktionen af ​​titaniumaffald;

dårlige antifriktionsegenskaber på grund af titanium klæber til mange materialer, titanium parret med titanium kan ikke fungere for friktion;

høj tilbøjelighed af titanium og mange af dets legeringer til brintskørhed og saltkorrosion;

dårlig bearbejdelighed svarende til austenitisk rustfrit stål;

høj reaktivitet, en tendens til kornvækst ved høj temperatur og fasetransformationer under svejsecyklussen forårsager vanskeligheder ved svejsning af titanium.

Størstedelen af ​​titanium bruges på behovene inden for luftfart og raketteknologi og marine skibsbygning. Titanium (ferrotitanium) bruges som legeringsadditiv til højkvalitetsstål og som deoxideringsmiddel. Teknisk titanium bruges til fremstilling af tanke, kemiske reaktorer, rørledninger, fittings, pumper, ventiler og andre produkter, der opererer i aggressive miljøer. Gitre og andre dele af elektrovakuumapparater, der arbejder ved høje temperaturer, er lavet af kompakt titanium.

Med hensyn til brug som konstruktionsmateriale er titanium på 4. pladsen kun næst efter Al, Fe og Mg. Titaniumaluminider er meget modstandsdygtige over for oxidation og varmebestandige, hvilket igen bestemte deres anvendelse i luftfarts- og bilindustrien som strukturelle materialer. Titaniums biologiske sikkerhed gør det til et fremragende materiale til fødevareindustrien og rekonstruktiv kirurgi.

Titanium og dets legeringer er meget udbredt i teknik på grund af deres høje mekaniske styrke, som opretholdes ved høje temperaturer, korrosionsbestandighed, varmebestandighed, specifik styrke, lav densitet og andre nyttige egenskaber. De høje omkostninger ved titanium og dets legeringer opvejes i mange tilfælde af deres større ydeevne, og i nogle tilfælde er de det eneste materiale, hvorfra det er muligt at fremstille udstyr eller strukturer, der er i stand til at fungere under givne specifikke forhold.

Titanlegeringer spiller en vigtig rolle i luftfartsteknologien, hvor målet er at opnå det letteste design kombineret med den nødvendige styrke. Titanium er let sammenlignet med andre metaller, men det kan samtidig arbejde ved høje temperaturer. Titaniumlegeringer bruges til fremstilling af skind, fastgørelsesdele, et strømsæt, chassisdele og forskellige enheder. Disse materialer bruges også til konstruktion af flyjetmotorer. Dette giver dig mulighed for at reducere deres vægt med 10-25%. Titaniumlegeringer bruges til at producere kompressorskiver og -blade, luftindtags- og styrevingedele og fastgørelseselementer.

Titanium og dets legeringer bruges også i raketvidenskab. I lyset af den kortsigtede drift af motorerne og den hurtige passage af tætte lag af atmosfæren fjernes problemerne med træthedsstyrke, statisk udholdenhed og til en vis grad kryb i raketvidenskaben.

På grund af utilstrækkelig høj varmebestandighed er teknisk titanium ikke egnet til brug i luftfarten, men på grund af dets exceptionelt høje korrosionsbestandighed er det i nogle tilfælde uundværligt i den kemiske industri og skibsbygning. Så det bruges til fremstilling af kompressorer og pumper til pumpning af så aggressive medier som svovl- og saltsyre og deres salte, rørledninger, ventiler, autoklaver, forskellige beholdere, filtre osv. Kun titanium har korrosionsbestandighed i medier som våd klor, vandige og sure opløsninger af klor, derfor er udstyr til klorindustrien lavet af dette metal. Titanium bruges til at fremstille varmevekslere, der fungerer i ætsende miljøer, for eksempel i salpetersyre (ikke rygende). I skibsbygning bruges titanium til fremstilling af propeller, plettering af skibe, ubåde, torpedoer mv. Skaller klæber ikke til titanium og dets legeringer, hvilket kraftigt øger fartøjets modstand, når det bevæger sig.

Titaniumlegeringer er lovende til brug i mange andre applikationer, men deres anvendelse i teknologi er begrænset af de høje omkostninger og mangel på titanium.

Titaniumforbindelser er også meget udbredt i forskellige industrier. Titaniumcarbid har en høj hårdhed og bruges til fremstilling af skærende værktøjer og slibende materialer. Hvid titandioxid (TiO2) bruges i maling (såsom titanium hvid) samt til fremstilling af papir og plast. Organotitanforbindelser (f.eks. tetrabutoxytitanium) bruges som katalysator og hærder i den kemiske industri og malingsindustrien. Uorganiske titaniumforbindelser bruges i den kemiske, elektroniske, glasfiberindustri som et additiv. Titaniumdiborid er en vigtig bestanddel af superhårde metalbearbejdningsmaterialer. Titaniumnitrid bruges til at belægge værktøj.

Med de nuværende høje priser på titanium bruges det hovedsageligt til produktion af militært udstyr, hvor hovedrollen ikke hører til omkostningerne, men til tekniske egenskaber. Ikke desto mindre kendes tilfælde af anvendelse af titaniums unikke egenskaber til civile behov. Efterhånden som prisen på titanium falder og produktionen vokser, vil brugen af ​​dette metal til militære og civile formål udvides mere og mere.

Luftfart. Den lave vægtfylde og høje styrke (især ved høje temperaturer) af titanium og dets legeringer gør dem til meget værdifulde luftfartsmaterialer. Inden for flykonstruktion og produktion af flymotorer erstatter titanium i stigende grad aluminium og rustfrit stål. Når temperaturen stiger, mister aluminium hurtigt sin styrke. På den anden side har titanium en klar styrkefordel ved temperaturer op til 430°C, og forhøjede temperaturer af denne størrelsesorden opstår ved høje hastigheder på grund af aerodynamisk opvarmning. Fordelen ved at erstatte stål med titanium i luftfarten er at reducere vægten uden at ofre styrke. Den samlede vægtreduktion med øget ydeevne ved høje temperaturer giver mulighed for øget nyttelast, rækkevidde og manøvredygtighed af fly. Dette forklarer bestræbelserne på at udvide brugen af ​​titanium i flykonstruktioner til fremstilling af motorer, konstruktion af flykroppe, fremstilling af skind og endda fastgørelsesanordninger.

I konstruktionen af ​​jetmotorer bruges titanium hovedsageligt til fremstilling af kompressorvinger, turbineskiver og mange andre stemplede dele. Her erstatter titanium rustfrit og varmebehandlet legeret stål. En besparelse på et kilo i motorvægt sparer op til 10 kg i flyets samlede vægt på grund af lette flykroppen. I fremtiden er det planlagt at bruge titaniumplade til fremstilling af huse til motorforbrændingskamre.

I flykonstruktion er titanium meget brugt til skrogdele, der opererer ved forhøjede temperaturer. Plade titanium bruges til fremstilling af alle slags hylstre, beskyttelseskapper af kabler og guider til projektiler. Forskellige afstivningselementer, skrogrammer, ribber osv. er fremstillet af legerede titaniumplader.

Skærme, klapper, kabelkapper og projektilstyr er lavet af ulegeret titanium. Legeret titanium bruges til fremstilling af skrogramme, rammer, rørledninger og brandbarrierer.

Titanium bruges i stigende grad i konstruktionen af ​​F-86 og F-100 flyene. I fremtiden vil titanium blive brugt til at lave landingssteldøre, hydraulikrør, udstødningsrør og dyser, bjælker, klapper, foldestivere mv.

Titanium kan bruges til at lave panserplader, propelblade og granatkasser.

På nuværende tidspunkt bruges titanium i konstruktionen af ​​militærfly Douglas X-3 for skin, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 og Boeing B-52.

Titanium bruges også til konstruktion af civile fly DC-7. Firmaet Douglas har allerede ved at erstatte aluminiumslegeringer og rustfrit stål med titanium i fremstillingen af ​​motornacellen og brandbarrierer opnået besparelser i vægten af ​​flystrukturen på omkring 90 kg. I øjeblikket er vægten af ​​titaniumdele i dette fly 2%, og dette tal forventes at blive øget til 20% af flyets samlede vægt.

Brugen af ​​titanium gør det muligt at reducere vægten af ​​helikoptere. Plade titanium bruges til gulve og døre. En betydelig reduktion af helikopterens vægt (ca. 30 kg) blev opnået ved at erstatte legeret stål med titanium til beklædning af bladene på dens rotorer.

Flåde. Korrosionsbestandigheden af ​​titanium og dets legeringer gør dem til et meget værdifuldt materiale til søs. Det amerikanske marineministerium undersøger grundigt titaniums korrosionsbestandighed mod eksponering for røggasser, damp, olie og havvand. Den høje specifikke styrke af titanium er af næsten samme betydning i flådeanliggender.

Metallets lave vægtfylde, kombineret med korrosionsbestandighed, øger skibenes manøvredygtighed og rækkevidde og reducerer også omkostningerne ved at vedligeholde materialedelen og dens reparation.

Anvendelser af titanium i flåden omfatter udstødningsdæmpere til ubådsdieselmotorer, instrumentskiver, tyndvæggede rør til kondensatorer og varmevekslere. Ifølge eksperter er titanium, som intet andet metal, i stand til at øge levetiden for udstødningslyddæmpere på ubåde. For måleskiver, der udsættes for saltvand, benzin eller olie, vil titanium give bedre holdbarhed. Muligheden for at bruge titanium til fremstilling af varmevekslerrør, som skal være korrosionsbestandige i havvand, der vasker rørene udefra, og samtidig modstå virkningerne af, at udstødningskondensat strømmer inde i dem, undersøges. Muligheden for at fremstille antenner og komponenter til radarinstallationer af titanium, som skal være modstandsdygtige over for påvirkninger af røggasser og havvand, overvejes. Titanium kan også bruges til fremstilling af dele som ventiler, propeller, turbinedele mv.

Artilleri. Tilsyneladende kan den største potentielle forbruger af titanium være artilleri, hvor der i øjeblikket er intensiv forskning i gang med forskellige prototyper. Men på dette område er produktionen af ​​kun enkelte dele og dele lavet af titanium standardiseret. Den ret begrænsede brug af titanium i artilleri med et stort forskningsområde kan forklares med dets høje omkostninger.

Forskellige dele af artillerimateriel blev undersøgt ud fra muligheden for at erstatte konventionelle materialer med titanium med forbehold for en nedsættelse af titaniumpriserne. Den største opmærksomhed blev rettet mod dele, for hvilke vægtreduktion er afgørende (dele båret i hånden og transporteret med fly).

Mørtelbundplade lavet af titanium i stedet for stål. Ved en sådan udskiftning og efter en vis ændring, i stedet for en stålplade fra to halvdele med en totalvægt på 22 kg, var det muligt at skabe en del, der vejede 11 kg. Takket være denne udskiftning er det muligt at reducere antallet af servicepersonale fra tre til to. Muligheden for at anvende titanium til fremstilling af pistolflammedæmpere overvejes.

Titanium-fremstillede pistolholdere, vognkryds og rekylcylindre bliver testet. Titanium kan bruges i vid udstrækning i produktionen af ​​styrede projektiler og missiler.

De første undersøgelser af titanium og dets legeringer viste muligheden for at fremstille panserplader fra dem. Udskiftning af stålpanser (12,7 mm tyk) med titaniumpanser med samme projektilmodstand (16 mm tyk) gør det ifølge disse undersøgelser muligt at spare op til 25 % i vægt.

Højkvalitets titanlegeringer giver håb om muligheden for at erstatte stålplader med titaniumplader af lige tykkelse, hvilket sparer op til 44 % i vægt. Den industrielle brug af titanium vil give større manøvredygtighed, øge rækkevidden af ​​transport og pistolens holdbarhed. Det nuværende udviklingsniveau for lufttransport tydeliggør fordelene ved lette pansrede biler og andre køretøjer lavet af titanium. Artilleriafdelingen har til hensigt i fremtiden at udstyre infanteriet med hjelme, bajonetter, granatkastere og håndholdte flammekastere af titanium. Titaniumlegering blev først brugt i artilleri til fremstilling af stemplet til nogle automatiske kanoner.

Transportere. Mange af fordelene ved at bruge titanium i produktionen af ​​pansret materiel gælder også for køretøjer.

Udskiftning af konstruktionsmaterialer, der i øjeblikket forbruges af transportingeniørvirksomheder med titanium, skulle føre til en reduktion i brændstofforbruget, en stigning i nyttelastkapaciteten, en stigning i træthedsgrænsen for dele af krumtapmekanismer osv. På jernbaner er det ekstremt vigtigt at reducere dødsfald. vægt. En betydelig reduktion i den samlede vægt af det rullende materiel på grund af brugen af ​​titanium vil spare i trækkraften, reducere dimensionerne af halse og akselkasser.

Vægten er også vigtig for trailere. Her ville udskiftningen af ​​stål med titanium i produktionen af ​​aksler og hjul også øge nyttelastkapaciteten.

Alle disse muligheder kunne realiseres ved at reducere prisen på titanium fra 15 til 2-3 dollars pr. pund titanium halvfabrikata.

Kemisk industri. Ved produktion af udstyr til den kemiske industri er metallets korrosionsbestandighed af største betydning. Det er også vigtigt at reducere vægten og øge styrken af ​​udstyret. Logisk set bør det antages, at titanium kunne give en række fordele ved fremstilling af udstyr til transport af syrer, baser og uorganiske salte derfra. Yderligere muligheder for brug af titanium åbner sig i produktionen af ​​sådant udstyr som tanke, søjler, filtre og alle slags højtrykscylindre.

Brugen af ​​titaniumrør kan forbedre effektiviteten af ​​varmespiraler i laboratorieautoklaver og varmevekslere. Anvendeligheden af ​​titanium til fremstilling af cylindre, hvor gasser og væsker opbevares under tryk i lang tid, fremgår af brugen i mikroanalyse af forbrændingsprodukter i stedet for et tungere glasrør (vist i den øverste del af billedet). På grund af dens lille vægtykkelse og lave vægtfylde kan dette rør vejes på mindre, mere følsomme analytiske vægte. Her forbedrer kombinationen af ​​lethed og korrosionsbestandighed nøjagtigheden af ​​kemisk analyse.

Andre applikationer. Anvendelsen af ​​titanium er hensigtsmæssig i fødevare-, olie- og elektriske industrier, såvel som til fremstilling af kirurgiske instrumenter og i selve kirurgien.

Borde til madlavning, dampende borde lavet af titanium er overlegne i kvalitet i forhold til stålprodukter.

I olie- og gasboreindustrien er kampen mod korrosion af stor betydning, så brugen af ​​titanium vil gøre det muligt at udskifte korroderende udstyrsstænger sjældnere. Ved katalytisk produktion og til fremstilling af olierørledninger er det ønskeligt at anvende titanium, som bevarer mekaniske egenskaber ved høje temperaturer og har god korrosionsbestandighed.

I den elektriske industri kan titanium bruges til at pansere kabler på grund af dets gode specifikke styrke, høje elektriske modstand og ikke-magnetiske egenskaber.

I forskellige industrier begynder man at bruge fastgørelseselementer af en eller anden form fremstillet af titanium. Yderligere udvidelse af anvendelsen af ​​titanium er mulig til fremstilling af kirurgiske instrumenter, hovedsagelig på grund af dets korrosionsbestandighed. Titaniuminstrumenter er i denne henseende overlegne i forhold til konventionelle kirurgiske instrumenter, når de koges eller autoklaveres gentagne gange.

Inden for kirurgi viste titanium sig at være bedre end vitalium og rustfrit stål. Tilstedeværelsen af ​​titanium i kroppen er ganske acceptabel. Pladen og skruerne af titanium til fastgørelse af knoglerne var i dyrets krop i flere måneder, og knoglen voksede ind i skruernes gevind og ind i hullet i pladen.

Fordelen ved titanium ligger også i, at der dannes muskelvæv på pladen.

Cirka halvdelen af ​​de titaniumprodukter, der produceres i verden, sendes normalt til den civile flyindustri, men dens tilbagegang efter de velkendte tragiske begivenheder tvinger mange industrideltagere til at lede efter nye anvendelser for titanium. Dette materiale repræsenterer den første del af et udvalg af publikationer i den udenlandske metallurgiske presse, der er viet til udsigterne for titanium under moderne forhold. Ifølge en af ​​de førende amerikanske producenter af titanium RT1, ud af den samlede mængde titaniumproduktion på globalt plan på niveauet 50-60 tusinde tons om året, tegner luftfartssegmentet sig for op til 40 forbrug, industrielle applikationer og applikationer står for 34, og det militære område 16, og omkring 10 stod for brugen af ​​titanium i forbrugerprodukter. Industrielle anvendelser af titanium omfatter kemiske processer, energi-, olie- og gasindustrien, afsaltningsanlæg. Militære ikke-aeronautiske applikationer omfatter primært brug i artilleri og kampkøretøjer. Sektorer med betydelig brug af titanium er bilindustrien, arkitektur og byggeri, sportsartikler og smykker. Næsten alt titanium i barrer produceres i USA, Japan og CIS - Europa tegner sig kun for 3,6 af den globale volumen. Regionale slutbrugsmarkeder for titanium er ret forskellige - det mest slående eksempel på originalitet er Japan, hvor den civile rumfartssektor kun tegner sig for 2-3 ved at bruge 30 af det samlede titaniumforbrug i udstyr og strukturelle elementer i kemiske fabrikker. Cirka 20 % af Japans samlede efterspørgsel er efter atomkraft og kraftværker til fast brændsel, resten er til arkitektur, medicin og sport. Det modsatte billede ses i USA og Europa, hvor forbruget i rumfartssektoren er ekstremt vigtigt - henholdsvis 60-75 og 50-60 for hver region. I USA er traditionelt stærke slutmarkeder kemikalier, medicinsk udstyr, industrielt udstyr, mens den største andel i Europa er inden for olie- og gasindustrien og byggeindustrien. Den store afhængighed af rumfartsindustrien har været en langvarig bekymring for titaniumindustrien, som forsøger at udvide titaniumapplikationer, især i den nuværende globale nedtur i civil luftfart. Ifølge US Geological Survey var der i første kvartal af 2003 et markant fald i importen af ​​titansvamp - kun 1319 tons, hvilket er 62 mindre end 3431 tons i samme periode i 2002. Luft- og rumfartssektoren vil altid være et af de førende markeder for titanium, men vi titaniumindustri skal tage udfordringen op og gøre alt, hvad vi kan for at sikre, at vores industri ikke udvikler sig og recessioner i luft- og rumfartssektoren. Nogle af titaniumindustriens førende producenter ser voksende muligheder på eksisterende markeder, hvoraf det ene er markedet for subsea udstyr og materialer. Ifølge Martin Proko, salgs- og distributionschef for RT1, har titanium været brugt i energi- og subsea-industrien i lang tid siden begyndelsen af ​​1980'erne, men først inden for de sidste fem år er disse områder blevet støt i udvikling med en tilsvarende vækst i markedsnichen. I subsea-sektoren er væksten primært drevet af boreoperationer på større dybder, hvor titanium er det bedst egnede materiale. Dens, så at sige, undervandslivscyklus er halvtreds år, hvilket svarer til den sædvanlige varighed af undervandsprojekter. Vi har allerede listet de områder, hvor en stigning i brugen af ​​titanium er sandsynlig. Howmet Ti-Cast salgschef Bob Funnell bemærker, at den nuværende situation på markedet kan ses som voksende muligheder på nye områder, såsom roterende dele til turboladere i lastbiler, raketter og pumper.

Et af vores igangværende projekter er udviklingen af ​​BAE Butitzer XM777 lette artillerisystemer med en kaliber på 155 mm. Newmet vil levere 17 af de 28 strukturelle titanium-enheder til hver pistolholder, med leveringer til US Marine Corps i august 2004. Med en samlet pistolvægt på 9.800 pund på cirka 4,44 tons, tegner titanium sig for omkring 2.600 pund af cirka 1,18 tons titanium i sit design - en 6A14U-legering med et stort antal støbegods bruges, siger Frank Hrster, leder af brandstøttesystemer BAE Sy81et8. Dette XM777-system skal erstatte det nuværende M198 Newitzer-system, som vejer omkring 17.000 pund og cirka 7,71 tons. Der er planlagt masseproduktion i perioden fra 2006 til 2010 - leverancer til USA, Storbritannien og Italien er i første omgang planlagt, men det er muligt at udvide programmet for leverancer til NATO-medlemslande. John Barber fra Timet påpeger, at eksempler på militærudstyr, der bruger betydelige mængder titanium i deres konstruktion, er Abramé-tanken og Bradley-kampkøretøjet. I de seneste to år har et fælles program mellem NATO, USA og Storbritannien været i gang for at intensivere brugen af ​​titanium i våben og forsvarssystemer. Som det er blevet bemærket mere end én gang, er titanium meget velegnet til brug i bilindustrien, men andelen af ​​denne retning er ret beskeden - omkring 1 af den samlede mængde forbrugt titanium, eller 500 tons om året, ifølge den italienske firmaet Poggipolini, en producent af titanium komponenter og dele til Formel-1 og racermotorcykler. Daniele Stoppolini, leder af forskning og udvikling hos dette firma, mener, at den nuværende efterspørgsel efter titanium i dette markedssegment er på niveauet 500 tons, med den massive brug af dette materiale i konstruktionen af ​​ventiler, fjedre, udstødningssystemer, transmission aksler, bolte, kunne potentielt stige til et niveau på næsten ikke 16.000 tons om året. Han tilføjede, at hans virksomhed lige er begyndt at udvikle automatiseret produktion af titaniumbolte for at reducere produktionsomkostningerne. Efter hans mening er de begrænsende faktorer, som skyldes, at brugen af ​​titanium ikke udvider sig væsentligt i bilindustrien, efterspørgslens uforudsigelighed og usikkerheden med udbuddet af råvarer. Samtidig er der stadig en stor potentiel niche for titanium i bilindustrien, der kombinerer optimale vægt- og styrkeegenskaber for skruefjedre og udstødningsgassystemer. På det amerikanske marked er den brede anvendelse af titanium i disse systemer desværre kun præget af den ganske eksklusive semi-sportsmodel Chevrolet Corvette Z06, som på ingen måde kan hævde at være en massebil. Men på grund af de vedvarende udfordringer med brændstoføkonomi og korrosionsbestandighed, er udsigterne for titanium på dette område stadig. Til godkendelse på markederne for ikke-rumfart og ikke-militære applikationer blev der for nylig oprettet et joint venture UNITI i dets navn, ordet enhed spilles op - enhed og Ti - betegnelsen for titanium i det periodiske system som en del af verdens førende titaniumproducenter - amerikanske Allegheny Technologies og russiske VSMPO-Avisma. Disse markeder er bevidst blevet udelukket, sagde Carl Moulton, præsident for det nye selskab, da vi har til hensigt at gøre det nye selskab til en førende leverandør til industrier, der bruger titaniumdele og underenheder, primært petrokemikalier og elproduktion. Derudover har vi til hensigt aktivt at markedsføre inden for områderne afsaltningsudstyr, køretøjer, forbrugerprodukter og elektronik. Jeg tror på, at vores produktionsfaciliteter komplementerer hinanden godt - VSMPO har enestående kapaciteter til produktion af slutprodukter, Allegheny har fremragende traditioner inden for produktion af kold- og varm titaniumvalsede produkter. UNITI's andel af det globale marked for titaniumprodukter forventes at være 45 millioner pund, cirka 20.411 tons. Markedet for medicinsk udstyr kan betragtes som et marked i konstant udvikling - ifølge den britiske Titanium International Group er det årlige indhold af titanium på verdensplan i forskellige implantater og proteser omkring 1000 tons, og dette tal vil stige, i takt med at mulighederne for kirurgi kan erstatte menneskelige led efter ulykker eller skader. Ud over de åbenlyse fordele ved fleksibilitet, styrke, lethed, er titanium yderst kompatibelt med kroppen i biologisk forstand på grund af fraværet af korrosion på væv og væsker i den menneskelige krop. Inden for tandplejen er brugen af ​​proteser og implantater også skudt i vejret – tre gange inden for de sidste ti år, ifølge American Dental Association, i høj grad på grund af titaniums egenskaber. Selvom brugen af ​​titanium i arkitektur går mere end 25 år tilbage, er dens udbredte anvendelse på dette område først begyndt i de senere år. Udvidelsen af ​​Abu Dhabi Lufthavn i De Forenede Arabiske Emirater, som er planlagt til færdiggørelse i 2006, vil bruge op til 1,5 millioner pund af cirka 680 tons titanium. En hel del forskellige arkitektoniske og byggeprojekter, der bruger titanium, er planlagt til at blive implementeret ikke kun i de udviklede lande i USA, Canada, Storbritannien, Tyskland, Schweiz, Belgien, Singapore, men også i Egypten og Peru.

Markedssegmentet for forbrugsvarer er i øjeblikket det hurtigst voksende segment af titaniummarkedet. Mens dette segment for 10 år siden kun var 1-2 af titaniummarkedet, er det i dag vokset til 8-10 af markedet. Samlet set voksede titaniumforbruget i forbrugsvareindustrien med omkring det dobbelte af hastigheden af ​​hele titaniummarkedet. Brugen af ​​titanium i sport er den længst kørende og har den største andel af brugen af ​​titanium i forbrugerprodukter. Årsagen til titaniums popularitet i sportsudstyr er enkel - det giver dig mulighed for at få et forhold mellem vægt og styrke, der er bedre end ethvert andet metal. Brugen af ​​titanium i cykler begyndte for omkring 25-30 år siden og var den første anvendelse af titanium i sportsudstyr. Der anvendes hovedsageligt Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 legeringsrør. Andre dele fremstillet af titanlegeringer omfatter bremser, tandhjul og sædefjedre. Brugen af ​​titanium til fremstilling af golfkøller begyndte først i slutningen af ​​80'erne og begyndelsen af ​​90'erne af klubproducenter i Japan. Før 1994-1995 var denne anvendelse af titanium praktisk talt ukendt i USA og Europa. Det ændrede sig, da Callaway introducerede sin Ruger Titanium titanium stick, kaldet Great Big Bertha. På grund af de åbenlyse fordele og gennemtænkt markedsføring fra Callaway blev titanium sticks et hit med det samme. Inden for en kort periode er titanium køller gået fra en lille gruppe golfspilleres eksklusive og dyre udstyr til at blive meget brugt af de fleste golfspillere, mens de stadig er dyrere end stålkøller. Jeg vil gerne give de vigtigste, efter min mening, tendenser i udviklingen af ​​golfmarkedet; det gik fra højteknologi til masseproduktion på en kort periode på 4-5 år, og fulgte vejen fra andre industrier med høje lønomkostninger såsom produktion af tøj, legetøj og forbrugerelektronik gik produktionen af ​​golfkøller ind i lande med den billigste arbejdskraft først til Taiwan, derefter til Kina, og nu bygges der fabrikker i lande med endnu billigere arbejdskraft, som Vietnam og Thailand , titanium bruges bestemt til chauffører, hvor dets overlegne kvaliteter giver en klar fordel og retfærdiggør en højere pris. Titanium har dog endnu ikke fundet særlig udbredt anvendelse på efterfølgende køller, da den betydelige stigning i omkostningerne ikke modsvares af en tilsvarende forbedring af spillet.I øjeblikket produceres drivere hovedsageligt med en smedet slagflade, en smedet eller støbt top og et støbt. For nylig tillod Professional Golf Association ROA at øge den øvre grænse for den såkaldte returfaktor, i forbindelse med hvilken alle kølleproducenter vil forsøge at øge slagfladens fjederegenskaber. For at gøre dette er det nødvendigt at reducere tykkelsen af ​​slagfladen og bruge stærkere legeringer til det, såsom SP700, 15-3-3-3 og VT-23. Lad os nu fokusere på brugen af ​​titanium og dets legeringer på andet sportsudstyr. Racercykelrør og andre dele er lavet af ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V legering. En overraskende betydelig mængde titaniumplader bruges til fremstilling af dykkerknive. De fleste producenter bruger Ti6Al-4V legering, men denne legering giver ikke bladkant holdbarhed som andre stærkere legeringer. Nogle producenter skifter til at bruge BT23-legering.

Udsalgsprisen på titanium scuba knive er cirka $70-80. Støbte titanium hestesko giver en betydelig vægtreduktion sammenlignet med stål, samtidig med at de giver den nødvendige styrke. Desværre blev denne brug af titanium ikke til noget, fordi titanium-hesteskoene funklede og skræmte hestene. Få vil gå med til at bruge titanium hestesko efter de første mislykkede eksperimenter. Titanium Beach, der er baseret i Newport Beach, Californien Newport Beach, Californien, har udviklet Ti6Al-4V-skøjteblade i legeret. Desværre er problemet igen her holdbarheden af ​​knivens kant. Jeg tror, ​​at dette produkt har en chance for at leve, hvis producenter bruger stærkere legeringer såsom 15-3-3-3 eller BT-23. Titanium er meget udbredt i bjergbestigning og vandreture, til næsten alle genstande, som klatrere og vandrere bærer i deres rygsække, flasker, kopper udsalgspris $20-$30, madlavningssæt udsalgspris omkring $50, servise for det meste lavet af kommercielt rent titanium Grade 1 og 2. Andre eksempler på klatre- og vandreudstyr er kompakte komfurer, teltstativer og -beslag, isøkser og isskruer. Våbenproducenter er for nylig begyndt at producere titanium pistoler til både sportsskydning og retshåndhævelse.

Forbrugerelektronik er et ret nyt og hurtigt voksende marked for titanium. I mange tilfælde skyldes brugen af ​​titanium i forbrugerelektronik ikke kun dets fremragende egenskaber, men også på grund af produkternes attraktive udseende. Kommercielt rent Grade 1 titanium bruges til at lave etuier til bærbare computere, mobiltelefoner, plasma fladskærms-tv og andet elektronisk udstyr. Brugen af ​​titanium i højttalerkonstruktionen giver bedre akustiske egenskaber, da titanium er lettere end stål, hvilket resulterer i øget akustisk følsomhed. Titanium ure, der først blev introduceret til markedet af japanske producenter, er nu et af de mest overkommelige og anerkendte forbruger titanium produkter. Verdensforbruget af titanium i produktionen af ​​traditionelle og såkaldte wearable smykker måles i flere snesevis af tons. I stigende grad kan du se titanium vielsesringe, og selvfølgelig er folk, der bærer smykker på deres krop, simpelthen forpligtet til at bruge titanium. Titanium er meget udbredt til fremstilling af marine befæstelser og beslag, hvor kombinationen af ​​høj korrosionsbestandighed og styrke er meget vigtig. Los Angeles-baserede Atlas Ti fremstiller en lang række af disse produkter i VTZ-1-legering. Brugen af ​​titanium i produktionen af ​​værktøj begyndte først i Sovjetunionen i begyndelsen af ​​80'erne, da der på instruks fra regeringen blev lavet lette og bekvemme værktøjer for at lette arbejdernes arbejde. Den sovjetiske gigant af titaniumproduktion, Verkhne-Saldinskoye Metal Processing Production Association, producerede på det tidspunkt titaniumskovle, sømtrækkere, beslag, økser og nøgler.

Senere begyndte japanske og amerikanske værktøjsproducenter at bruge titanium i deres produkter. For ikke så længe siden underskrev VSMPO en kontrakt med Boeing om levering af titaniumplader. Denne kontrakt havde utvivlsomt en meget gavnlig effekt på udviklingen af ​​titaniumproduktion i Rusland. Titan har været meget brugt i medicin i mange år. Fordelene er styrke, korrosionsbestandighed, og vigtigst af alt er nogle mennesker allergiske over for nikkel, en essentiel komponent i rustfrit stål, mens ingen er allergiske over for titanium. De anvendte legeringer er kommercielt rent titanium og Ti6-4Eli. Titanium bruges til fremstilling af kirurgiske instrumenter, interne og eksterne proteser, herunder kritiske såsom en hjerteklap. Krykker og kørestole er lavet af titanium. Brugen af ​​titanium i kunsten går tilbage til 1967, hvor det første titaniummonument blev rejst i Moskva.

I øjeblikket er et betydeligt antal titanium-monumenter og -bygninger blevet opført på næsten alle kontinenter, inklusive så berømte som Guggenheim-museet, bygget af arkitekten Frank Gehry i Bilbao. Materialet er meget populært blandt kunstfolk for dets farve, udseende, styrke og modstandsdygtighed over for korrosion. Af disse grunde bruges titanium i souvenirs og smykkersmykker, hvor det med succes konkurrerer med sådanne ædle metaller som sølv og endda guld. . Ifølge Martin Proko fra RTi er den gennemsnitlige pris på titansvamp i USA 3,80 pr. pund, i Rusland er den 3,20 pr. pund. Derudover er prisen på metal i høj grad afhængig af den kommercielle luft- og rumfartsindustris cyklikalitet. Udviklingen af ​​mange projekter kan accelerere dramatisk, hvis der kan findes måder at reducere omkostningerne ved titaniumproduktion og -forarbejdning, skrotbehandling og smelteteknologier, sagde Markus Holz, administrerende direktør for det tyske Deutshe Titan. Britiske Titanium er enig i, at udvidelsen af ​​titaniumprodukter holdes tilbage af høje produktionsomkostninger, og der skal laves mange fremskridt i den nuværende teknologi, før titanium kan masseproduceres.

Et af skridtene i denne retning er udviklingen af ​​den såkaldte FFC-proces, som er en ny elektrolytisk proces til fremstilling af metallisk titanium og legeringer, hvis omkostninger er væsentligt lavere. Ifølge Daniele Stoppolini kræver den overordnede strategi i titaniumindustrien udvikling af de bedst egnede legeringer, produktionsteknologi til hvert nyt marked og anvendelse af titanium.

Kilder

Wikipedia - The Free Encyclopedia, WikiPedia

metotech.ru - Metoteknik

housetop.com - House Top

atomsteel.com – Atom-teknologi

domremstroy.ru - DomRemStroy

Størstedelen af ​​titanium bruges på behovene inden for luftfart og raketteknologi og marine skibsbygning. Det, såvel som ferrotitanium, bruges som et legeringsadditiv til højkvalitetsstål og som et deoxidationsmiddel. Teknisk titanium bruges til fremstilling af tanke, kemiske reaktorer, rørledninger, fittings, pumper, ventiler og andre produkter, der opererer i aggressive miljøer. Gitre og andre dele af elektrovakuumapparater, der arbejder ved høje temperaturer, er lavet af kompakt titanium.

Med hensyn til brug som konstruktionsmateriale er Ti på 4. pladsen kun næst efter Al, Fe og Mg. Titaniumaluminider er meget modstandsdygtige over for oxidation og varmebestandige, hvilket igen bestemte deres anvendelse i luftfarts- og bilindustrien som strukturelle materialer. Den biologiske sikkerhed af dette metal gør det til et fremragende materiale til fødevareindustrien og rekonstruktionskirurgi.

Titanium og dets legeringer er meget udbredt i teknik på grund af deres høje mekaniske styrke, som opretholdes ved høje temperaturer, korrosionsbestandighed, varmebestandighed, specifik styrke, lav densitet og andre nyttige egenskaber. De høje omkostninger ved dette metal og materialer baseret på det kompenseres i mange tilfælde af deres større effektivitet, og i nogle tilfælde er de det eneste råmateriale, hvorfra det er muligt at fremstille udstyr eller strukturer, der er i stand til at fungere under givne specifikke forhold.

Titanlegeringer spiller en vigtig rolle i luftfartsteknologien, hvor målet er at opnå det letteste design kombineret med den nødvendige styrke. Ti er let sammenlignet med andre metaller, men samtidig kan det arbejde ved høje temperaturer. Ti-baserede materialer bruges til fremstilling af skind, fastgørelsesdele, power pack, chassisdele og forskellige enheder. Disse materialer bruges også til konstruktion af flyjetmotorer. Dette giver dig mulighed for at reducere deres vægt med 10-25%. Titaniumlegeringer bruges til at fremstille skiver og blade til kompressorer, dele af luftindtag og føringer i motorer og forskellige fastgørelseselementer.

Et andet anvendelsesområde er raketvidenskab. I lyset af den kortsigtede drift af motorerne og den hurtige passage af tætte lag af atmosfæren fjernes problemerne med træthedsstyrke, statisk udholdenhed og til en vis grad kryb i raketvidenskaben.

På grund af utilstrækkelig høj termisk styrke er teknisk titanium ikke egnet til brug i luftfarten, men på grund af dets exceptionelt høje korrosionsbestandighed er det i nogle tilfælde uundværligt i den kemiske industri og skibsbygning. Så det bruges til fremstilling af kompressorer og pumper til pumpning af så aggressive medier som svovl- og saltsyre og deres salte, rørledninger, ventiler, autoklaver, forskellige beholdere, filtre osv. Kun Ti har korrosionsbestandighed i medier som våd klor, vandige og sure opløsninger af klor, derfor er udstyr til klorindustrien lavet af dette metal. Det bruges også til at fremstille varmevekslere, der fungerer i ætsende miljøer, for eksempel i salpetersyre (ikke rygende). I skibsbygning bruges titanium til fremstilling af propeller, skibsplettering, ubåde, torpedoer mv. Skaller klæber ikke til dette materiale, hvilket kraftigt øger fartøjets modstand under dets bevægelse.

Titaniumlegeringer er lovende til brug i mange andre applikationer, men deres anvendelse i teknologi er begrænset af de høje omkostninger og utilstrækkelige udbredelse af dette metal.

Titaniumforbindelser er også meget udbredt i forskellige industrier. Carbide (TiC) har en høj hårdhed og bruges til fremstilling af skærende værktøjer og slibemidler. Hvid dioxid (TiO 2 ) anvendes i maling (f.eks. titanium hvid) samt i produktion af papir og plast. Organotitanforbindelser (f.eks. tetrabutoxytitanium) bruges som katalysator og hærder i den kemiske industri og malingsindustrien. Ti uorganiske forbindelser anvendes i den kemiske, elektroniske, glasfiberindustri som et additiv. Diborid (TiB 2) er en vigtig bestanddel af superhårde metalbearbejdningsmaterialer. Nitrid (TiN) bruges til at coate værktøjer.

Instruktion

Opdagelsen af ​​titanium er betydningsfuld, idet dens "forældre" er to videnskabsmænd på én gang - briten W. Gregor og tyskeren M. Klaproth. Den første tilbage i 1791 foretog forskning i sammensætningen af ​​magnetisk jernholdigt sand, hvilket resulterede i, at et metal, der var ukendt indtil det øjeblik, blev isoleret. Og i 1795 foretog Klaproth videnskabelig forskning på mineralet rutil og modtog også en slags metal. Ti år senere modtog franskmanden L. Vauquelin selv titanium og beviste, at de tidligere metaller var identiske.

En fuldgyldig prøve af et kemisk grundstof blev opnået af videnskabsmanden J. J. Berzelius i 1825, men derefter blev det betragtet som stærkt forurenet, og to hollændere, A. van Arkel og I. de Boer, var i stand til at opnå rent titanium.

Titanium er det 10. mest koncentrerede kemiske grundstof i naturen blandt hele det periodiske system. Det findes i jordskorpen, havvand, ultramafiske klipper, lerjord og skifer. Grundstoffet overføres ved forvitring, hvorefter der dannes store koncentrationer af titanium i placere. Mineraler, der indeholder dette kemiske element - rutil, ilmenit, titanomagnetit, perovskit, titanit, er også forskellige i primære titaniummalme. Kina og Rusland betragtes som de førende inden for udvinding af elementet, men dets reserver er også i Ukraine, Japan, Australien, Kasakhstan, Sydkorea, Indien, Brasilien og Ceylon. I 2013 udgjorde den globale titaniumproduktion 4,5 millioner tons.

Titanium smelter ved en temperatur på 1660 grader Celsius, koger ved 3260 grader, dens massefylde er 4,32-4,505 g / cm3. Det kemiske element er ret plastisk og svejset i en inert atmosfære, det er meget tyktflydende, tilbøjeligt til at klæbe til skæreværktøjet, hvorfor denne proces kun udføres ved brug af et specielt smøremiddel. Titanstøv anses for eksplosivt ved et flammepunkt på 400 grader Celsius, og metalspåner er brandfarlige.

Titanium er modstandsdygtigt over for progressiv korrosion, såvel som over for opløsninger af syrer og baser. Det er også kendt, at elementet i tilfælde af opvarmning til Celsius begynder at brænde med en meget skarp hvid flamme og danner oxidfaser. Gennem påvirkning af brint, aluminium og silicium omdannes titanium delvist til titantrichlorid og dichlorid, som er faste stoffer med stærke reducerende egenskaber.

De industrier, hvor titanium bruges, er metallurgi og støbning, hvor højstyrkereaktorer, rørledninger, fittings, medicinsk udstyr (instrumenter og proteser) og meget mere fremstilles af dette kemiske element. Det er også interessant, at monumentet til Yuri Gagarin på pladsen af ​​samme navn i Moskva er delvist lavet af titanium.

Titanium blev oprindeligt navngivet "gregorite" af den britiske kemiker pastor William Gregor, som opdagede det i 1791. Titanium blev derefter uafhængigt opdaget af den tyske kemiker M. H. Klaproth i 1793. Han kaldte ham en titan til ære for titanerne fra den græske mytologi - "legemliggørelsen af ​​naturlig styrke." Det var først i 1797, at Klaproth opdagede, at hans titanium var et grundstof, som tidligere var opdaget af Gregor.

Karakteristika og egenskaber

Titanium er et kemisk grundstof med symbolet Ti og atomnummer 22. Det er et skinnende metal med en sølvfarvet farve, lav tæthed og høj styrke. Det er modstandsdygtigt over for korrosion i havvand og klor.

Element møder i en række mineralforekomster, hovedsagelig rutil og ilmenit, som er vidt udbredt i jordskorpen og lithosfæren.

Titanium bruges til at fremstille stærke lette legeringer. De to mest nyttige egenskaber ved et metal er korrosionsbestandighed og et forhold mellem hårdhed og tæthed, det højeste af et metalelement. I sin ulegerede tilstand er dette metal lige så stærkt som nogle ståltyper, men mindre tæt.

Metals fysiske egenskaber

Det er et stærkt metal med lav densitet, ret duktil (især i anoxiske omgivelser), strålende og metalloid hvid. Dets relativt høje smeltepunkt på over 1650°C (eller 3000°F) gør det anvendeligt som et ildfast metal. Det er paramagnetisk og har ret lav elektrisk og termisk ledningsevne.

På Mohs-skalaen er hårdheden af ​​titanium 6. Ifølge denne indikator er den lidt ringere end hærdet stål og wolfram.

Kommercielt rent (99,2%) titanium har en trækstyrke på omkring 434 MPa, hvilket er på linje med konventionelle lavkvalitets stållegeringer, men titanium er meget lettere.

Kemiske egenskaber af titanium

Ligesom aluminium og magnesium oxiderer titanium og dets legeringer straks, når det udsættes for luft. Det reagerer langsomt med vand og luft ved omgivelsestemperatur, fordi det danner en passiv oxidbelægning som beskytter bulk metal mod yderligere oxidation.

Atmosfærisk passivering giver titanium fremragende korrosionsbestandighed næsten svarende til platin. Titan er i stand til at modstå angreb af fortyndede svovl- og saltsyrer, chloridopløsninger og de fleste organiske syrer.

Titanium er et af de få grundstoffer, der brænder i rent nitrogen og reagerer ved 800°C (1470°F) for at danne titaniumnitrid. På grund af deres høje reaktivitet med oxygen, nitrogen og nogle andre gasser bruges titaniumfilamenter i titaniumsublimationspumper som absorbere for disse gasser. Disse pumper er billige og producerer pålideligt ekstremt lave tryk i UHV-systemer.

Almindelige titaniumholdige mineraler er anatase, brookit, ilmenit, perovskit, rutil og titanit (sphene). Af disse mineraler kun rutil og ilmenit er af økonomisk betydning, men selv disse er svære at finde i høje koncentrationer.

Titan findes i meteoritter og er fundet i solen og stjerner af M-typen med en overfladetemperatur på 3200°C (5790°F).

De for tiden kendte metoder til at udvinde titanium fra forskellige malme er besværlige og dyre.

Produktion og fremstilling

I øjeblikket er omkring 50 kvaliteter af titanium og titanlegeringer blevet udviklet og bliver brugt. Til dato er 31 klasser af titaniummetal og legeringer anerkendt, hvoraf klasse 1-4 er kommercielt rene (ulegeret). De adskiller sig i trækstyrke afhængigt af iltindholdet, hvor Grad 1 er den mest duktile (laveste trækstyrke med 0,18 % oxygen) og Grade 4 er den mindst duktile (maksimal trækstyrke med 0,40 % oxygen).

De resterende klasser er legeringer, som hver har specifikke egenskaber:

• plast;
• styrke;
• hårdhed;
• elektrisk modstand;
• specifik korrosionsbestandighed og deres kombinationer.

Ud over disse specifikationer fremstilles titanlegeringer også for at opfylde luftfarts- og militærkrav (SAE-AMS, MIL-T), ISO-standarder og landespecifikke specifikationer og slutbrugerkrav til rumfart, militær, medicinsk og industrielle applikationer.

Et kommercielt rent fladt produkt (plade, plade) kan let dannes, men forarbejdningen skal tage højde for, at metallet har en "hukommelse" og en tendens til at vende tilbage. Dette gælder især for nogle højstyrkelegeringer.

Titanium bruges ofte til at lave legeringer:

• med aluminium;
• med vanadium;
• med kobber (til hærdning);
• med jern;
• med mangan;
• med molybdæn og andre metaller.

Anvendelsesområder

Titaniumlegeringer i form af plader, plade, stang, tråd, støbning finder anvendelse i industri-, rumfarts-, rekreative og nye markeder. Pulveriseret titanium bruges i pyroteknik som en kilde til lyse brændende partikler.

Fordi titanlegeringer har et højt forhold mellem trækstyrke og tæthed, høj korrosionsbestandighed, udmattelsesbestandighed, høj revnemodstand og evne til at modstå moderat høje temperaturer, bruges de i fly, panser, skibe, rumfartøjer og raketter.

Til disse applikationer er titanium legeret med aluminium, zirconium, nikkel, vanadium og andre elementer for at producere en række komponenter, herunder kritiske strukturelle elementer, brandvægge, landingsstel, udstødningsrør (helikoptere) og hydrauliske systemer. Faktisk bruges omkring to tredjedele af det producerede titaniummetal i flymotorer og rammer.

Fordi titanlegeringer er modstandsdygtige over for havvandskorrosion, bruges de til at fremstille propelaksler, varmevekslerfittings osv. Disse legeringer bruges i tilfælde og komponenter i havobservations- og overvågningsudstyr til videnskab og militær.

Specifikke legeringer anvendes i borehuller og oliebrønde og nikkelhydrometallurgi for deres høje styrke. Papirmasse- og papirindustrien bruger titanium i procesudstyr, der udsættes for barske miljøer såsom natriumhypochlorit eller våd klorgas (ved blegning). Andre anvendelser omfatter ultralydssvejsning, bølgelodning.

Derudover bruges disse legeringer i biler, især i bil- og motorcykelløb, hvor lav vægt, høj styrke og stivhed er afgørende.

Titanium bruges i mange sportsartikler: tennisketchere, golfkøller, lacrosse ruller; cricket-, hockey-, lacrosse- og fodboldhjelme samt cykelstel og komponenter.

På grund af dets holdbarhed er titanium blevet mere populært til designersmykker (især titanium ringe). Dens træghed gør det til et godt valg for folk med allergi eller dem, der vil bære smykker i miljøer som svømmebassiner. Titanium er også legeret med guld for at producere en legering, der kan sælges som 24 karat guld, fordi 1% legeret Ti ikke er nok til at kræve en lavere kvalitet. Den resulterende legering er omkring hårdheden af ​​14 karat guld og er stærkere end rent 24 karat guld.

Forebyggende foranstaltninger

Titanium er ikke-giftigt selv i høje doser. I pulverform eller som metalspåner udgør det en alvorlig brandfare og, hvis det opvarmes i luft, en eksplosionsfare.

Egenskaber og anvendelser af titanlegeringer

Nedenfor er en oversigt over de mest almindeligt forekommende titanlegeringer, som er opdelt i klasser, deres egenskaber, fordele og industrielle anvendelser.

7. klasse

Grade 7 er mekanisk og fysisk ækvivalent med Grade 2 rent titanium, bortset fra tilsætningen af ​​et mellemliggende element af palladium, hvilket gør det til en legering. Det har fremragende svejsbarhed og elasticitet, den mest korrosionsbestandighed af alle legeringer af denne type.

Klasse 7 bruges i kemiske processer og fremstilling af udstyrskomponenter.

11. klasse

Grade 11 er meget lig Grade 1, bortset fra tilsætning af palladium for at forbedre korrosionsbestandigheden, hvilket gør det til en legering.

Andre nyttige egenskaber omfatter optimal duktilitet, styrke, sejhed og fremragende svejsbarhed. Denne legering kan især bruges i applikationer, hvor korrosion er et problem:

• kemisk forarbejdning;
• produktion af chlorater;
• afsaltning;
• marine applikationer.

Ti 6Al-4V klasse 5

Alloy Ti 6Al-4V, eller grad 5 titanium, er den mest almindeligt anvendte. Det tegner sig for 50% af det samlede titaniumforbrug på verdensplan.

Brugervenligheden ligger i dens mange fordele. Ti 6Al-4V kan varmebehandles for at øge dens styrke. Denne legering har høj styrke ved lav vægt.

Dette er den bedste legering at bruge i flere brancher såsom rumfarts-, medicinsk-, marine- og kemiske forarbejdningsindustrier. Det kan bruges til at skabe:

• luftturbiner;
• motorkomponenter;
• fly strukturelle elementer;
• befæstelser til luftfart;
• højtydende automatiske dele;
• sportsudstyr.

Ti 6AL-4V ELI klasse 23

Grad 23 - kirurgisk titanium. Ti 6AL-4V ELI, eller Grade 23, er en version med højere renhed af Ti 6Al-4V. Det kan laves af ruller, tråde, tråde eller flade tråde. Det er det bedste valg til enhver situation, hvor en kombination af høj styrke, lav vægt, god korrosionsbestandighed og høj sejhed er påkrævet. Den har fremragende modstandsdygtighed over for skader.

Det kan bruges i biomedicinske applikationer såsom implanterbare komponenter på grund af dets biokompatibilitet, gode træthedsstyrke. Det kan også bruges i kirurgiske procedurer til at fremstille disse konstruktioner:

• ortopædiske stifter og skruer;
• klemmer til ligatur;
• kirurgiske hæfteklammer;
• fjedre;
• ortodontiske apparater;
• kryogene kar;
• knoglefikseringsanordninger.

12. klasse

Grade 12 titanium har fremragende højkvalitets svejsbarhed. Det er en højstyrkelegering, der giver god styrke ved høje temperaturer. Grade 12 titanium har egenskaber svarende til 300-serien rustfrit stål.

Dens evne til at dannes på en række forskellige måder gør den nyttig i mange applikationer. Den høje korrosionsbestandighed af denne legering gør den også uvurderlig til fremstilling af udstyr. Klasse 12 kan bruges i følgende industrier:

• varmevekslere;
• hydrometallurgiske applikationer;
• kemisk produktion med forhøjet temperatur;
• hav- og luftkomponenter.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn er en legering, der kan give god svejsbarhed med stabilitet. Det har også høj temperaturstabilitet og høj styrke.

Ti 5Al-2.5Sn bruges hovedsageligt i luftfartsindustrien samt i kryogene installationer.