Titaan on metall. Titaani omadused

Titaanisulamid – me mõistame detaile

Titaanmetall on looduses tavaline metall, seda on maakoores rohkem kui vaske, pliid ja tsinki. Titaani tihedusega 4,51 g/cm3 on tugevus 267...337 MPa, selle sulamitel kuni 1250 MPa. See on tuhmhall metall sulamistemperatuuriga 1668 0C, korrosioonikindel normaaltemperatuuril ka tugevas agressiivses keskkonnas, kuid väga aktiivne kuumutamisel üle 400 0C. Võimeline isesüttimiseks hapnikus. Reageerib ägedalt lämmastikuga. See oksüdeerub veeauru, süsinikdioksiidi toimel ja neelab vesinikku. Titaani soojusjuhtivus on rohkem kui kaks korda madalam kui süsinikterasel. Seetõttu on titaani keevitamisel hoolimata selle kõrgest sulamistemperatuurist vaja vähem soojust.

Titaani võib leida kahe peamise stabiilse faasi kujul, mis erinevad kristallvõre struktuuri poolest. Normaaltemperatuuril eksisteerib see peeneteralise struktuuriga α-faasi kujul, mis ei ole jahutuskiiruse suhtes tundlik. Temperatuuridel üle 882 0C moodustub suurte teradega β-faas, mis on kõrge jahutuskiiruse suhtes tundlik. Legeerivad elemendid ja lisandid võivad stabiliseerida α-faasi (alumiinium, hapnik, lämmastik) või β-faasi (kroom, mangaan, vanaadium). Seetõttu jagatakse titaanisulamid tinglikult kolme rühma: α, α + β ja β sulamid. Esimesed (VT1, VT5-1) ei ole termiliselt karastatud, on plastilised ja hea keevitatavusega. Viimased (OT4, VTZ, VT4, VT6, VT8) keevitavad hästi ka väikeste β-stabilisaatorite lisanditega. Need on kuumtöödeldud. β-struktuuriga sulamid, näiteks VT15, VT22, tugevdatakse kuumtöötlusega. Need keevitavad kehvemini ning on altid terade kasvule ja külmapragudele.
Toatemperatuuril lahustab titaani pind hapnikku, moodustades selle tahke lahuse α-titaanis. Ilmub küllastunud lahuse kiht, mis kaitseb titaani edasise oksüdatsiooni eest. Seda kihti nimetatakse alfakihiks. Kuumutamisel ühineb titaan hapnikuga keemilises kombinatsioonis, moodustades oksiidide seeria Ti6O-st TiO2-ni. Oksüdatsiooni edenedes muutub oksiidkile värvus kuldkollasest tumelillaks, muutudes valgeks. Neid kuumuse mõjuala värve saab kasutada metallikaitse kvaliteedi hindamiseks keevitamise ajal. Titaan, interakteerudes aktiivselt lämmastikuga temperatuuril üle 500 0C, moodustab nitriide, mis suurendavad tugevust, kuid vähendavad järsult metalli elastsust. Vesiniku lahustuvus vedelas titaanis on suurem kui terases, kuid temperatuuri langedes langeb see järsult ja lahusest eraldub vesinik. Kuna metall kõveneb, võib see pärast keevitamist põhjustada keevisõmbluste poorsust ja hilinenud rikkeid. Kõik titaanisulamid ei ole altid kuumade pragude tekkeks, kuid kalduvad keevismetallis ja kuumusest mõjutatud tsoonis tugevale tera jämedusele, mis halvendab metalli omadusi.
Titaanisulami keevitustehnoloogia

Tänu nende kõrgele keemilisele aktiivsusele saab titaanisulameid keevitada, kasutades inertgaasi kaarkeevitust mittekuluvate ja kuluvate elektroodidega, sukelkaare keevitamist, elektronkiirt, elektriräbu ja takistuskeevitust. Sula titaan on vedel ja õmblus moodustub hästi kõigi keevitusmeetoditega.

Peamine raskus titaani keevitamisel on vajadus kaitsta üle 400 0C kuumutatud metalli õhu eest usaldusväärselt.

Kaarkeevitus toimub argoonis ja selle segudes heeliumiga. Kohaliku kaitsega keevitamine toimub gaasi tarnimisel põleti otsiku kaudu, mõnikord ka kaitsetsooni suurendavate düüsidega. Osade liitekoha tagaküljele on paigaldatud soonega vasest tugiribad, mille pikkuses on ühtlaselt varustatud argooni. Osade keeruka konstruktsiooniga, kui kohalikku kaitset on raske rakendada, keevitatakse üldkaitsega kontrollitud atmosfääriga kambrites. Need võivad olla kambrikinnitused keevitatud sõlme osa kaitsmiseks, kõvad metallist kambrid või pehmed riidest kambrid koos kontrollakendega ja sisseehitatud kindad keevitaja käte jaoks. Kambritesse asetatakse osad, keevitusseadmed ja põleti. Suurte kriitiliste sõlmede jaoks kasutatakse elamiskõlblikke kambreid mahuga kuni 350 m3, kuhu on paigaldatud automaatsed keevitusmasinad ja manipulaatorid. Kambrid evakueeritakse, täidetakse seejärel argooniga ja õhulukkude kaudu sisenevad neisse skafandrites keevitajad.

Volframelektroodiga argoonkaare keevitamise teel põkkkeevitatakse 0,5...1,5 mm paksused osad ilma vahe ja lisandita ning paksusega üle 1,5 mm - täitetraadiga. Keevitatavate detailide servad ja traat tuleb puhastada nii, et hapnikuga rikastatud alfakiht oleks eemaldatud. Traat peab läbima vaakumlõõmutamise temperatuuril 900... 1000 0C 4 tunni jooksul.Keevitamisel kasutatakse alalispolaarsusega alalisvoolu. Üle 10...15 mm paksused osad saab keevitada ühe käiguga sukelkaarega. Pärast keevisvanni moodustumist suurendatakse argooni voolukiirust 40...50 l/min, mis toob kaasa kaare kokkusurumise. Seejärel langetatakse elektrood keevisvanni. Kaare surve surub vedela metalli kõrvale, kaar põleb tekkinud süvendi sees ja selle sulamisvõime suureneb.
Argooni mittekuluva elektroodiga keevitamisel sügava sulamisläbivusega kitsa õmbluse saab lisanditega kaltsiumfluoriidil põhinevate räbustipastade AN-TA, ANT17A abil. Need viimistlevad ja modifitseerivad osaliselt keevismetalli ning vähendavad ka poorsust.

Titaanisulamite kaarkeevitus kuluelektroodiga (traat läbimõõduga 1,2...2,0 mm) toimub pöördpolaarsusega alalisvoolu abil režiimides, mis tagavad elektroodi metalli peenpiiskade ülekande. Kaitsekeskkonnana kasutatakse 20% argooni ja 80% heeliumi segu või puhast heeliumi. See võimaldab suurendada õmbluse laiust ja vähendada poorsust.

Titaanisulameid saab keevitada kaarkeevitusega hapnikuvabade fluoriidvoogude all kuivgranuleeritud ANT1, ANTZ paksusega 2,5...8,0 mm ja ANT7 paksema metalli puhul. Keevitamine toimub elektroodtraadiga läbimõõduga 2,0...5,0 mm elektroodi pikendusega 14...22 mm vask- või räbusti-vasktagaalusel või räbustipadjal. Räbusti modifitseeriva toime tulemusena on metallkonstruktsioon peeneteralisem kui inertgaasides keevitamisel.

Elektriräbu keevitamisel kasutatakse keevitatava detailiga samast titaanisulamist valmistatud plaatelektroode, mille paksus on 8...12 mm ja laius on võrdne keevitatava metalli paksusega. Kasutatakse tulekindlaid fluoriidvooge ANT2, ANT4, ANT6. Vältimaks hapniku tungimist läbi voo, on räbuvann täiendavalt kaitstud argooniga. Kuumusetsooni metalli kaitstakse moodustavate vesijahutusega liugurite laiuse suurendamisega ning argooni puhumisega nende ja detaili vahesse. Keevisliited pärast elektriräbu keevitamist on jämekristallilise struktuuriga, kuid nende omadused on lähedased mitteväärismetallile. Enne elektriräbu keevitamist, nagu ka enne kaarkeevitust, tuleb räbustid kaltsineerida temperatuuril 200...300 0C.

Titaanisulamite elektronkiirkeevitus tagab metalli parima kaitse gaaside eest ja peeneteralise keevisstruktuuri. Kokkupanekunõuded on teiste meetoditega võrreldes rangemad.

Kõigi titaanisulamite keevitamise meetodite puhul ei tohi metalli üle kuumeneda. Kasutada tuleb meetodeid ja võtteid, mis võimaldavad mõjutada metalli kristalliseerumist: elektromagnetiline mõju, elektroodi või elektronkiire vibratsioon üle ühenduskoha, ultraheli mõju keevisvannile, impulsskaarega keevitamise tsükkel jne. Kõik see võimaldab saada peenemat keevisstruktuuri ja keevisliidete kõrgeid omadusi.

Titaanmetalli omadused ja selle kasutamine

Titaanmetall on hele, hõbevalge metall. Titaanisulamid on kerged ja tugevad, neil on kõrge korrosioonikindlus ja madal soojuspaisumistegur. Lisaks on titaan metall, mis suudab säilitada oma omadused temperatuurivahemikus –290 kuni +600 kraadi Celsiuse järgi.

Selle metalli oksiidi avastas esmakordselt 1789. aastal W. Gregor. Raudliiva uurides õnnestus tal eraldada seni tundmatu metalli oksiid, millele ta andis nime menaken. Ühe esimese metallilise titaani proovi hankis 1825. aastal J. Ya. Berzelius.

Iseärasused

Mendelejevi perioodilisustabelis on titaan element, mis asub 4. perioodi 4. rühmas numbriga 22. Kõige stabiilsemates ühendites on see element neljavalentne. Oma välimuselt meenutab see veidi terast ja kuulub üleminekuelementide hulka. Titaani sulamistemperatuur on 1668 ± 4 °C ja see keeb 3300 kraadi Celsiuse järgi. Mis puutub selle metalli sulamis- ja aurustumissoojusse, siis see on peaaegu 2 korda suurem kui raua oma.

Titaan - hõbedane metall
Tänapäeval on titaanil kaks allotroopset modifikatsiooni. Esimene on madala temperatuuriga alfa modifikatsioon. Teine on kõrgtemperatuuriline beetaversioon. Tiheduse ja erisoojusmahu poolest on see metall alumiiniumi ja raua vahel.

Titaani omadustel on mitmeid positiivseid omadusi. Selle mehaaniline tugevus on kaks korda suurem kui puhtal raual ja kuus korda suurem alumiiniumil. Titaan on aga võimeline absorbeerima hapnikku, vesinikku ja lämmastikku. Need võivad selle plastilisi omadusi järsult vähendada. Titaani segamisel süsinikuga tekivad tulekindlad karbiidid, millel on kõrge kõvadus.

Titaani iseloomustab madal soojusjuhtivus, mis on 4 korda väiksem kui alumiiniumil ja 13 korda väiksem kui raual. Titaanil on ka üsna kõrge elektritakistus.

Titaan on paramagnetiline metall ja teatavasti on paramagnetilistel ainetel magnetiline vastuvõtlikkus, mis kuumutamisel väheneb. Kuid titaan on erand, kuna selle vastuvõtlikkus suureneb ainult temperatuuri tõustes.

Eelised:
Madal tihedus, mis aitab vähendada materjali massi;
Kõrge mehaaniline tugevus;
Kõrge korrosioonikindlus;
Kõrge eritugevus.

Puudused:
Kõrge tootmiskulu;
Aktiivne interaktsioon kõigi gaasidega, mistõttu see sulab ainult vaakumis või inertgaaside keskkonnas;
Halvad hõõrdevastased omadused;
Raskused titaanijäätmete tootmisse kaasamisel;
Kalduvus soolade korrosioonile, vesiniku rabestumine;
Üsna halb töödeldavus;
Suurepärane keemiline aktiivsus.

Kasutamine

Titaani kasutamine on enim nõutud rakettide ja lennukite tootmises ning merelaevaehituses.

Sõrmused
Seda kasutatakse kõrgkvaliteetsete teraste legeeriva lisandina. Tehnilist titaani kulutatakse konteinerite ja keemiliste reaktorite, torustike ja liitmike, pumpade ja ventiilide ning kõigi agressiivses keskkonnas töötavate toodete tootmiseks. Kompaktset titaani kasutatakse kõrgel temperatuuril töötavate elektriliste vaakumseadmete võrkude ja muude osade valmistamiseks.

Titaani mehaaniline tugevus, korrosioonikindlus, eritugevus, kuumakindlus ja muud omadused võimaldavad seda tehnoloogias laialdaselt kasutada. Selle metalli ja sulamite kõrge hind kompenseeritakse selle suure jõudlusega. Mõnes olukorras on titaanisulamid ainsad, mida kasutatakse teatud seadmete või struktuuride valmistamiseks, mis on võimelised töötama konkreetsetes tingimustes.

Esialgu kaevandati titaani värvainete tootmiseks. Selle metalli kasutamine konstruktsioonimaterjalina on aga kaasa toonud titaanimaagi kaevandamise laienemise, samuti uute maardlate otsimise ja arendamise.

Pulk puhtast (99,995%) titaanist
Varem oli titaan kõrvalsaadus ja paljudel juhtudel takistuseks näiteks rauamaagi kaevandamisel. Tänapäeval kasutatakse kaevandusi ainult selle metalli saamiseks põhitootena.

Titaanimaagi kaevandamiseks ei pea te omama erilisi oskusi ega läbi viima keerulisi toiminguid. Kui liivamaardlates leitakse titaanmineraale, kogutakse need kokku imemissüvendajatega, mille kaudu langevad need praamidele, mis omakorda toimetavad need rikastustehasesse. Aga kui kivimites leidub titaanmineraale, siis isegi kaevandusseadmeid enam ei kasutata.

Maak purustatakse, et tagada mineraalsete komponentide tõhus eraldamine. Seejärel kasutatakse ilmeniidi võõrmaterjalidest eraldamiseks madala intensiivsusega märgmagnetilist eraldamist. Järelejäänud ilmeniit rikastatakse seejärel hüdrauliliste klassifikaatorite ja tabelite abil. Seejärel viiakse rikastamine läbi kõrge intensiivsusega kuivmagneteraldusmeetodil.

Titaanmetalli omadused ja koht toodetes

Titaan on looduses üsna laialt levinud keemiline element. See on metallist, hõbehall ja kõva; see on paljude mineraalide komponent ja seda saab kaevandada peaaegu kõikjal - Venemaa on titaani kaevandamises maailmas teisel kohal.

Titaani rauamaagis on palju titaani – kompleksoksiidide hulka kuuluv ilmeniit ja kuldpunane rutiil, mis on titaandioksiidi polümorfne (mitmekesine ja erinevates kristallstruktuurides eksisteerima võimeline) modifikatsioon – keemikud teavad kolme sellist looduslikku. ühendid.

Titaani leidub sageli kivimites, kuid veelgi rohkem leidub seda muldades, eriti liivastes. Titaani sisaldavate kivimite hulgas võib nimetada perovskiiti - seda peetakse üsna tavaliseks; titaniit on titaani ja kaltsiumi silikaat, millel on tervendavad ja isegi maagilised omadused; anataas on ka polümorfne ühend – lihtne oksiid; ja brookite on ilus kristall, mida sageli leidub Alpides ja siin Venemaal - Uuralites, Altais ja Siberis.

Titaani avastamise au kuulub korraga kahele teadlasele – sakslasele ja inglasele. Inglise teadlane William MacGregor ei olnud keemik, kuid ta tundis suurt huvi mineraalide vastu ning ühel päeval, 18. sajandi lõpus, eraldas ta Cornwalli mustast liivast tundmatu metalli ja kirjutas sellest peagi artikli.

Seda artiklit luges ka kuulus saksa teadlane, keemik M.G. Klaprothi ja 4 aastat pärast McGregorit avastas ta Ungaris levinud punasest liivast titaanoksiidi (nii nimetas ta seda metalli ja inglased nimetasid seda menakkiniks - selle leiukoha nime järgi). Kui teadlane võrdles mustast ja punasest liivast leitud ühendeid, osutusid need titaanoksiidideks – nii avastasid selle metalli mõlemad teadlased iseseisvalt.

Muide, metalli nimetusel pole midagi pistmist Vana-Kreeka titaanjumalatega (kuigi selline versioon on olemas), vaid see sai nime haldjate kuninganna Titania auks, kellest Shakespeare kirjutas. Seda nime seostatakse titaani kergusega – selle ebatavaliselt väikese tihedusega.

Pärast neid avastusi üritasid paljud teadlased korduvalt isoleerida puhast titaani selle ühenditest, kuid 19. sajandil see ei õnnestunud - isegi suur Mendelejev pidas seda metalli haruldaseks ja seetõttu huvitavaks ainult "puhta" teaduse jaoks, mitte kasutamiseks. praktilistel eesmärkidel. Kuid 20. sajandi teadlased mõistsid, et looduses on palju titaani - umbes 70 mineraali sisaldab seda oma koostises ja tänapäeval on teada palju selliseid maardlaid. Kui rääkida inimeste poolt tehnikas laialdaselt kasutatavatest metallidest, siis leiame vaid kolm, mida leidub looduses titaanist rohkem – magneesium, raud ja alumiinium. Keemikud ütlevad ka, et kui me kvantitatiivselt liita kõik vase, hõbeda, kulla, plaatina, plii, tsingi, kroomi ja mõnede teiste metallide varud, mille poolest Maa on rikas, siis saame titaani rohkem kui neid kõiki.

Keemikud õppisid puhast titaani ühenditest eraldama alles 1940. aastal – seda tegid Ameerika teadlased.
Paljusid titaani omadusi on juba uuritud ja seda kasutatakse erinevates teadus- ja tööstuse valdkondades, kuid me ei käsitle seda selle kasutamise aspekti siin üksikasjalikult - meid huvitab titaani bioloogiline tähtsus.

Meid huvitab ka titaani kasutamine meditsiinis ja toiduainetööstuses – nendel juhtudel satub titaan otse inimkehasse ehk puutub sellega kokku. Selle metalli üks omadus on väga rõõmustav: teadlased, sealhulgas arstid, peavad titaani inimestele ohutuks, kuigi selle liigsel hulgal organismi sattumisel võivad tekkida kroonilised kopsuhaigused.
Titaan toodetes

Titaani leidub merevees, taimedes ja loomsetes kudedes ning seega ka taimset ja loomset päritolu toodetes. Taimed saavad titaani mullast, milles nad kasvavad, ja loomad saavad seda neid taimi süües, kuid esmalt - juba 19. sajandil - avastasid keemikud titaani loomade kehas ja alles seejärel taimedes. Need avastused tegid taas inglane ja sakslane – G. Rees ja A. Adergold.

Inimkehas on umbes 20 mg titaani ning see pärineb tavaliselt toidust ja veest. Titaani leidub munades ja piimas, loomalihas ja taimedes – nende lehtedes, vartes, viljades ja seemnetes, kuid üldiselt on seda toiduainetes vähe. Taimed, eriti vetikad, sisaldavad rohkem titaani kui loomsed kuded; palju on seda kladofooris - põõsas erkrohelises vetikas, mida leidub sageli mageveekogudes ja meredes.
Titaani tähtsus inimkehale

Miks vajab inimkeha titaani? Teadlaste sõnul pole selle bioloogiline roll selge, kuid ta osaleb punaste vereliblede moodustamises luuüdis, hemoglobiini sünteesis ja immuunsuse moodustamises.

Titaani leidub inimese ajus, kuulmis- ja nägemiskeskustes; Seda leidub alati rinnapiimas ja teatud kogustes. Titaani kontsentratsioonid organismis aktiveerivad ainevahetusprotsesse ja parandavad vere üldist koostist, vähendades kolesterooli ja uurea sisaldust selles.

Inimene saab umbes 0,85 mg titaani päevas koos vee ja toiduga, aga ka õhuga, kuid see imendub seedetraktis halvasti - 1 kuni 3%.

Inimese jaoks on titaan mittetoksiline või vähetoksiline ning arstidel puuduvad andmed ka surmava annuse kohta, kuid titaandioksiidi regulaarsel sissehingamisel koguneb see kopsudesse ning seejärel arenevad kroonilised haigused, millega kaasneb õhupuudus ja röga köha – trahheiit, alveoliit jne. Titaani kogunemine koos teiste, mürgisemate elementidega põhjustab põletikku ja isegi granulomatoosi – tõsist veresoonkonnahaigust, mis on eluohtlik.

Titaani liig ja puudus

Millega saab seletada liigset titaani tarbimist organismis? Kuna, nagu juba mainitud, kasutatakse titaani paljudes teaduse ja tööstuse valdkondades, ähvardab titaani liig ja isegi sellega mürgitamine sageli erinevate tööstusharude töötajaid: masinaehitus, metallurgia, värvid ja lakid jne. Titaankloriid on kõige mürgisem: piisab, kui töötate sellises tootmises umbes 3 aastat, ilma ettevaatusabinõusid eriti järgimata, ja krooniliste haiguste ilmnemine ei aeglustu.

Selliseid haigusi ravitakse tavaliselt antibiootikumide, vahutamisvastaste ainete, kortikosteroidide ja vitamiinidega; Patsiendid peaksid olema puhata ja jooma palju vedelikku.

Titaanipuudust nii inimestel kui loomadel ei ole tuvastatud ega kirjeldatud ning antud juhul võib eeldada, et seda tõesti ei eksisteeri.

Meditsiinis on titaan ülipopulaarne: sellest valmistatakse suurepäraseid instrumente ning samal ajal on need ligipääsetavad ja odavad – titaan maksab 15–25 dollarit kilogrammi kohta. Ortopeedid, hambaarstid ja isegi neurokirurgid armastavad titaani – ja see pole üllatav.

Selgub, et titaanil on arstide jaoks väärtuslik omadus – bioloogiline inertsus: see tähendab, et sellest valmistatud struktuurid käituvad inimkehas ideaalselt ning on absoluutselt ohutud lihas- ja luukoele, mida nad aja jooksul omandavad. Koe struktuur ei muutu: titaan ei allu korrosioonile ja selle mehaanilised omadused on väga kõrged. Piisab, kui öelda, et merevees, mis on koostiselt inimese lümfile väga lähedane, võib titaan rikneda kiirusega 0,02 mm 1000 aasta kohta ning leeliste ja hapete lahustes on see stabiilsuselt sarnane plaatinaga.

Kõigist meditsiinis kasutatavatest sulamitest eristub titaan oma puhtuse poolest ja neis pole peaaegu mingeid lisandeid, mida ei saa öelda koobaltisulamite ega roostevaba terase kohta.

Titaanisulamitest valmistatud sise- ja välisproteesid ei vaju kokku ega deformeeru, kuigi taluvad kogu aeg töökoormust: titaani mehaaniline tugevus on 2–4 korda kõrgem kui puhtal raual ja 6–12 korda suurem kui raua omal. alumiiniumist.

Titaani plastilisus võimaldab sellega teha kõike – lõigata, puurida, lihvida, madalal temperatuuril sepistada, rullida – sellest tehakse isegi õhukest fooliumi.

Selle sulamistemperatuur on aga üsna kõrge – umbes 1670°C.

Titaani elektrijuhtivus on väga madal ja tegemist on mittemagnetilise metalliga, mistõttu võib titaanstruktuuridega patsientidele määrata füsioterapeutilisi protseduure – see on ohutu.

Toiduainetööstuses kasutatakse värvainena titaandioksiidi, tähistusega E171. Seda kasutatakse maiustuste ja närimiskummi, maiustuste ja pulbriliste toodete, nuudlite, krabipulkade, hakklihatoodete värvimiseks; Samuti muudavad need heledamaks glasuurid ja jahu.

Farmakoloogias kasutatakse titaandioksiidi ravimite ja kosmetoloogias kreemide, geelide, šampoonide ja muude toodete värvimiseks.

metalltitaani omadus metalli titaani omadused metalli titaani omadused

Titaan on tootmises leviku poolest 4. kohal, kuid tõhus tehnoloogia selle ekstraheerimiseks töötati välja alles eelmise sajandi 40ndatel. See on hõbedane metall, mida iseloomustab madal erikaal ja ainulaadsed omadused. Tööstuses ja muudes valdkondades leviku ulatuse analüüsimiseks on vaja teada anda titaani omadused ja selle sulamite kasutusalad.

Peamised omadused

Metalli erikaal on väike - ainult 4,5 g/cm³. Korrosioonivastased omadused tulenevad pinnale moodustunud stabiilsest oksiidkilest. Tänu sellele kvaliteedile ei muuda titaan oma omadusi, kui seda hoitakse pikka aega vees või soolhappes. Pinge tõttu ei ole kahjustatud piirkondi, mis on terase puhul suur probleem.

Puhtal kujul on titaanil järgmised omadused ja omadused:

• nominaalne sulamistemperatuur - 1660°C;
• keeb kuumutamisel temperatuuril +3 227°C;
• tõmbetugevus - kuni 450 MPa;
• mida iseloomustab madal elastsusindeks - kuni 110,25 GPa;
• HB skaalal on kõvadus 103;
• voolavuspiir on metallide seas üks optimaalsemaid - kuni 380 MPa;
• puhta titaani soojusjuhtivus ilma lisanditeta – 16,791 W/m*C;
• minimaalne soojuspaisumistegur;
• see element on paramagnet.

Võrdluseks, selle materjali tugevus on 2 korda suurem kui puhtal raual ja 4 korda suurem kui alumiiniumil. Titaanil on ka kaks polümorfset faasi – madal temperatuur ja kõrge temperatuur.

Puhast titaani ei kasutata tootmisvajaduste jaoks selle kõrge hinna ja nõutavate jõudlusomaduste tõttu. Jäikuse suurendamiseks lisatakse kompositsioonile oksiide, hübriide ja nitriide. Materjali omaduste muutmine korrosioonikindluse parandamiseks on harvem. Peamised lisandite tüübid sulamite tootmiseks: teras, nikkel, alumiinium. Mõnel juhul toimib see lisakomponendina.

Kasutusvaldkonnad

Madalate erikaalu- ja tugevusparameetrite tõttu kasutatakse titaani laialdaselt lennunduses ja kosmosetööstuses. Seda kasutatakse peamise konstruktsioonimaterjalina puhtal kujul. Erijuhtudel valmistatakse odavamaid sulameid kuumakindluse vähendamise teel. Samal ajal jääb selle korrosioonikindlus ja mehaaniline tugevus muutumatuks.

Lisaks on titaanlisanditega materjal leidnud rakendust järgmistes valdkondades:

• Keemiatööstus. Selle vastupidavus peaaegu kõikidele agressiivsetele keskkondadele, välja arvatud orgaanilised happed, võimaldab valmistada keerukaid seadmeid, millel on hea hooldusvaba kasutusiga.
• Sõidukite tootmine. Põhjuseks on madal erikaal ja mehaaniline tugevus. Sellest valmistatakse konstruktsioonide raamid või kandvad elemendid.
• Ravim. Eriotstarbel kasutatakse spetsiaalset sulamit nitinooli (titaan ja nikkel). Selle eripäraks on kujumälu. Patsientide koormuse vähendamiseks ja kehale negatiivsete mõjude tõenäosuse minimeerimiseks on paljud meditsiinilised lahased ja sarnased seadmed valmistatud titaanist.
• Tööstuses kasutatakse metalli korpuste ja üksikute seadmeelementide valmistamiseks.
• Titaanist ehetel on ainulaadne välimus ja omadused.

Enamasti töödeldakse materjali tehases. Kuid on mitmeid erandeid – teades selle materjali omadusi, saab osa tööst toote välimuse ja selle omaduste muutmiseks ära teha koduses töökojas.

Töötlemise funktsioonid

Tootele soovitud kuju andmiseks on vaja kasutada spetsiaalset varustust - trei- ja freespinki. Titaani käsitsi lõikamine või freesimine ei ole selle kõvaduse tõttu võimalik. Lisaks seadmete võimsuse ja muude omaduste valikule on vaja valida õiged lõikeriistad: lõikurid, lõikurid, hõõritsad, puurid jne.

Arvesse võetakse järgmisi nüansse:

• Titaanviilud on väga tuleohtlikud. Vajalik on detaili pinna sundjahutus ja töötamine minimaalsetel kiirustel.
• Toote painutamine toimub alles pärast pinna eelkuumutamist. Vastasel juhul on pragude tekkimise tõenäosus suur.
• Keevitamine. Tuleb järgida eritingimusi.

Titaan on ainulaadne materjal, millel on head jõudlus ja tehnilised omadused. Kuid selle töötlemiseks peate teadma tehnoloogia eripära ja mis kõige tähtsam - ohutusmeetmeid.

Igavene, salapärane, kosmiline – kõik need ja paljud teised epiteetid on erinevates allikates omistatud titaanile. Selle metalli avastamise ajalugu ei olnud triviaalne: mitmed teadlased töötasid samaaegselt elemendi puhtal kujul eraldamisega. Füüsikaliste, keemiliste omaduste uurimise ja selle kasutusvaldkondade määramise protsess tänapäeval. Titaan on tulevikumetall, selle koht inimelus pole veel lõplikult kindlaks määratud, mis annab tänapäeva teadlastele tohutult ruumi loovuseks ja teadusuuringuteks.

Iseloomulik

Keemiline element on D.I. Mendelejevi perioodilisustabelis tähistatud sümboliga Ti. See asub neljanda perioodi IV rühma teiseses alarühmas ja selle seerianumbriga on 22. Titaan on valge-hõbedane metall, kerge ja vastupidav. Aatomi elektrooniline konfiguratsioon on järgmise struktuuriga: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Vastavalt sellele on titaanil mitu võimalikku oksüdatsiooniastet: 2, 3, 4; kõige stabiilsemates ühendites on see neljavalentne.

Titaan - sulam või metall?

See küsimus huvitab paljusid. 1910. aastal sai Ameerika keemik Hunter esimest korda puhta titaani. Metall sisaldas vaid 1% lisandeid, kuid selle kogus osutus tühiseks ega võimaldanud selle omadusi edasi uurida. Saadud aine plastilisus saavutati ainult kõrgete temperatuuride mõjul, tavatingimustes (toatemperatuuril) oli proov liiga habras. Tegelikult teadlasi see element ei huvitanud, kuna selle kasutamise väljavaated tundusid liiga ebakindlad. Raskused hankimisel ja uurimisel on veelgi vähendanud selle kasutusvõimalusi. Alles 1925. aastal said Hollandi keemikud I. de Boer ja A. Van Arkel titaanmetalli, mille omadused äratasid inseneride ja disainerite tähelepanu üle maailma. Selle elemendi uurimise ajalugu algab 1790. aastal, just sel ajal avastasid kaks teadlast paralleelselt, üksteisest sõltumatult, titaani keemilise elemendina. Igaüks neist saab aine ühendi (oksiidi), mis ei suuda metalli puhtal kujul eraldada. Titaani avastajaks peetakse inglise mineraloogi munka William Gregorit. Oma kihelkonna territooriumil, mis asub Inglismaa edelaosas, asus noor teadlane uurima Menacani oru musta liiva. Tulemuseks olid läikivad terad, mis olid titaaniühend. Samal ajal eraldas keemik Martin Heinrich Klaproth Saksamaal mineraalsest rutiilist uue aine. 1797. aastal tõestas ta ka, et paralleelselt avatud elemendid on sarnased. Titaandioksiid on olnud paljude keemikute jaoks mõistatus juba üle sajandi; isegi Berzelius ei suutnud saada puhast metalli. 20. sajandi uusimad tehnoloogiad on oluliselt kiirendanud selle elemendi uurimist ja määranud kindlaks selle kasutamise esialgsed suunad. Samal ajal laieneb rakendusala pidevalt. Selle ulatust saab piirata ainult sellise aine nagu puhta titaani saamise protsessi keerukus. Sulamite ja metalli hind on üsna kõrge, nii et tänapäeval ei saa see traditsioonilist rauda ja alumiiniumi asendada.

nime päritolu

Menakin oli titaani esimene nimi, mida kasutati kuni 1795. aastani. Täpselt seda nimetas W. Gregor uueks elemendiks, lähtudes selle territoriaalsest kuuluvusest. Martin Klaproth andis elemendile 1797. aastal nimetuse "titaan". Sel ajal tegid tema prantsuse kolleegid eesotsas üsna autoriteetse keemiku A. L. Lavoisier'ga ettepaneku nimetada äsja avastatud aineid nende põhiomaduste järgi. Saksa teadlane ei nõustunud selle lähenemisviisiga, ta uskus üsna põhjendatult, et avastamise etapis on üsna raske kindlaks teha kõiki ainele omaseid omadusi ja kajastada neid nimes. Siiski tuleb tunnistada, et Klaprothi intuitiivselt valitud termin vastab täielikult metallile - seda on kaasaegsed teadlased korduvalt rõhutanud. Nimetuse titaan päritolu kohta on kaks peamist teooriat. Metalli oleks võinud sel viisil tähistada päkapikukuninganna Titania (saksa mütoloogia tegelane) auks. See nimi sümboliseerib nii aine kergust kui ka tugevust. Enamik teadlasi kaldub kasutama Vana-Kreeka mütoloogia versiooni, milles maajumalanna Gaia võimsaid poegi nimetati titaanideks. Seda versiooni toetab ka varem avastatud elemendi nimi - uraan.

Looduses olemine

Inimestele tehniliselt väärtuslikest metallidest on titaan maakoore arvukuse poolest neljandal kohal. Ainult raua, magneesiumi ja alumiiniumi osakaal on looduses kõrge. Suurim titaanisisaldus oli basaltkoores, veidi vähem graniidikihis. Merevees on selle aine sisaldus madal – ligikaudu 0,001 mg/l. Keemiline element titaan on üsna aktiivne, seega on seda puhtal kujul võimatu leida. Kõige sagedamini esineb see hapnikuga ühendites ja selle valents on neli. Titaani sisaldavate mineraalide arv varieerub 63-st 75-ni (erinevates allikates), samal ajal kui praeguses uurimisetapis jätkavad teadlased selle ühendite uute vormide avastamist. Praktilisel kasutamisel on kõige olulisemad järgmised mineraalid:

1. Ilmeniit (FeTiO 3).
2. Rutiil (TiO 2).
3. Titaniit (CaTiSiO 5).
4. Perovskiit (CaTiO 3).
5. Titaanmagnetiit (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) jne.

Kõik olemasolevad titaani sisaldavad maagid jagunevad koha- ja põhimaagideks. See element on nõrk rändaja, see võib liikuda ainult purustatud kivide või mudase põhjakivimite liikumisena. Biosfääris leidub kõige rohkem titaani vetikates. Maapealse fauna esindajatel koguneb element sarvestunud kudedesse ja juustesse. Inimkeha iseloomustab titaani olemasolu põrnas, neerupealistes, platsentas ja kilpnäärmes.

Füüsikalised omadused

Titaan on hõbevalge värvusega värviline metall, mis välimuselt meenutab terast. Temperatuuril 0 0 C on selle tihedus 4,517 g/cm 3 . Aine on madala erikaaluga, mis on tüüpiline leelismetallidele (kaadmium, naatrium, liitium, tseesium). Titaan on tiheduse poolest raua ja alumiiniumi vahepealsel positsioonil, samas kui selle jõudlusnäitajad on kõrgemad kui mõlemal elemendil. Metallide peamised omadused, mida nende kasutusala määramisel arvesse võetakse, on kõvadus. Titaan on 12 korda tugevam kui alumiinium, 4 korda tugevam kui raud ja vask, kuid see on palju kergem. Selle plastilisus ja voolavuspiir võimaldavad seda töödelda madalatel ja kõrgetel temperatuuridel, nagu ka teiste metallide puhul, st neetimise, sepistamise, keevitamise ja valtsimise meetoditega. Titaani eripäraks on selle madal soojus- ja elektrijuhtivus, samas kui need omadused säilivad ka kõrgetel temperatuuridel, kuni 500 0 C. Magnetväljas on titaan paramagnetiline element, teda ei tõmba nagu raud ega tõrjuta välja. nagu vask. Väga kõrge korrosioonivastane jõudlus agressiivses keskkonnas ja mehaanilise pinge all on ainulaadne. Rohkem kui 10 aastat mereveega kokkupuudet ei muutnud titaanplaadi välimus ja koostis. Sel juhul häviks raud korrosiooni tõttu täielikult.

Titaani termodünaamilised omadused

1. Tihedus (normaalsetes tingimustes) on 4,54 g/cm 3 .
2. Aatomarv - 22.
3. Metallide rühm - tulekindlad, kerged.
4. Titaani aatommass on 47,0.
5. Keemistemperatuur (0 C) - 3260.
6. Molaarmaht cm 3 /mol - 10,6.
7. Titaani sulamistemperatuur (0 C) on 1668.
8. Aurustumise erisoojus (kJ/mol) - 422,6.
9. Elektritakistus (temperatuuril 20 0 C) Ohm*cm*10 -6 - 45.

Keemilised omadused

Elemendi suurenenud korrosioonikindlus on seletatav väikese oksiidkile moodustumisega pinnale. See takistab (tavalistes tingimustes) gaase (hapnik, vesinik), mida leidub elemendi, näiteks titaanmetalli, ümbritsevas atmosfääris. Selle omadused muutuvad temperatuuri mõjul. Kui see tõuseb 600 0 C-ni, toimub reaktsioon hapnikuga, mille tulemusena moodustub titaanoksiid (TiO 2). Atmosfäärigaaside neeldumisel tekivad rabedad ühendid, millel pole praktilist rakendust, mistõttu titaani keevitamine ja sulatamine toimub vaakumtingimustes. Pöörduv reaktsioon on vesiniku lahustumisprotsess metallis, see toimub aktiivsemalt temperatuuri tõustes (alates 400 0 C ja üle selle). Titaan, eriti selle väikesed osakesed (õhuke plaat või traat), põleb lämmastiku atmosfääris. Keemiline reaktsioon on võimalik ainult temperatuuril 700 0 C, mille tulemusena tekib TiN-nitriid. See moodustab suure kõvadusega sulameid paljude metallidega ja on sageli legeerelement. See reageerib halogeenidega (kroom, broom, jood) ainult katalüsaatori juuresolekul (kõrge temperatuur) ja kokkupuutel kuivainega. Sel juhul moodustuvad väga kõvad, tulekindlad sulamid. Titaan ei ole keemiliselt aktiivne enamiku leeliste ja hapete lahustes, välja arvatud kontsentreeritud väävelhape (pika keetmisega), vesinikfluoriidhape ja kuumad orgaanilised happed (sipelghape, oksaalhape).

Sünnikoht

Ilmeniidi maagid on looduses levinumad – nende varusid hinnatakse 800 miljonile tonnile. Rutiili maardlad on palju tagasihoidlikumad, kuid kogumaht - säilitades samal ajal toodangu kasvu - peaks inimkonnale järgmise 120 aasta jooksul varustama sellist metalli nagu titaan. Valmistoote hind sõltub nõudlusest ja toodangu valmistatavuse taseme tõusust, kuid keskmiselt jääb see vahemikku 1200–1800 rubla/kg. Pideva tehnilise täiustamise tingimustes väheneb kõigi tootmisprotsesside maksumus nende õigeaegse moderniseerimisega oluliselt. Suurimad varud on Hiinal ja Venemaal, maavarabaasid on ka Jaapanis, Lõuna-Aafrikas, Austraalias, Kasahstanis, Indias, Lõuna-Koreas, Ukrainas ja Tseilonil. Maardlad erinevad tootmismahtude ja titaani osakaalu poolest maagis, käimas on geoloogilised uuringud, mis võimaldavad eeldada metalli turuväärtuse langust ja selle laiemat kasutamist. Venemaa on vaieldamatult suurim titaani tootja.

Kviitung

Titaani tootmiseks kasutatakse kõige sagedamini titaandioksiidi, mis sisaldab minimaalselt lisandeid. Seda saadakse ilmeniidikontsentraatide või rutiilimaakide rikastamisega. Elektrikaarahjus toimub maagi kuumtöötlus, millega kaasneb raua eraldumine ja titaanoksiidi sisaldava räbu moodustumine. Rauavaba fraktsiooni töötlemiseks kasutatakse väävelhappe või kloriidi meetodit. Titaanoksiid on hall pulber (vt fotot). Titaanmetall saadakse selle järkjärgulise töötlemise teel.

Esimene faas on räbu paagutamise protsess koksiga ja kokkupuude klooriauruga. Saadud TiCl 4 redutseeritakse magneesiumi või naatriumiga, kui seda hoitakse temperatuuril 850 0 C. Keemilise reaktsiooni tulemusena saadud titaankäsn (poorne sulatatud mass) puhastatakse või sulatatakse valuplokkideks. Olenevalt edasisest kasutussuunast tekib sulam või puhas metall (lisandid eemaldatakse kuumutades 1000 0 C-ni). Aine tootmiseks, mille lisandifraktsioon on 0,01%, kasutatakse jodiidimeetodit. See põhineb selle aurude aurustamise protsessil titaankäsnast, mida on eelnevalt töödeldud halogeeniga.

Kasutusvaldkonnad

Titaani sulamistemperatuur on üsna kõrge, mis, arvestades metalli kergust, on hindamatu eelis selle kasutamisel konstruktsioonimaterjalina. Seetõttu leiab see suurimat kasutust laevaehituses, lennutööstuses, raketitööstuses ja keemiatööstuses. Titaani kasutatakse sageli legeeriva lisandina erinevates sulamites, millel on suurenenud kõvadus ja kuumakindlus. Kõrged korrosioonivastased omadused ja võime taluda enamikku agressiivseid keskkondi muudavad selle metalli keemiatööstuses asendamatuks. Hapete ja muude keemiliselt aktiivsete ainete destilleerimisel ja transportimisel kasutatavad torustikud, mahutid, sulgeventiilid ja filtrid on valmistatud titaanist (selle sulamitest). See on nõudlik kõrgetel temperatuuridel töötavate seadmete loomisel. Titaaniühendeid kasutatakse vastupidavate lõikeriistade, värvide, plasti ja paberi, kirurgiainstrumentide, implantaatide, ehete, viimistlusmaterjalide valmistamiseks ning kasutatakse toiduainetööstuses. Kõiki suundi on raske kirjeldada. Kaasaegne meditsiin kasutab täieliku bioloogilise ohutuse tõttu sageli titaanmetalli. Hind on ainus tegur, mis siiani mõjutab selle elemendi kasutusala. On aus öelda, et titaan on tulevikumaterjal, mille uurimisel inimkond liigub uude arenguetappi.

Titaani nimetas algselt "gregoriidiks" Briti keemik, reverend William Gregor, kes avastas selle 1791. aastal. Seejärel avastas titaani iseseisvalt 1793. aastal saksa keemik M. H. Klaproth. Ta nimetas selle titaaniks kreeka mütoloogia titaanide järgi - "loomuliku jõu kehastus". Alles 1797. aastal avastas Klaproth, et tema titaan on Gregori poolt varem avastatud element.

Omadused ja omadused

Titaan on keemiline element sümboliga Ti ja aatomnumbriga 22. See on hõbedase värvusega, madala tihedusega ja suure tugevusega läikiv metall. See on merevees ja klooris korrosioonikindel.

Element ilmneb mitmetes maapõues ja litosfääris laialt levinud maavaramaardlates, peamiselt rutiilis ja ilmeniidis.

Titaani kasutatakse tugevate kergsulamite tootmiseks. Metalli kaks kõige kasulikumat omadust on korrosioonikindlus ja selle kõvaduse ja tiheduse suhe, mis on metallielementidest kõrgeim. Legeerimata olekus on see metall sama tugev kui mõned terased, kuid vähem tihe.

Metalli füüsikalised omadused

See on vastupidav metall madala tihedusega, üsna plastiline (eriti hapnikuvabas keskkonnas), läikiv ja metalloidne valge. Selle suhteliselt kõrge sulamistemperatuur üle 1650 °C (või 3000 °F) muudab selle kasulikuks tulekindla metallina. See on paramagnetiline ning sellel on üsna madal elektri- ja soojusjuhtivus.

Mohsi skaalal on titaani kõvadus 6. Selle näitaja järgi jääb see veidi alla karastatud terasele ja volframile.

Kaubanduslikult puhta (99,2%) titaani tõmbetugevus on umbes 434 MPa, mis on sarnane tavaliste madala kvaliteediga terasesulamitega, kuid titaan on palju kergem.

Titaani keemilised omadused

Nagu alumiinium ja magneesium, oksüdeeruvad ka titaan ja selle sulamid õhuga kokkupuutel koheselt. See reageerib ümbritseva õhu temperatuuril aeglaselt vee ja õhuga, sest see moodustab passiivse oksiidkatte, mis kaitseb puistemetalli edasise oksüdeerumise eest.

Atmosfääri passiveerimine annab titaanile suurepärase korrosioonikindluse, mis on peaaegu samaväärne plaatinaga. Titaan on võimeline vastu pidama lahjendatud väävel- ja vesinikkloriidhappe, kloriidilahuste ja enamiku orgaaniliste hapete rünnakutele.

Titaan on üks väheseid elemente, mis põleb puhtas lämmastikus, reageerides temperatuuril 800 °C (1470 °F), moodustades titaannitriidi. Tänu nende kõrgele reageerimisvõimele hapniku, lämmastiku ja mõnede muude gaasidega kasutatakse titaanfilamente titaanisublimatsioonipumpades nende gaaside absorbeerijatena. Need pumbad on odavad ja toodavad ülikõrge vaakumsüsteemides usaldusväärselt ülimadalat rõhku.

Levinud titaani sisaldavad mineraalid on anataas, brookiit, ilmeniit, perovskiit, rutiil ja titaniit (sfeen). Nendest mineraalidest ainult rutiil ja ilmeniit on majanduslikult olulised, kuid isegi neid on raske suurtes kontsentratsioonides leida.

Titaani leidub meteoriitides ja seda on leitud Päikesest ja M-tüüpi tähtedest, mille pinnatemperatuur on 3200 °C (5790 °F).

Praegu tuntud meetodid titaani ekstraheerimiseks erinevatest maakidest on töömahukad ja kallid.

Tootmine ja valmistamine

Praegu on välja töötatud ja kasutatud umbes 50 klassi titaani ja titaanisulameid. Tänapäeval tunnustatakse 31 titaanmetalli ja -sulamite klassi, millest klassid 1–4 on kaubanduslikult puhtad (legeerimata). Need erinevad tõmbetugevuse poolest sõltuvalt hapnikusisaldusest, kusjuures klass 1 on kõige plastilisem (madalaim tõmbetugevus 0,18% hapnikuga) ja klass 4 kõige vähem plastiline (kõrgeim tõmbetugevus 0,40% hapnikuga).

Ülejäänud klassid on sulamid, millest igaühel on spetsiifilised omadused:

• plastist;
• tugevus;
• kõvadus;
• elektritakistus;
• erikorrosioonikindlus ja nende kombinatsioonid.

Lisaks nendele spetsifikatsioonidele toodetakse titaanisulameid ka nii, et need vastaksid kosmose- ja sõjaliste spetsifikatsioonidele (SAE-AMS, MIL-T), ISO standarditele ja riigipõhistele spetsifikatsioonidele, samuti lõppkasutajate nõuetele kosmose-, sõja-, meditsiini- ja tööstusvaldkonnas. rakendusi.

Kaubanduslikult puhast lamedat toodet (leht, plaat) saab hõlpsasti vormida, kuid töötlemisel tuleb arvestada sellega, et metallil on "mälu" ja kalduvus tagasi põrkuda. See kehtib eriti mõne ülitugeva sulami kohta.

Titaani kasutatakse sageli sulamite valmistamiseks:

• alumiiniumiga;
• vanaadiumiga;
• vasega (karastamiseks);
• rauaga;
• mangaaniga;
• molübdeeni ja teiste metallidega.

Kasutusvaldkonnad

Leht-, plaadi-, varda-, traadi- ja valuvormis titaanisulamid leiavad rakendust tööstus-, kosmose-, vabaaja- ja arenevatel turgudel. Titaanipulbrit kasutatakse pürotehnikas eredate põlevate osakeste allikana.

Kuna titaanisulamitel on kõrge tõmbetugevuse ja tiheduse suhe, kõrge korrosioonikindlus, väsimuskindlus, kõrge pragunemiskindlus ja võime taluda mõõdukalt kõrgeid temperatuure, kasutatakse neid lennukites, soomukites, mereväe laevades, kosmoselaevades ja rakettides.

Nende rakenduste jaoks legeeritakse titaan alumiiniumi, tsirkooniumi, nikli, vanaadiumi ja muude elementidega, et toota mitmesuguseid komponente, sealhulgas kriitilisi konstruktsioonielemente, tulemüüre, telikuid, väljalasketorusid (helikopterid) ja hüdrosüsteeme. Tegelikult kasutatakse umbes kaks kolmandikku toodetud titaanmetallist lennukite mootorites ja raamides.

Kuna titaanisulamid on merevee korrosioonikindlad, kasutatakse neid sõukruvide võllide, soojusvaheti taglase jms jaoks. Neid sulameid kasutatakse teaduse ja sõjaväe jaoks mõeldud ookeaniseire- ja seireseadmete korpustes ja komponentides.

Spetsiifilisi sulameid kasutatakse nende suure tugevuse tõttu nafta- ja gaasipuuraukudes ning nikli hüdrometallurgias. Tselluloosi- ja paberitööstus kasutab titaani protsessiseadmetes, mis puutuvad kokku agressiivse keskkonnaga, nagu naatriumhüpoklorit või märja kloorigaas (pleegitamisel). Muud rakendused hõlmavad ultraheli keevitamist, lainejootmist.

Lisaks kasutatakse neid sulameid autotööstuses, eriti auto- ja mootorrataste võidusõidus, kus väike kaal, suur tugevus ja jäikus on olulised.

Titaani kasutatakse paljudes spordikaupades: tennisereketid, golfikepid, lakrossi šahtid; kriketi-, hoki-, lakrossi- ja jalgpallikiivrid, samuti jalgrattaraamid ja komponendid.

Tänu oma vastupidavusele on titaan muutunud populaarsemaks disainerehete (eriti titaanist sõrmuste) jaoks. Selle inertsus muudab selle hea valiku allergikutele või neile, kes kannavad ehteid keskkonnas, näiteks basseinis. Titaani legeeritakse ka kullaga, et saada sulam, mida saab müüa 24-karaadise kullana, sest 1% Ti sulamist ei piisa madalama kvaliteediklassi nõudmiseks. Saadud sulam on ligikaudu 14-karaadise kulla kõvadusega ja tugevam kui puhas 24-karaadine kuld.

Ettevaatusabinõud

Titaan on mittetoksiline isegi suurtes annustes. Olgu see pulbri või metallist viilu kujul, kujutab see endast tõsist tuleohtu ja õhu käes kuumutamisel plahvatusohtu.

Titaanisulamite omadused ja kasutusalad

Allpool on toodud klassidesse jagatud enimleitud titaanisulamite, nende omaduste, eeliste ja tööstuslike rakenduste ülevaade.

7. klass

7. klass on mehaaniliselt ja füüsiliselt samaväärne 2. klassi puhta titaaniga, välja arvatud vaheelemendi pallaadiumi lisamine, muutes selle sulamiks. Sellel on suurepärane keevitatavus ja elastsus, mis on kõigi seda tüüpi sulamite seas kõige korrosioonikindlam.

Klassi 7 kasutatakse keemilistes protsessides ja seadmete komponentide valmistamisel.

11. klass

Klass 11 on väga sarnane klassiga 1, välja arvatud pallaadiumi lisamine korrosioonikindluse parandamiseks, muutes selle sulamiks.

Muud kasulikud omadused hõlmavad optimaalset plastilisust, tugevust, sitkust ja suurepärast keevitatavust. Seda sulamit saab kasutada eriti rakendustes, kus korrosioon on probleemiks:

• keemiline töötlemine;
• kloraatide tootmine;
• magestamine;
• mererakendused.

Ti 6Al-4V, klass 5

Ti 6Al-4V sulam või 5. klassi titaan on kõige sagedamini kasutatav. See moodustab 50% kogu titaani tarbimisest maailmas.

Kasutuslihtsus seisneb selle paljudes eelistes. Ti 6Al-4V saab selle tugevuse suurendamiseks kuumtöödelda. Sellel sulamil on kõrge tugevus ja väike kaal.

See on parim sulam kasutamiseks mitmes tööstusharus, nagu lennundus-, meditsiini-, mere- ja keemiatööstus. Seda saab kasutada, et luua:

• õhusõidukite turbiinid;
• mootori komponendid;
• õhusõiduki konstruktsioonielemendid;
• kosmosesõiduki kinnitusdetailid;
• suure jõudlusega automaatsed osad;
• spordivarustus.

Ti 6AL-4V ELI, klass 23

Klass 23 - kirurgiline titaan. Ti 6AL-4V ELI sulam ehk klass 23 on Ti 6Al-4V kõrgema puhtusastmega versioon. See võib olla valmistatud rullidest, niitidest, traatidest või lamedast traadist. See on parim valik igas olukorras, kus on vaja kombineerida suurt tugevust, väikest kaalu, head korrosioonikindlust ja suurt sitkust. Sellel on suurepärane kahjustuskindlus.

Seda saab kasutada biomeditsiinilistes rakendustes, näiteks implanteeritavates komponentides, kuna see on bioühilduv ja hea väsimuskindlus. Seda saab kasutada ka kirurgilistes protseduurides järgmiste struktuuride valmistamiseks:

• ortopeedilised tihvtid ja kruvid;
• ligatuuriklambrid;
• kirurgilised klambrid;
• vedrud;
• ortodontilised seadmed;
• krüogeensed anumad;
• luude fikseerimise seadmed.

12. klass

Titaani klass 12 on suurepärase kvaliteetse keevitatavusega. See on ülitugev sulam, mis tagab hea tugevuse kõrgetel temperatuuridel. 12. klassi titaanil on omadused, mis on sarnased 300-seeria roostevaba terasega.

Tänu sellele, et seda saab mitmel viisil kujundada, on see kasulik paljudes rakendustes. Sulami kõrge korrosioonikindlus muudab selle hindamatuks ka tootmisseadmete jaoks. Klassi 12 saab kasutada järgmistes tööstusharudes:

• soojusvahetid;
• hüdrometallurgilised rakendused;
• keemiline tootmine kõrgendatud temperatuuridel;
• mere- ja õhukomponendid.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn on sulam, mis tagab hea keevitatavuse ja vastupidavuse. Sellel on ka kõrge temperatuuri stabiilsus ja kõrge tugevus.

Ti 5Al-2,5Sn kasutatakse peamiselt lennundussektoris ja ka krüogeensetes rakendustes.

Titaan. Keemiline element, sümbol Ti (lad. titaan, avastati 1795. aastal aastal ja sai nime kreeka eepose Titan kangelase järgi) . Sellel on seerianumber 22, aatommass 47,90, tihedus 4,5 g/cm3, sulamispunkt 1668° C, keemistemperatuur 3300 °C.

Titaan kuulub enam kui 70 mineraali hulka ja on üks levinumaid elemente – selle sisaldus maakoores on ligikaudu 0,6%. Välimuselt sarnaneb titaan terasega. Puhas metall on plastiline ja seda saab kergesti töödelda survega.

Titaanil on kaks modifikatsiooni: kuni 882 °C modifikatsiooninaα kuusnurkse tihedalt pakitud kristallvõrega ja temperatuuril üle 882 °C on modifikatsioon stabiilneβ kehakeskse kuupvõrega.

Titaan ühendab endas suure tugevuse madala tiheduse ja kõrge korrosioonikindlusega. Tänu sellele on sellel paljudel juhtudel olulisi eeliseid selliste põhiliste konstruktsioonimaterjalide nagu teras ees ja alumiiniumist . Paljudel titaanisulamitel on terasest kaks korda suurem tugevus, oluliselt väiksem tihedus ja parem korrosioonikindlus. Madala soojusjuhtivuse tõttu on aga selle kasutamine suurte temperatuuride erinevuste tingimustes ja soojusväsimuse tingimustes töötavate konstruktsioonide ja osade jaoks raskendatud. Titaani kui konstruktsioonimaterjali puuduste hulka kuulub ka suhteliselt madal normaalelastsusmoodul.

Mehaaniline omadused sõltuvad tugevalt metalli puhtusest ning eelnevast mehaanilisest ja termilisest töötlusest. Kõrge puhtusastmega titaanil on head plastilised omadused.

Titaani iseloomulik omadus on võime aktiivselt absorbeerida gaase - hapnikku, lämmastikku ja vesinikku. Need gaasid lahustuvad titaanis teatud määral. Isegi väikesed hapniku ja lämmastiku lisandid vähendavad titaani plastilisi omadusi. Väike vesiniku segu (0,01-0,005%) suurendab oluliselt titaani haprust.

Titaan on tavatemperatuuril õhu käes stabiilne. Kuumutamisel 400-550° Metall on kaetud oksiidnitriidkilega, mis püsib kindlalt metallil ja kaitseb seda edasise oksüdeerumise eest. Kõrgematel temperatuuridel suureneb hapniku oksüdeerumise ja lahustumise kiirus titaanis.

Titaan reageerib lämmastikuga temperatuuril üle 600 °C° C koos nitriidkile moodustumisega ( TiN) ja lämmastiku tahked lahused titaanis. Titaannitriidil on kõrge kõvadus ja see sulab temperatuuril 2950°C

Titaan neelab vesinikku, moodustades tahkeid lahuseid ja hübriide(TiH ja TiH 2) . Erinevalt hapnikust ja lämmastikust saab peaaegu kogu neeldunud vesiniku titaanist eemaldada, kuumutades seda vaakumis temperatuuril 1000-1200°C

Süsinik ja süsinikku sisaldavad gaasid ( CO,CH4) reageerivad titaaniga kõrgel temperatuuril (üle 1000° C) kõva ja tulekindla titaankarbiidi moodustumisega TiC (sulamistemperatuur 3140°C ). Süsiniku segu mõjutab oluliselt titaani mehaanilisi omadusi.

Fluor, kloor, broom ja jood interakteeruvad titaaniga suhteliselt madalatel temperatuuridel (100-200° KOOS). Sel juhul tekivad väga lenduvad titaanhalogeniidid.

Titaani mehaanilised omadused sõltuvad palju suuremal määral kui teiste metallide puhul koormuse rakendamise kiirusest. Seetõttu tuleks titaani mehaaniline katsetamine läbi viia rangemalt reguleeritud ja fikseeritud tingimustes kui teiste konstruktsioonimaterjalide testimine.

Titaani löögitugevus suureneb lõõmutamisel märkimisväärselt vahemikus 200-300° C, muudes omadustes märgatavaid muutusi ei täheldata. Suurim titaani elastsuse suurenemine saavutatakse pärast polümorfse muundumistemperatuurist kõrgematel temperatuuridel jahutamist ja sellele järgnevat karastamist.

Puhas titaan ei ole kuumakindel materjal, kuna selle tugevus väheneb temperatuuri tõustes järsult.

Titaani oluline omadus on selle võime moodustada tahkeid lahuseid atmosfäärigaaside ja vesinikuga. Titaani õhus kuumutamisel tekib selle pinnale lisaks tavalisele katlakivile kiht, mis koosneb tahkest lahusest, mis põhinebα - Ti (alfakiht), stabiliseeritud hapnikuga, mille paksus oleneb temperatuurist ja kuumutamise kestusest. Sellel kihil on kõrgem muundumistemperatuur kui mitteväärismetalli kihil ja selle moodustumine osade või pooltoodete pinnale võib põhjustada rabedaid purunemisi.

Titaani ja titaanipõhiseid sulameid iseloomustab kõrge korrosioonikindlus õhus, looduslikus külmas ja kuumas magevees, merevees (titaanplaadile ei ilmunud pärast 10 aastat merevees viibimist roostet), samuti leelis lahused, anorgaanilised soolad, orgaanilised happed ja ühendid ka keetes. Korrosioonikindluse poolest sarnaneb titaan kroom-nikli roostevaba terasega. See ei korrodeeru merevees kokkupuutel roostevaba terase ja vase-nikli sulamitega. Titaani kõrge korrosioonikindlus on seletatav tiheda ühtlase kile moodustumisega selle pinnale, mis kaitseb metalli edasise keskkonnaga kokkupuute eest. Jah, lahjendatud kujul väävelhape (kuni 5%) titaan on toatemperatuuril vastupidav. Korrosioonikiirus suureneb happe kontsentratsiooni suurenedes, saavutades maksimumi 40% juures, siis väheneb miinimumini 60% juures, saavutab teise maksimumi 80% juures ja siis jälle väheneb.

Lahjendatud vesinikkloriidhappes (5-10%) toatemperatuuril on titaan üsna vastupidav. Happe kontsentratsiooni ja temperatuuri tõustes suureneb titaani korrosioonikiirus kiiresti. Titaani korrosiooni vesinikkloriidhappes saab märkimisväärselt vähendada väikese koguse oksüdeerivate ainete lisamisega.(HNO 3, KMnO 4, K 2 CrO 4, vase-, rauasoolad). Titaan lahustub hästi vesinikfluoriidhappes. Leeliselistes lahustes (kontsentratsioon kuni 20%) on titaan külmas ja kuumutamisel vastupidav.

Konstruktsioonimaterjalina kasutatakse titaani kõige laialdasemalt lennunduses, raketitööstuses, merelaevade ehitamisel, instrumentide valmistamisel ja masinaehituses. Titaan ja selle sulamid säilitavad kõrgel temperatuuril kõrge tugevusomadused ja seetõttu saab neid edukalt kasutada kõrgel temperatuuril kuumutatavate osade valmistamiseks. Seega on selle sulamitest valmistatud lennuki välisosad (mootori gondlid, eleronid, roolid) ja paljud muud komponendid ja osad – mootorist poltide ja mutriteni. Näiteks kui ühes mootoris vahetada teraspoldid titaanpoltide vastu, väheneb mootori kaal ligi 100 kg.

Titaanvalge valmistamiseks kasutatakse titaanoksiidi. Sellise valgega saab värvida mitu korda suuremaid pindu kui sama plii- või tsinkvalgeks. Lisaks ei ole titaanvalge mürgine. Titaani kasutatakse laialdaselt metallurgias, sealhulgas legeeriva elemendina roostevabas ja kuumakindlas terases. Titaani lisamine alumiiniumile, niklile ja vasesulamitele suurendab nende tugevust. See on lõikamisinstrumentide karbiidisulamite lahutamatu osa, populaarsed on ka titaanisulamitest valmistatud kirurgilised instrumendid. Keevituselektroodide katmiseks kasutatakse titaandioksiidi. Titaantetrakloriidi (tetrakloriidi) kasutatakse sõjapidamises suitsukatete loomiseks ja rahuajal taimede fumigeerimiseks kevadkülmade ajal.

Elektrotehnikas ja raadiotehnikas kasutatakse pulbrilist titaani gaasiabsorberina – 500°C-ni kuumutamisel neelab titaan energeetiliselt gaase ja tagab seeläbi kõrgvaakumi suletud mahus.

Titaan on mõnel juhul keemiatööstuses ja laevaehituses asendamatu materjal. Seda kasutatakse agressiivsete vedelike pumpamiseks mõeldud osade, söövitavas keskkonnas töötavate soojusvahetite ja erinevate detailide anodeerimiseks kasutatavate riputusseadmete valmistamiseks. Titaan on elektrolüütide ja muude galvaniseerimisel kasutatavate vedelike suhtes inertne ning sobib seetõttu galvaniseerimisvannide erinevate osade valmistamiseks. Seda kasutatakse laialdaselt nikli-koobaltitehaste hüdrometallurgiliste seadmete valmistamisel, kuna see on kõrgel temperatuuril ja rõhul nikli ja koobalti suspensioonidega kokkupuutel väga vastupidav korrosioonile ja erosioonile.

Titaan on oksüdeerivates keskkondades kõige vastupidavam. Redutseerivates keskkondades korrodeerub titaan üsna kiiresti kaitsva oksiidkile hävimise tõttu.

Tehniline titaan ja selle sulamid sobivad kõigile teadaolevatele survetöötlusmeetoditele. Neid saab rullida külmas ja kuumas olekus, tembeldada, pressida, sügavtõmmatud ja laiendada. Titaani ja selle sulameid kasutatakse varraste, varraste, ribade, erinevate valtsprofiilide, õmblusteta torude, traadi ja fooliumi tootmiseks.

Titaani vastupidavus deformatsioonile on suurem kui konstruktsiooniterastel või vase- ja alumiiniumsulamitel. Titaani ja selle sulameid töödeldakse survega samamoodi nagu austeniitset roostevaba terast. Titaani sepistatakse enamasti 800-1000°C juures. Titaani kaitsmiseks gaasisaaste eest viiakse kuumutamine ja survetöötlus läbi võimalikult lühikese aja jooksul. Tulenevalt asjaolust, et temperatuuril >500°C difundeerub vesinik titaaniks ja selle sulamiteks tohutul kiirusel, toimub kuumutamine oksüdeerivas atmosfääris.

Titaanil ja selle sulamitel on sarnaselt austeniitsete roostevabade terastega vähenenud töödeldavus. Kõikide lõiketüüpide puhul saavutatakse kõige edukamad tulemused madalatel kiirustel ja suurel lõikesügavusel, samuti kiirterasest või kõvasulamitest valmistatud lõikeriistade kasutamisel. Titaani kõrge keemilise aktiivsuse tõttu kõrgel temperatuuril toimub keevitamine inertgaaside (heelium, argoon) atmosfääris. Samal ajal on vaja kaitsta mitte ainult sula keevismetalli, vaid ka keevistoodete kõiki tugevalt kuumutatud osi atmosfääri ja gaasidega kokkupuute eest.

Titaanist ja selle sulamitest valandite valmistamisel tekivad mõned tehnoloogilised raskused.