Titaani on metallia. Titaanin ominaisuudet

Titaaniseokset - ymmärrämme yksityiskohdat

Metallititaani on luonnossa yleinen metalli, maankuoressa sitä on enemmän kuin kuparia, lyijyä ja sinkkiä. Titaanilla, jonka tiheys on 4,51 g / cm3, lujuus on 267 ... 337 MPa ja sen seosten - jopa 1 250 MPa. Se on himmeän harmaa metalli, jonka sulamispiste on 1668 0C, korroosionkestävä normaalilämpötilassa jopa voimakkaissa aggressiivisissa ympäristöissä, mutta erittäin aktiivinen kuumennettaessa yli 400 0C. Hapessa se pystyy syttymään itsestään. Reagoi kiivaasti typen kanssa. Hapettaa vesihöyryn, hiilidioksidin, imee vetyä. Titaanin lämmönjohtavuus on yli kaksi kertaa pienempi kuin hiiliteräksen. Siksi hitsattaessa titaania sen korkeasta sulamispisteestä huolimatta tarvitaan vähemmän lämpöä.

Titaani voi olla kahden päästabiilin faasin muodossa, jotka eroavat kidehilan rakenteesta. Normaalilämpötilassa se esiintyy α-faasina, jolla on hienorakeinen rakenne, joka ei ole herkkä jäähtymisnopeudelle. Yli 882 0C lämpötiloissa muodostuu β-faasi, jossa on karkeita rakeita ja suuri herkkyys jäähtymisnopeudelle. Seosaineet ja epäpuhtaudet voivat stabiloida α-faasia (alumiini, happi, typpi) tai β-faasia (kromi, mangaani, vanadiini). Siksi titaaniseokset jaetaan ehdollisesti kolmeen ryhmään: α, α + β ja β seokset. Ensimmäiset (VT1, VT5-1) eivät ole lämpökarkaistuja, ovat sitkeitä ja niillä on hyvä hitsattavuus. Toiset (OT4, VTZ, VT4, VT6, VT8) pienillä lisäyksillä β-stabilisaattoreita myös hitsaavat hyvin. Ne on lämpökäsitelty. β-rakenteen omaavat seokset, kuten VT15, VT22, kovetetaan lämpökäsittelyllä. Ne hitsaavat huonommin, ovat alttiita rakeiden kasvulle ja kylmähalkeamille.
Huoneenlämpötilassa titaanin pinta liuottaa happea ja sen kiinteä liuos α-titaanissa muodostuu. Näkyviin tulee kerros kyllästettyä liuosta, joka suojaa titaania lisähapettumiselta. Tätä kerrosta kutsutaan alfaksi. Kuumennettaessa titaani tulee kemialliseen yhdistelmään hapen kanssa muodostaen sarjan oksideja Ti6O:sta TiO2:ksi. Hapetuksen edetessä oksidikalvon väri muuttuu kullankeltaisesta tumman violetiksi ja muuttuu valkoiseksi. Näillä väreillä lähellä hitsausaluetta voidaan arvioida metallin suojauksen laatu hitsauksen aikana. Titaani, joka on aktiivisesti vuorovaikutuksessa typen kanssa yli 500 0C lämpötilassa, muodostaa nitridejä, jotka lisäävät lujuutta, mutta vähentävät jyrkästi metallin sitkeyttä. Vedyn liukoisuus nestemäiseen titaaniin on suurempi kuin teräksessä, mutta lämpötilan aleneessa se laskee jyrkästi, vetyä vapautuu liuoksesta. Kun metalli jähmettyy, tämä voi aiheuttaa huokoisuutta ja hitsauksen jälkeisen hitsauksen viivästymisen. Kaikki titaaniseokset eivät ole alttiita kuumahalkeamien muodostumiselle, mutta ne ovat alttiita voimakkaalle rakeiden karkenemiselle hitsimetallissa ja lämpövaikutusalueella, mikä huonontaa metallin ominaisuuksia.
Titaaniseoshitsaustekniikka

Korkean kemiallisen aktiivisuuden vuoksi titaaniseoksia voidaan hitsata kaarihitsauksella inertissä kaasussa ei-kuluvalla ja kuluvalla elektrodilla, upokaarihitsauksella, elektronisuihkulla, sähkökuona- ja vastushitsauksella. Sula titaani on nestemäistä, sauma on hyvin muotoiltu kaikilla hitsausmenetelmillä.

Suurin vaikeus titaanin hitsauksessa on yli 400 0C kuumennetun metallin luotettavan suojan tarve ilmalta.

Kaarihitsaus suoritetaan argonissa ja sen seoksissa heliumin kanssa. Hitsaus paikallisella suojauksella suoritetaan syöttämällä kaasua polttimen suuttimen kautta, joskus suuttimilla, jotka lisäävät suojavyöhykettä. Osien liitoksen kääntöpuolelle on asennettu uralla varustetut kupariset taustanauhat, joiden pituudella argon syötetään tasaisesti. Osien monimutkaisella suunnittelulla, kun paikallista suojausta on vaikea toteuttaa, hitsaus suoritetaan yleisellä suojauksella kammioissa, joissa on valvottu ilmakehä. Ne voivat olla suutinkammioita suojaamaan osaa hitsauskokoonpanosta, jäykkiä metallikammioita tai pehmeitä kangaskammioita katseluikkunoilla ja sisäänrakennetuilla käsineillä hitsaajan käsiä varten. Osat, hitsauslaitteet ja poltin sijoitetaan kammioihin. Suurissa kriittisissä yksiköissä käytetään jopa 350 m 3:n tilavuuksia asuttavia kammioita, joihin on asennettu automaattiset hitsauskoneet ja manipulaattorit. Kammiot tyhjennetään, täytetään sitten argonilla, ja avaruuspukuihin pukeutuvat hitsaajat tulevat sisään ilmalukkojen kautta.

Argonkaarihitsauksella volframielektrodilla osat, joiden paksuus on 0,5 ... 1,5 mm, puskuhitsataan ilman rakoa ja ilman lisäainetta ja paksuudeltaan yli 1,5 mm - täytelangalla. Hitsattavien osien reunat ja lanka on puhdistettava niin, että hapella kyllästetty alfakerros poistuu. Johdolle on suoritettava tyhjiöhehkutus lämpötilassa 900 ... 1000 0 C 4 tunnin ajan. Hitsaus suoritetaan tasavirralla, jonka napaisuus on tasainen. Osat, joiden paksuus on yli 10 ... 15 mm, voidaan hitsata yhdellä kertaa upotetulla kaarella. Hitsausuuman muodostumisen jälkeen argonin virtausnopeus nostetaan arvoon 40...50 l/min, mikä johtaa kaaren puristumiseen. Sitten elektrodi lasketaan hitsausaltaaseen. Kaaren paine työntää nestemäisen metallin pois, kaari palaa muodostuneen syvennyksen sisällä, sen sulamiskyky kasvaa.
Kapea sauma, jossa on syvä tunkeutuminen, hitsattaessa kulumattomalla elektrodilla argonissa voidaan saada käyttämällä AN-TA, ANT17A kalsiumfluoridiin perustuvia juoksutuspastaa lisäaineineen. Ne jalostavat ja muokkaavat osittain hitsimetallia ja vähentävät myös huokoisuutta.

Titaaniseosten kaarihitsaus kuluvalla elektrodilla (lanka, jonka halkaisija on 1,2 ... 2,0 mm) suoritetaan tasavirralla, jonka napaisuus on käänteinen tiloissa, jotka tarjoavat elektrodimetallin hienon pisaran siirron. Suojaväliaineena käytetään seosta, jossa on 20 % argonia ja 80 % heliumia tai puhdasta heliumia. Näin voit lisätä sauman leveyttä ja vähentää huokoisuutta.

Titaaniseokset voidaan hitsata kaarihitsauksella hapettomissa fluorivirtauksissa kuivarakeistuksessa ANT1, ANTZ, jonka paksuus on 2,5 ... 8,0 mm, ja ANT7 paksumpaa metallia varten. Hitsaus suoritetaan elektrodilangalla, jonka halkaisija on 2,0 ... 5,0 mm ja puikkopuikko 14 ... 22 mm kupari- tai sulate-kuparivuorauksella tai sulatetyynyllä. Metallin rakenne sulatteen modifioivan vaikutuksen seurauksena osoittautuu hienojakoisemmaksi kuin inertissä kaasussa hitsattaessa.

Sähkökuonahitsauksessa käytetään levyelektrodeja samasta titaaniseoksesta kuin hitsattava osa, paksuus 8 ... 12 mm ja leveys yhtä suuri kuin hitsattavan metallin paksuus. Käytetään tulenkestäviä fluoridivirtauksia ANT2, ANT4, ANT6. Jotta happi ei pääse tunkeutumaan juoksutteen läpi, kuonakylpy on lisäksi suojattu argonilla. Lämmön vaikutusalueen metallia suojataan lisäämällä muodostuvien vesijäähdytteisten liukukappaleiden leveyttä ja puhaltamalla argonia niiden ja osan väliseen rakoon. Sähkökuonahitsauksen jälkeen hitsatut liitokset ovat karkearakeita, mutta niiden ominaisuudet ovat lähellä perusmetallin ominaisuuksia. Ennen sähkökuonahitsausta, samoin kuin ennen kaarihitsausta, sulatteet on kalsinoitava lämpötilassa 200 ... 300 0 C.

Titaaniseosten elektronisuihkuhitsaus tarjoaa parhaan metallisuojan kaasuja vastaan ​​ja hienorakeisen hitsausrakenteen. Asennusvaatimukset ovat tiukemmat kuin muut menetelmät.

Kaikilla titaaniseosten hitsausmenetelmillä metallin ylikuumenemista ei pitäisi sallia. On tarpeen soveltaa menetelmiä ja tekniikoita, jotka mahdollistavat metallin kiteytymiseen vaikuttamisen: sähkömagneettinen toiminta, elektrodin tai elektronisäteen värähtely liitoksen poikki, ultraäänivaikutus hitsausaltaaseen, pulssikaarihitsausjakso jne. Kaikki tämä mahdollistaa sauman hienomman rakenteen ja hitsausliitosten korkeat ominaisuudet.

Titaanimetallin ominaisuudet ja sen käyttö

Titaanimetalli on vaalean hopeanhohtoinen valkoinen metalli. Titaaniseokset ovat kevyitä ja vahvoja, niillä on korkea korroosionkestävyys ja alhainen lämpölaajenemiskerroin. Lisäksi titaani on metalli, joka pystyy säilyttämään ominaisuutensa lämpötila-alueella -290 - +600 celsiusastetta.

Tämän metallin oksidin löysi ensimmäisen kerran W. Gregor vuonna 1789. Rautapitoista hiekkaa tutkiessaan hän onnistui eristämään kylässä tuntemattoman metallin oksidin, jolle hän antoi nimen menakenovaya. J. Ya. Berzelius hankki vuonna 1825 yhden ensimmäisistä metallisen titaanin näytteistä.

Erikoisuudet

Mendelejevin jaksollisessa taulukossa titaani on alkuaine, joka on 4. jakson 4. ryhmässä numerolla 22. Stabiilimmissa yhdisteissä tämä alkuaine on neliarvoinen. Ulkonäöltään se on vähän kuin terästä ja kuuluu siirtymäelementteihin. Titaanin sulamispiste on 1668 ± 4 °C ja se kiehuu 3300 celsiusasteessa. Mitä tulee tämän metallin sulamis- ja haihtumislämpöön, se on lähes 2 kertaa suurempi kuin raudan.

Titaani on hopeanhohtoinen metalli
Nykyään titaanista on olemassa kaksi allotrooppista muunnelmaa. Ensimmäinen on matalan lämpötilan alfa-muunnos. Toinen on korkean lämpötilan beta-muunnos. Tiheyden ja ominaislämpökapasiteetin osalta tämä metalli sijoittuu alumiinin ja raudan väliin.

Titaanin ominaisuudella on useita positiivisia ominaisuuksia. Sen mekaaninen lujuus on kaksinkertainen puhtaaseen raudaan ja kuusi kertaa alumiiniin verrattuna. Titaani pystyy kuitenkin imemään happea, vetyä ja typpeä. Ne voivat heikentää jyrkästi sen muoviominaisuuksia. Jos titaania sekoitetaan hiilen kanssa, muodostuu tulenkestäviä karbideja, joilla on korkea kovuus.

Titaanille on ominaista alhainen lämmönjohtavuus, joka on 4 kertaa pienempi kuin alumiinilla ja 13 kertaa pienempi kuin raudalla. Titaanilla on myös melko korkea sähkövastus.

Titaani on paramagneettinen metalli, ja kuten tiedät, paramagneettisilla aineilla on magneettinen herkkyys, joka pienenee kuumennettaessa. Titaani on kuitenkin poikkeus, sillä sen herkkyys vain kasvaa lämpötilan myötä.

Edut:
Matala tiheys, joka auttaa vähentämään materiaalin massaa;
Korkea mekaaninen lujuus;
Korkea korroosionkestävyys;
Korkea ominaislujuus.

Haitat:
korkeat tuotantokustannukset;
Aktiivinen vuorovaikutus kaikkien kaasujen kanssa, minkä vuoksi se sulatetaan vain tyhjiössä tai inertissä kaasuympäristössä;
Huonot kitkanestoominaisuudet;
Titaanijätteen tuotantoon liittyvät vaikeudet;
Suolakorroosiotaipumus, vetyhaurastuminen;
Melko huono työstettävyys;
Suuri kemiallinen toiminta.

Käyttö

Titaanin käyttö on kysytyintä raketti- ja ilmailulaitteiden valmistuksessa sekä laivojen laivanrakennuksessa.

Sormukset
Sitä käytetään korkealaatuisten terästen seosaineena. Teknistä titaania käytetään säiliöiden ja kemiallisten reaktorien, putkien ja liitososien, pumppujen ja venttiilien sekä kaikkien aggressiivisissa ympäristöissä toimivien tuotteiden valmistukseen. Kompaktia titaania käytetään sähkötyhjiölaitteiden verkkojen ja muiden korkeissa lämpötiloissa toimivien osien valmistukseen.

Titaanin mekaaninen lujuus, korroosionkestävyys, ominaislujuus, lämmönkestävyys ja muut ominaisuudet mahdollistavat sen laajan käytön tekniikassa. Tämän metallin ja metalliseosten korkeat kustannukset kompensoidaan korkealla tehokkuudella. Joissakin tilanteissa titaaniseokset ovat ainoita, joita käytetään tiettyjen laitteiden tai rakenteiden valmistukseen, jotka voivat toimia tietyissä olosuhteissa.

Aluksi titaania louhittiin väriaineiden tuotannon tarpeisiin. Tämän metallin käyttö rakennemateriaalina johti kuitenkin titaanimalmin louhinnan laajentamiseen sekä uusien esiintymien etsimiseen ja kehittämiseen.

Patukka puhdasta (99,995 %) titaania
Aiemmin titaani oli sivutuote ja monissa tapauksissa esti esimerkiksi rautamalmin louhintaa. Nykyään kaivoksia käytetään vain tämän metallin saamiseksi päätuotteeksi.

Titaanimalmin louhimiseen ei tarvitse olla erityisiä ja monimutkaisia ​​toimintoja. Jos titaanimineraaleja löytyy hiekkaesiintymistä, ne kerätään imuruoppauskoneilla, joiden kautta ne pääsevät proomuille ja toimittavat ne puolestaan ​​rikastuslaitokselle. Mutta jos titaanimineraaleja löytyy kivistä, edes kaivoslaitteita ei enää käytetä täällä.

Malmi murskataan mineraalikomponenttien tehokkaan erottamisen varmistamiseksi. Myöhemmin ilmeniitin erottamiseksi vieraista materiaaleista käytetään matalan intensiteetin märkämagneettierotusta. Sitten jäännösilmeniitti rikastetaan hydraulisilla luokittelijoilla ja taulukoilla. Sitten rikastus suoritetaan kuivalla magneettierotusmenetelmällä, jolla on korkea intensiteetti.

Titaanimetallin ominaisuus ja sen paikka tuotteissa

Titaani on kemiallinen alkuaine, joka on melko laajalle levinnyt luonnossa. Se on metallia, hopeanharmaa ja kova; se on osa monia mineraaleja, ja sitä voidaan louhia melkein kaikkialla - Venäjä on titaanin tuotannossa toisella sijalla maailmassa.

Titaanirautamalmissa on paljon titaania - ilmeniittiä, joka kuuluu monimutkaisiin oksideihin, ja kullanpunainen rutiili, joka on polymorfinen (monimuotoinen ja eri kiderakenteissa esiintyvä) muunnos titaanidioksidista - kemistit tietävät kolme tällaista luonnollista yhdisteet.

Titaania löytyy usein kivistä, mutta sitä on vielä enemmän maaperässä, erityisesti hiekkaisessa. Titaania sisältävistä kivistä voidaan nimetä perovskiitti - sitä pidetään melko yleisenä; titaniitti on titaanin ja kalsiumin silikaatti, jonka katsotaan olevan parantavia ja jopa maagisia ominaisuuksia; anataasi - myös polymorfinen yhdiste - yksinkertainen oksidi; ja brookiitti - kaunis kristalli, joka löytyy usein Alpeilta, ja täällä, Venäjällä - Uralilla, Altailla ja Siperiassa.

Titaanin löydön ansiot kuuluvat kahdelle tiedemiehelle kerralla - saksalaiselle ja englantilaiselle. Englantilainen tiedemies William MacGregor ei ollut kemisti, mutta hän oli erittäin kiinnostunut mineraaleista, ja eräänä päivänä, 1700-luvun lopulla, hän eristi Cornwallin mustasta hiekasta tuntemattoman metallin ja kirjoitti siitä pian artikkelin.

Tämän artikkelin luki myös kuuluisa saksalainen tiedemies, kemisti M.G. Klaproth ja hän, 4 vuotta McGregorin jälkeen, löysivät titaanioksidin (kuten hän kutsui tätä metallia, ja britit kutsuivat sitä menakkiniksi - sen löytymispaikan nimen mukaan) punaisesta hiekasta, joka on yleinen Unkarissa. Kun tiedemies vertasi mustasta ja punaisesta hiekasta löydettyjä yhdisteitä, ne osoittautuivat titaanioksideiksi - joten molemmat tutkijat löysivät tämän metallin itsenäisesti.

Muuten, metallin nimellä ei ole mitään tekemistä antiikin kreikkalaisten jumalien titaanien kanssa (vaikka sellainen versio on olemassa), mutta se nimettiin Titanian, keijujen kuningattaren, mukaan, josta Shakespeare kirjoitti. Tämä nimi liittyy titaanin keveyteen - sen epätavallisen alhaiseen tiheyteen.

Näiden löytöjen jälkeen monet tutkijat yrittivät useammin kuin kerran eristää puhdasta titaania sen yhdisteistä, mutta 1800-luvulla he eivät onnistuneet hyvin - jopa suuri Mendelejev piti tätä metallia harvinaisena ja siksi mielenkiintoisena vain "puhtaalle" tieteelle, eikä käytännön tarkoituksiin. Mutta 1900-luvun tiedemiehet ymmärsivät, että luonnossa on paljon titaania - noin 70 mineraalia sisältää sen koostumuksessaan, ja nykyään tunnetaan monia tällaisia ​​esiintymiä. Jos puhumme metallista, jota ihminen käyttää laajalti tekniikassa, löydät vain kolme, jotka ovat luonnossa enemmän kuin titaania - nämä ovat magnesium, rauta ja alumiini. Kemistit sanovat myös, että jos yhdistämme kvantitatiivisesti kaikki kuparin, hopean, kullan, platinan, lyijyn, sinkin, kromin ja joidenkin muiden metallien varannot, joita maapallolla on runsaasti, titaania on enemmän kuin niitä kaikkia.

Kemistit oppivat eristämään puhdasta titaania yhdisteistä vasta vuonna 1940 - amerikkalaiset tutkijat tekivät tämän.
Monia titaanin ominaisuuksia on jo tutkittu, ja sitä käytetään eri tieteen ja teollisuuden aloilla, mutta emme käsittele sen sovelluksen tätä puolta tässä yksityiskohtaisesti - olemme kiinnostuneita titaanin biologisesta merkityksestä.

Myös titaanin käyttö lääketieteessä ja elintarviketeollisuudessa kiinnostaa meitä - näissä tapauksissa titaani joutuu suoraan ihmiskehoon tai joutuu kosketuksiin sen kanssa. Yksi tämän metallin ominaisuuksista on erittäin miellyttävä: tutkijat, mukaan lukien lääkärit, pitävät titaania turvallisena ihmisille, vaikka kroonisia keuhkosairauksia voi esiintyä, jos sitä kulutetaan liikaa.
Titaani tuotteissa

Titaania löytyy merivedestä, kasvi- ja eläinkudoksista ja siten kasvi- ja eläinperäisistä tuotteista. Kasvit saavat titaania maaperästä, jossa ne kasvavat, ja eläimet saavat sen syömällä näitä kasveja, mutta alussa - jo 1800-luvulla - kemistit löysivät titaania eläinten kehosta ja vasta sitten kasveista. Nämä löydöt tekivät jälleen englantilainen ja saksalainen - G. Rees ja A. Adergold.

Ihmiskehossa titaania on noin 20 mg, ja se tulee yleensä ruoan ja veden mukana. Titaania löytyy munista ja maidosta, eläinten ja kasvien lihasta - niiden lehdistä, varreista, hedelmistä ja siemenistä, mutta yleensä sitä ei ole paljon ruoassa. Kasvit, erityisesti levät, sisältävät enemmän titaania kuin eläinkudokset; sitä on paljon cladophorassa - tuuheassa kirkkaanvihreässä levässä, jota esiintyy usein makeassa vedessä ja merissä.
Titaanin arvo ihmiskeholle

Miksi ihmiskeho tarvitsee titaania? Tutkijat sanovat, että sen biologista roolia ei ole selvitetty, mutta se osallistuu punasolujen muodostumiseen luuytimessä, hemoglobiinin synteesissä ja immuniteetin muodostumisessa.

Titaania on ihmisen aivoissa, kuulo- ja näkökeskuksissa; naisten maidossa sitä on aina ja tiettyjä määriä. Titaanin pitoisuus kehossa aktivoi aineenvaihduntaprosesseja ja parantaa veren yleistä koostumusta, mikä vähentää kolesterolin ja urean pitoisuutta siinä.

Ihminen saa noin 0,85 mg titaania päivässä veden ja ruoan sekä ilman kanssa, mutta se imeytyy huonosti ruoansulatuskanavassa - 1-3%.

Ihmisille titaani on myrkytöntä tai vähän myrkyllistä, ja lääkäreillä ei myöskään ole tietoja tappavasta annoksesta, mutta titaanidioksidin säännöllisellä hengityksellä se kerääntyy keuhkoihin, ja sitten kehittyy kroonisia sairauksia, joihin liittyy hengenahdistusta. ja yskä ja yskös - trakeiitti, alveoliitti jne. Titaanin kerääntyminen yhdessä muiden, myrkyllisempien alkuaineiden kanssa aiheuttaa tulehdusta ja jopa granulomatoosia - vakavan verisuonisairauden, joka on hengenvaarallinen.

Titaanin ylimäärä ja puute

Mikä voi selittää liiallisen titaanin saannin kehossa? Koska, kuten jo mainittiin, titaania käytetään monilla tieteen ja teollisuuden aloilla, titaanin ylimäärä ja jopa sen myrkytys uhkaa usein eri teollisuudenalojen työntekijöitä: koneenrakennus-, metallurgia-, maali- ja lakkateollisuudessa jne. Titaanikloridi on myrkyllisin: riittää työskennellä tällaisessa tuotannossa noin 3 vuotta noudattamatta erityisesti varotoimia, ja krooniset sairaudet eivät hidastu ilmaantumaan.

Tällaisia ​​sairauksia hoidetaan yleensä antibiooteilla, vaahdonestoaineilla, kortikosteroideilla, vitamiineilla; Potilaiden tulee olla levossa ja saada runsaasti nesteitä.

Titaanin puutetta - sekä ihmisillä että eläimillä - ei ole tunnistettu eikä kuvattu, ja tässä tapauksessa voidaan olettaa, että sitä ei todellakaan ole olemassa.

Lääketieteessä titaani on erittäin suosittu: siitä valmistetaan erinomaisia ​​työkaluja, ja samalla edullisia ja edullisia - titaani maksaa 15-25 dollaria kilogrammalta. Titaania rakastavat ortopedit, hammaslääkärit ja jopa neurokirurgit - eikä ihme.

Osoittautuu, että titaanilla on lääkäreille arvokas ominaisuus - biologinen inertiteetti: tämä tarkoittaa, että siitä tehdyt rakenteet käyttäytyvät täydellisesti ihmiskehossa ja ovat ehdottoman turvallisia lihas- ja luukudoksille, joita he hankkivat ajan myötä. Kudosten rakenne ei muutu: titaani ei ole alttiina korroosiolle ja sen mekaaniset ominaisuudet ovat erittäin korkeat. Riittää, kun sanotaan, että merivedessä, jonka koostumus on hyvin lähellä ihmisen imusolmuketta, titaani voi tuhoutua nopeudella 0,02 mm 1000 vuodessa, ja alkali- ja happoliuoksissa sen stabiilisuus on samanlainen kuin platina.

Kaikista lääketieteessä käytetyistä seoksista titaaniseokset erottuvat puhtaudesta, eikä niissä ole juuri lainkaan epäpuhtauksia, mitä ei voida sanoa kobolttiseoksista tai ruostumattomasta teräksestä.

Titaaniseoksesta valmistetut sisäiset ja ulkoiset proteesit eivät romahda tai muodostuu, vaikka ne kestävät koko ajan työkuormitusta: titaanin mekaaninen lujuus on 2-4 kertaa korkeampi kuin puhtaalla raudalla ja 6-12 kertaa korkeampi kuin alumiinilla. .

Titaanin sitkeys antaa sinun tehdä sen kanssa mitä tahansa - leikata, porata, jauhaa, takoa alhaisissa lämpötiloissa, rullata - siitä saadaan jopa ohut kalvo.

Sen sulamispiste on kuitenkin melko korkea, noin 1670 °C.

Titaanin sähkönjohtavuus on erittäin alhainen, ja se kuuluu ei-magneettisiin metalleihin, joten potilaille, joilla on titaanirakenteita kehossa, voidaan määrätä fysioterapiatoimenpiteitä - tämä on turvallista.

Elintarviketeollisuudessa väriaineena käytetään titaanidioksidia, jonka nimi on E171. Niitä käytetään karkkien ja purukumin, makeisten ja jauhetuotteiden, nuudeleiden, raputankojen, jauhelihatuotteiden värjäämiseen; ne myös vaalentavat lasitteita ja jauhoja.

Farmakologiassa lääkkeet värjätään titaanidioksidilla, ja kosmetologiassa - voiteet, geelit, shampoot ja muut tuotteet.

metalli titaani ominaisuus metallin titaani ominaisuudet metallin titaani

Titaanilla on tuotannon jakelussa neljäs sija, mutta tehokas tekniikka sen uuttamiseen kehitettiin vasta viime vuosisadan 40-luvulla. Se on hopeanvärinen metalli, jolle on ominaista alhainen ominaispaino ja ainutlaatuiset ominaisuudet. Teollisuuden ja muiden alueiden jakautumisasteen analysoimiseksi on tarpeen tuoda esiin titaanin ominaisuudet ja sen seosten laajuus.

Pääpiirteet

Metallin ominaispaino on pieni - vain 4,5 g/cm³. Korroosionesto-ominaisuudet johtuvat pinnalle muodostuneesta stabiilista oksidikalvosta. Tämän laadun ansiosta titaani ei muuta ominaisuuksiaan pitkäaikaisen altistuksen aikana vedelle, suolahapolle. Vaurioituneita kohtia ei synny jännityksen vuoksi, mikä on teräksen suurin ongelma.

Puhtaassa muodossaan titaanilla on seuraavat ominaisuudet ja ominaisuudet:

• nimellinen sulamispiste - 1660 °С;
• lämpövaikutuksen alaisena +3 227 ° С kiehuu;
• vetolujuus - jopa 450 MPa;
• jolle on ominaista alhainen elastisuusindeksi - jopa 110,25 GPa;
• HB-asteikolla kovuus on 103;
• myötöraja on yksi optimaalisimmista metallien joukossa - jopa 380 MPa;
• puhtaan titaanin lämmönjohtavuus ilman lisäaineita - 16,791 W / m * C;
• pienin lämpölaajenemiskerroin;
• tämä elementti on paramagneetti.

Vertailun vuoksi tämän materiaalin lujuus on 2 kertaa puhtaan raudan ja 4 kertaa alumiinin lujuus. Titaanissa on myös kaksi polymorfista faasia - matala lämpötila ja korkea lämpötila.

Teollisuuden tarpeisiin puhdasta titaania ei käytetä sen korkeiden kustannusten ja vaaditun suorituskyvyn vuoksi. Jäykkyyden lisäämiseksi koostumukseen lisätään oksideja, hybridejä ja nitridejä. Muuta materiaalin ominaisuuksia harvoin korroosionkestävyyden parantamiseksi. Tärkeimmät lisäainetyypit seosten saamiseksi: teräs, nikkeli, alumiini. Joissakin tapauksissa se suorittaa lisäkomponentin toimintoja.

Käyttöalueet

Alhaisen ominaispainonsa ja lujuutensa vuoksi titaania käytetään laajalti lento- ja avaruusteollisuudessa. Sitä käytetään päärakennemateriaalina puhtaassa muodossaan. Erikoistapauksissa lämmönkestävyyttä vähentämällä tehdään halvempia seoksia. Samalla sen korroosionkestävyys ja mekaaninen lujuus pysyvät ennallaan.

Lisäksi titaanilisäaineita sisältävä materiaali on löytänyt käyttöä seuraavilla alueilla:

• Kemianteollisuus. Sen kestävyys lähes kaikkia aggressiivisia aineita vastaan, paitsi orgaanisia happoja, mahdollistaa monimutkaisten laitteiden valmistuksen, joilla on hyvät huoltovapaan käyttöiän indikaattorit.
• Ajoneuvojen tuotanto. Syynä on alhainen ominaispaino ja mekaaninen lujuus. Siitä valmistetaan kehyksiä tai kantavia rakenneosia.
• Lääke. Erikoistarkoituksiin käytetään erikoisseosta nitinolia (titaania ja nikkeliä). Sen erottava piirre on muotomuisti. Potilaiden taakan vähentämiseksi ja kehoon kohdistuvien negatiivisten vaikutusten todennäköisyyden minimoimiseksi monet lääketieteelliset lastat ja vastaavat laitteet valmistetaan titaanista.
• Teollisuudessa metallia käytetään koteloiden ja yksittäisten laiteosien valmistukseen.
• Titaanikoruilla on ainutlaatuinen ulkonäkö ja tuntu.

Useimmissa tapauksissa materiaali käsitellään tehtaalla. Mutta on olemassa useita poikkeuksia - tämän materiaalin ominaisuudet tuntemalla osa tuotteen ulkonäön ja sen ominaisuuksien muuttamista koskevasta työstä voidaan suorittaa kotityöpajassa.

Käsittelyominaisuudet

Halutun muodon saamiseksi tuotteelle on käytettävä erikoislaitteita - sorvia ja jyrsintä. Titaanin manuaalinen leikkaaminen tai jyrsintä ei ole mahdollista sen kovuuden vuoksi. Laitteen tehon ja muiden ominaisuuksien valinnan lisäksi on tarpeen valita oikeat leikkaustyökalut: jyrsimet, leikkurit, kalvimet, porat jne.

Tässä otetaan huomioon seuraavat vivahteet:

• Titaanilastut ovat erittäin syttyviä. On välttämätöntä jäähdyttää osan pintaa ja työskennellä miniminopeuksilla.
• Tuotteen taivutus suoritetaan vasta pinnan esilämmityksen jälkeen. Muuten halkeamia saattaa ilmaantua.
• Hitsaus. Erityisehtoja on noudatettava.

Titaani on ainutlaatuinen materiaali, jolla on hyvä suorituskyky ja tekniset ominaisuudet. Mutta sen käsittelyä varten sinun tulee tietää tekniikan erityispiirteet ja mikä tärkeintä, turvatoimenpiteet.

Ikuinen, salaperäinen, kosminen - kaikki nämä ja monet muut epiteetit on liitetty titaaniin eri lähteistä. Tämän metallin löytämisen historia ei ollut triviaali: samaan aikaan useat tutkijat työskentelivät elementin eristämiseksi puhtaassa muodossaan. Prosessi, jossa tutkitaan fysikaalisia, kemiallisia ominaisuuksia ja määritetään sen nykyiset käyttöalueet. Titaani on tulevaisuuden metalli, sen paikkaa ihmiselämässä ei ole vielä lopullisesti määritetty, mikä antaa nykyaikaisille tutkijoille valtavan mahdollisuuden luovuuteen ja tieteelliseen tutkimukseen.

Ominaista

Kemiallinen alkuaine on merkitty D. I. Mendelejevin jaksollisessa taulukossa symbolilla Ti. Se sijaitsee neljännen jakson IV ryhmän toissijaisessa alaryhmässä ja sen sarjanumero on 22. Titaani on valkohopeametalli, kevyt ja kestävä. Atomin elektronisella konfiguraatiolla on seuraava rakenne: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Näin ollen titaanilla on useita mahdollisia hapetusasteita: 2, 3, 4; stabiilimmissa yhdisteissä se on neliarvoinen.

Titaani - seos vai metalli?

Tämä kysymys kiinnostaa monia. Vuonna 1910 amerikkalainen kemisti Hunter sai ensimmäisen puhtaan titaanin. Metalli sisälsi vain 1 % epäpuhtauksia, mutta samaan aikaan sen määrä osoittautui mitättömäksi eikä antanut mahdollisuutta tutkia sen ominaisuuksia tarkemmin. Saadun aineen plastisuus saavutettiin vain korkeiden lämpötilojen vaikutuksesta, normaaleissa olosuhteissa (huoneenlämpötila) näyte oli liian hauras. Itse asiassa tämä elementti ei kiinnostanut tutkijoita, koska sen käyttömahdollisuudet vaikuttivat liian epävarmoilta. Hankinnan ja tutkimuksen vaikeus vähensi entisestään sen soveltamismahdollisuuksia. Vasta vuonna 1925 hollantilaiset kemistit I. de Boer ja A. Van Arkel saivat titaanimetallia, jonka ominaisuudet herättivät insinöörien ja suunnittelijoiden huomion ympäri maailmaa. Tämän alkuaineen tutkimuksen historia alkaa vuonna 1790, juuri tähän aikaan, rinnakkain, toisistaan ​​riippumatta, kaksi tiedemiestä löytää titaanin kemiallisena alkuaineena. Jokainen niistä saa aineen yhdisteen (oksidin), joka ei pysty eristämään metallia sen puhtaassa muodossa. Titaanin löytäjä on englantilainen mineralogi munkki William Gregor. Seurakuntansa alueella, joka sijaitsee Englannin lounaisosassa, nuori tiedemies alkoi tutkia Menakenin laakson mustaa hiekkaa. Tuloksena vapautui kiiltäviä rakeita, jotka olivat titaaniyhdistettä. Samaan aikaan Saksassa kemisti Martin Heinrich Klaproth eristi uuden aineen rutiilista. Vuonna 1797 hän myös osoitti, että rinnakkain avatut elementit ovat samanlaisia. Titaanidioksidi on ollut mysteeri monille kemisteille yli vuosisadan, eikä edes Berzelius kyennyt saamaan puhdasta metallia. 1900-luvun uusimmat tekniikat nopeuttavat merkittävästi mainitun elementin tutkimusprosessia ja määrittelivät sen käytön alkuperäiset ohjeet. Samaan aikaan sovellusalue laajenee jatkuvasti. Vain sellaisen aineen, kuten puhtaan titaanin, saamisprosessin monimutkaisuus voi rajoittaa sen soveltamisalaa. Seosten ja metallin hinta on melko korkea, joten se ei nykyään voi syrjäyttää perinteistä rautaa ja alumiinia.

nimen alkuperä

Menakin on titaanin etunimi, jota käytettiin vuoteen 1795 asti. Näin W. Gregor kutsui uutta elementtiä alueellisen kuuluvuuden perusteella. Martin Klaproth antoi elementille nimen "titaani" vuonna 1797. Tällä hetkellä hänen ranskalaiset kollegansa, joita johti melko hyvämaineinen kemisti A. L. Lavoisier, ehdottivat nimeämään äskettäin löydetyt aineet niiden perusominaisuuksien mukaan. Saksalainen tiedemies ei hyväksynyt tätä lähestymistapaa, hän uskoi melko perustellusti, että löytövaiheessa on melko vaikea määrittää kaikki aineelle ominaiset ominaisuudet ja heijastaa niitä nimessä. On kuitenkin tunnustettava, että Klaprothin intuitiivisesti valitsema termi vastaa täysin metallia - nykyajan tutkijat ovat toistuvasti korostaneet tätä. On olemassa kaksi pääteoriaa nimen titaani alkuperästä. Metalli olisi voitu nimetä haltioiden kuningattaren Titanian (germaanisen mytologian hahmo) kunniaksi. Tämä nimi symboloi sekä aineen keveyttä että vahvuutta. Useimmat tutkijat ovat taipuvaisia ​​käyttämään versiota muinaisen kreikkalaisen mytologian käytöstä, jossa maan jumalattaren Gaian voimakkaita poikia kutsuttiin titaaneiksi. Myös aiemmin löydetyn alkuaineen, uraanin, nimi puhuu tämän version puolesta.

Luonnossa oleminen

Ihmisille teknisesti arvokkaista metalleista titaani on neljänneksi runsain maankuoressa. Vain raudalle, magnesiumille ja alumiinille on ominaista suuri prosenttiosuus luonnossa. Suurin titaanipitoisuus on basalttikuoressa, hieman vähemmän graniittikerroksessa. Merivedessä tämän aineen pitoisuus on alhainen - noin 0,001 mg / l. Kemiallinen alkuaine titaani on varsin aktiivinen, joten sitä ei löydy puhtaassa muodossaan. Useimmiten sitä esiintyy happiyhdisteissä, kun taas sen valenssi on neljä. Titaania sisältävien mineraalien määrä vaihtelee 63:sta 75:een (eri lähteistä), kun taas nykyisessä tutkimuksen vaiheessa tutkijat jatkavat sen yhdisteiden uusien muotojen löytämistä. Käytännön kannalta seuraavat mineraalit ovat erittäin tärkeitä:

1. Ilmeniitti (FeTiO 3).
2. Rutiili (TiO 2).
3. Titaniitti (CaTiSiO 5).
4. perovskiitti (CaTiO 3).
5. Titanomagnetiitti (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) jne.

Kaikki olemassa olevat titaania sisältävät malmit on jaettu placer- ja perusmalmiin. Tämä elementti on heikko siirtolainen, se voi kulkea vain kivimurskeina tai liikkuvana lieteisenä pohjakivinä. Biosfäärissä suurin määrä titaania löytyy levistä. Maan eläimistön edustajilla elementti kerääntyy sarveiskudoksiin, hiuksiin. Ihmiskeholle on ominaista titaanin esiintyminen pernassa, lisämunuaisissa, istukassa ja kilpirauhasessa.

Fyysiset ominaisuudet

Titaani on ei-rautametalli, jonka väri on hopeanvalkoinen ja joka näyttää teräkseltä. 0 0 C lämpötilassa sen tiheys on 4,517 g / cm 3. Aineella on alhainen ominaispaino, joka on tyypillistä alkalimetalleille (kadmium, natrium, litium, cesium). Titaani on tiheydellä raudan ja alumiinin välissä, kun taas sen suorituskyky on korkeampi kuin molemmilla elementeillä. Metallien tärkeimmät ominaisuudet, jotka otetaan huomioon niiden käyttöaluetta määritettäessä, ovat kovuus. Titaani on 12 kertaa vahvempaa kuin alumiini, 4 kertaa vahvempi kuin rauta ja kupari, samalla kun se on paljon kevyempi. Muovisuus ja myötöraja mahdollistavat käsittelyn matalissa ja korkeissa lämpötiloissa, kuten muidenkin metallien tapauksessa, eli niittauksen, takomisen, hitsauksen, valssauksen. Titaanin tunnusomainen ominaisuus on sen alhainen lämmön- ja sähkönjohtavuus, ja nämä ominaisuudet säilyvät korkeissa lämpötiloissa, jopa 500 0 C. Magneettikentässä titaani on paramagneettinen alkuaine, se ei vedä puoleensa kuten rauta, eikä sitä työnnetä. ulos kuin kupari. Erittäin korkea korroosionestokyky aggressiivisissa ympäristöissä ja mekaanisessa rasituksessa on ainutlaatuinen. Yli 10 vuotta merivedessä olemista ei muuttanut titaanilevyn ulkonäköä ja koostumusta. Tässä tapauksessa rauta tuhoutuisi täysin korroosion vaikutuksesta.

Titaanin termodynaamiset ominaisuudet

1. Tiheys (normaaliolosuhteissa) on 4,54 g/cm3.
2. Ympäristöluku on 22.
3. Metallien ryhmä - tulenkestävät, kevyet.
4. Titaanin atomimassa on 47,0.
5. Kiehumispiste (0 C) - 3260.
6. Molaarinen tilavuus cm 3 / mol - 10,6.
7. Titaanin sulamispiste (0 C) on 1668.
8. Ominaishaihdutuslämpö (kJ / mol) - 422,6.
9. Sähkövastus (20 0 C:ssa) Ohm * cm * 10 -6 - 45.

Kemialliset ominaisuudet

Elementin lisääntynyt korroosionkestävyys selittyy pienen oksidikalvon muodostumisella pinnalle. Se estää (normaaleissa olosuhteissa) kaasuja (happi, vety) ympäröivässä ilmakehässä elementtiä, kuten titaanimetallia. Sen ominaisuudet muuttuvat lämpötilan vaikutuksesta. Kun se nousee 600 0 C:een, tapahtuu vuorovaikutusreaktio hapen kanssa, mikä johtaa titaanioksidin (TiO 2) muodostumiseen. Ilmakehän kaasujen absorptiossa muodostuu hauraita liitoksia, joilla ei ole käytännön sovellusta, minkä vuoksi titaanin hitsaus ja sulatus suoritetaan tyhjiöolosuhteissa. Palautuva reaktio on vedyn liukenemisprosessi metalliin, se tapahtuu aktiivisemmin lämpötilan noustessa (400 0 C ja yli). Titaani, erityisesti sen pienet hiukkaset (ohut levy tai lanka), palaa typpiatmosfäärissä. Kemiallinen vuorovaikutusreaktio on mahdollinen vain lämpötilassa 700 0 C, mikä johtaa TiN-nitridin muodostumiseen. Muodostaa erittäin kovia seoksia monien metallien kanssa, usein seosaineena. Se reagoi halogeenien (kromi, bromi, jodi) kanssa vain katalyytin läsnä ollessa (korkea lämpötila) ja vuorovaikutuksessa kuiva-aineen kanssa. Tässä tapauksessa muodostuu erittäin kovia tulenkestäviä seoksia. Useimpien alkalien ja happojen liuoksissa titaani ei ole kemiallisesti aktiivinen, lukuun ottamatta väkevää rikkihappoa (pitkittyneen kiehumisen aikana), fluorivetyä, kuumaa orgaanista (muurahais-, oksaalihappo).

Syntymäpaikka

Ilmeniittimalmit ovat yleisimpiä luonnossa - niiden varannot ovat arviolta 800 miljoonaa tonnia. Rutiiliesiintymien esiintymät ovat paljon vaatimattomampia, mutta kokonaisvolyymin - tuotannon kasvun säilyttäen - pitäisi antaa ihmiskunnalle seuraavat 120 vuotta sellaista metallia kuin titaani. Valmiin tuotteen hinta riippuu kysynnästä ja valmistettavuuden noususta, mutta keskimäärin se vaihtelee välillä 1200-1800 ruplaa/kg. Jatkuvan teknisen parantamisen olosuhteissa kaikkien tuotantoprosessien kustannukset pienenevät merkittävästi niiden oikea-aikaisella modernisoinnilla. Kiinalla ja Venäjällä on suurimmat varannot, Japanilla, Etelä-Afrikalla, Australialla, Kazakstanilla, Intialla, Etelä-Korealla, Ukrainalla, Ceylonilla on myös mineraalivarantoja. Esiintymät vaihtelevat tuotantomäärän ja titaanin osuuden suhteen malmissa, geologiset tutkimukset ovat käynnissä, mikä mahdollistaa metallin markkina-arvon laskun ja sen laajemman käytön. Venäjä on ylivoimaisesti suurin titaanin tuottaja.

Kuitti

Titaanin valmistukseen käytetään useimmiten titaanidioksidia, joka sisältää vähimmäismäärän epäpuhtauksia. Sitä saadaan rikastamalla ilmeniittirikasteita tai rutiilimalmeja. Valokaariuunissa tapahtuu malmin lämpökäsittely, johon liittyy raudan erottuminen ja titaanioksidia sisältävän kuonan muodostuminen. Raudattoman jakeen käsittelyyn käytetään sulfaatti- tai kloridimenetelmää. Titaanioksidi on harmaa jauhe (katso kuva). Titaanimetalli saadaan sen vaiheittaisella käsittelyllä.

Ensimmäinen vaihe on prosessi, jossa kuona sintrataan koksilla ja altistuu kloorihöyrylle. Tuloksena oleva TiCl4 pelkistetään magnesiumilla tai natriumilla, kun se altistetaan 850 0 C:n lämpötilalle. Kemiallisen reaktion tuloksena saatu titaanisieni (huokoinen sulamassa) puhdistetaan tai sulatetaan harkoiksi. Jatkokäyttösuunnasta riippuen muodostuu metalliseos tai puhdas metalli (epäpuhtaudet poistetaan kuumentamalla 1000 0 C:een). Aineen valmistukseen, jonka epäpuhtauspitoisuus on 0,01%, käytetään jodidimenetelmää. Se perustuu prosessiin, jossa sen höyry haihdutetaan titaanisienestä, joka on esikäsitelty halogeenilla.

Sovellukset

Titaanin sulamislämpötila on melko korkea, mikä metallin keveyden vuoksi on korvaamaton etu käytettäessä sitä rakennemateriaalina. Siksi se löytää suurimman sovelluksen laivanrakennuksessa, ilmailuteollisuudessa, rakettien valmistuksessa ja kemianteollisuudessa. Titaania käytetään melko usein seosaineena erilaisissa seoksissa, joilla on lisääntynyt kovuus ja lämmönkestävyys. Korkeat korroosionesto-ominaisuudet ja kyky kestää useimpia aggressiivisia ympäristöjä tekevät tästä metallista välttämättömän kemianteollisuudessa. Titaanista (sen lejeeringeistä) valmistetaan putkistoja, säiliöitä, venttiileitä, suodattimia, joita käytetään happojen ja muiden kemiallisesti aktiivisten aineiden tislauksessa ja kuljetuksessa. Se on kysyntää luotaessa laitteita, jotka toimivat kohonneiden lämpötila-indikaattoreiden olosuhteissa. Titaaniyhdisteistä valmistetaan kestäviä leikkaustyökaluja, maaleja, muovia ja paperia, kirurgisia instrumentteja, implantteja, koruja, viimeistelymateriaaleja ja niitä käytetään elintarviketeollisuudessa. Kaikkia suuntauksia on vaikea kuvailla. Nykyaikainen lääketiede käyttää täydellisen biologisen turvallisuuden vuoksi usein titaanimetallia. Hinta on ainoa tekijä, joka toistaiseksi vaikuttaa tämän elementin soveltamisalaan. On reilua sanoa, että titaani on tulevaisuuden materiaali, jota tutkimalla ihmiskunta siirtyy uuteen kehitysvaiheeseen.

Brittiläinen kemisti pastori William Gregor, joka löysi sen vuonna 1791, nimesi titaanin alun perin "gregoriittiksi". Sitten saksalainen kemisti M. H. Klaproth löysi titaanin itsenäisesti vuonna 1793. Hän nimitti hänet titaaniksi kreikkalaisen mytologian titaanien kunniaksi - "luonnollisen voiman ruumiillistukseksi". Vasta vuonna 1797 Klaproth huomasi, että hänen titaaninsa oli Gregorin aiemmin löytämä alkuaine.

Ominaisuudet ja ominaisuudet

Titaani on kemiallinen alkuaine, jonka symboli on Ti ja atominumero 22. Se on kiiltävä metalli, jolla on hopeanhohtoinen väri, alhainen tiheys ja korkea lujuus. Se kestää korroosiota merivedessä ja kloorissa.

Elementti kohtaa useissa mineraaliesiintymissä, pääasiassa rutiilissa ja ilmeniitissä, jotka ovat laajalle levinneitä maankuoressa ja litosfäärissä.

Titaania käytetään vahvojen kevyiden metalliseosten valmistukseen. Metallin kaksi hyödyllisintä ominaisuutta ovat korroosionkestävyys ja kovuuden ja tiheyden suhde, korkein kaikista metallielementeistä. Seostamattomassa tilassaan tämä metalli on yhtä vahvaa kuin jotkut teräkset, mutta vähemmän tiheä.

Metallin fysikaaliset ominaisuudet

Se on vahvaa metallia pienitiheys, melko sitkeä (erityisesti hapettomassa ympäristössä), loistava ja metalloidivalkoinen. Sen suhteellisen korkea sulamispiste, yli 1650 °C (tai 3000 °F), tekee siitä käyttökelpoisen tulenkestävänä metallina. Se on paramagneettinen ja sillä on melko alhainen sähkön- ja lämmönjohtavuus.

Mohsin asteikolla titaanin kovuus on 6. Tämän indikaattorin mukaan se on hieman huonompi kuin karkaistu teräs ja volframi.

Kaupallisesti puhtaan (99,2 %) titaanin vetolujuus on noin 434 MPa, mikä on linjassa perinteisten matalalaatuisten terässeosten kanssa, mutta titaani on paljon kevyempää.

Titaanin kemialliset ominaisuudet

Kuten alumiini ja magnesium, titaani ja sen seokset hapettuvat välittömästi joutuessaan alttiiksi ilmalle. Se reagoi hitaasti veden ja ilman kanssa ympäristön lämpötilassa, koska se muodostaa passiivisen oksidipinnoitteen joka suojaa bulkkimetallia lisähapettumiselta.

Ilmakehän passivointi antaa titaanille erinomaisen korroosionkestävyyden, joka vastaa lähes platinaa. Titaani kestää laimeiden rikki- ja kloorivetyhappojen, kloridiliuosten ja useimpien orgaanisten happojen hyökkäyksen.

Titaani on yksi harvoista alkuaineista, jotka palavat puhtaassa typessä ja reagoivat 800 °C:ssa (1470 °F) muodostaen titaaninitridiä. Koska titaanifilamentit reagoivat hyvin hapen, typen ja joidenkin muiden kaasujen kanssa, niitä käytetään titaanisublimaatiopumpuissa näiden kaasujen absorboijana. Nämä pumput ovat edullisia ja tuottavat luotettavasti erittäin alhaisia ​​paineita UHV-järjestelmissä.

Yleisiä titaania sisältäviä mineraaleja ovat anataasi, brookiitti, ilmeniitti, perovskiitti, rutiili ja titaniitti (sfeeni). Näistä mineraaleista vain rutiili ja ilmeniitti ovat taloudellisesti tärkeitä, mutta niitäkin on vaikea löytää korkeina pitoisuuksina.

Titaania löytyy meteoriiteista ja sitä on löydetty auringosta ja M-tyypin tähdistä, joiden pintalämpötila on 3200°C (5790°F).

Tällä hetkellä tunnetut menetelmät titaanin uuttamiseksi erilaisista malmeista ovat työläitä ja kalliita.

Tuotanto ja valmistus

Tällä hetkellä noin 50 titaania ja titaaniseoksia on kehitetty ja käytössä. Tähän mennessä titaanimetallien ja -seosten luokkaa on 31, joista luokat 1-4 ovat kaupallisesti puhtaita (seostamattomia). Niiden vetolujuus eroaa happipitoisuudesta riippuen: luokka 1 on sitkein (pienin vetolujuus 0,18 % happea) ja luokka 4 on vähiten sitkeä (maksimi vetolujuus 0,40 % happea).

Loput luokat ovat seoksia, joista jokaisella on erityisiä ominaisuuksia:

• muovi;
• vahvuus;
• kovuus;
• sähkövastus;
• spesifinen korroosionkestävyys ja niiden yhdistelmät.

Näiden spesifikaatioiden lisäksi titaaniseoksia valmistetaan myös täyttämään ilmailu- ja sotilasvaatimukset (SAE-AMS, MIL-T), ISO-standardit ja maakohtaiset vaatimukset sekä loppukäyttäjien vaatimukset ilmailu-, sotilas-, lääketieteellinen ja teollinen käyttö.

Kaupallisesti puhdas litteä tuote (levy, levy) voidaan muodostaa helposti, mutta käsittelyssä tulee huomioida se, että metallilla on "muistia" ja taipumusta palata takaisin. Tämä pätee erityisesti joihinkin erittäin lujiin metalliseoksiin.

Titaania käytetään usein metalliseosten valmistukseen:

• alumiinilla;
• vanadiinilla;
• kuparilla (karkaisuun);
• raudan kanssa;
• mangaanin kanssa;
• molybdeenin ja muiden metallien kanssa.

Käyttöalueet

Titaaniseokset levyjen, levyjen, tankojen, lankojen ja valukappaleiden muodossa löytävät sovelluksia teollisuudessa, ilmailussa, virkistyskäytössä ja kehittyvillä markkinoilla. Jauhettua titaania käytetään pyrotekniikassa kirkkaiden palavien hiukkasten lähteenä.

Koska titaaniseoksilla on korkea vetolujuus/tiheyssuhde, korkea korroosionkestävyys, väsymiskestävyys, korkea halkeamankestävyys ja kyky kestää kohtalaisen korkeita lämpötiloja, niitä käytetään lentokoneissa, panssarivaunuissa, laivoissa, avaruusaluksissa ja raketteissa.

Näissä sovelluksissa titaaniin seostetaan alumiinia, zirkoniumia, nikkeliä, vanadiinia ja muita elementtejä erilaisten komponenttien tuottamiseksi, mukaan lukien kriittiset rakenneosat, paloseinät, laskutelineet, pakoputket (helikopterit) ja hydraulijärjestelmät. Itse asiassa noin kaksi kolmasosaa tuotetusta titaanimetallista käytetään lentokoneiden moottoreissa ja rungoissa.

Koska titaaniseokset kestävät meriveden korroosiota, niistä valmistetaan potkuriakseleita, lämmönvaihtimien liitoksia jne. Näitä seoksia käytetään tieteen ja armeijan valtamerten havainnointi- ja valvontalaitteiden koteloissa ja komponenteissa.

Tiettyjä metalliseoksia käytetään porausrei'issä ja öljykaivoissa sekä nikkelihydrometallurgiassa niiden suuren lujuuden vuoksi. Massa- ja paperiteollisuus käyttää titaania prosessilaitteissa, jotka ovat alttiina ankarille ympäristöille, kuten natriumhypokloriitti tai märkä kloorikaasu (valkaisussa). Muita käyttökohteita ovat ultraäänihitsaus, aaltojuotto.

Lisäksi näitä metalliseoksia käytetään autoissa, erityisesti auto- ja moottoripyöräkilpailuissa, joissa alhainen paino, korkea lujuus ja jäykkyys ovat tärkeitä.

Titaania käytetään monissa urheiluvälineissä: tennismailat, golfmailat, lacrosse-rullat; kriketti-, jääkiekko-, lacrosse- ja jalkapallokypärät sekä polkupyörän rungot ja komponentit.

Kestävyyden ansiosta titaanista on tullut suositumpi suunnittelijakoruissa (erityisesti titaanisormuksissa). Sen inertisyys tekee siitä hyvän valinnan allergikoille tai niille, jotka käyttävät koruja ympäristöissä, kuten uima-altaissa. Titaanista seostetaan myös kultaa, jotta saadaan seos, joka voidaan myydä 24 karaatin kultana, koska 1 % seostettua Ti:tä ei riitä vaatimaan huonompaa laatua. Tuloksena oleva seos on noin 14 karaatin kullan kovuutta ja vahvempi kuin puhdas 24 karaatin kulta.

Varotoimenpiteet

Titaani on myrkytöntä jopa suurina annoksina. Jauhemuodossa tai metallilastuina se aiheuttaa vakavan palovaaran ja ilmassa kuumennettaessa räjähdysvaaran.

Titaaniseosten ominaisuudet ja sovellukset

Alla on yleiskatsaus yleisimmin kohdatuista titaaniseoksista, jotka on jaettu luokkiin, niiden ominaisuuksista, eduista ja teollisista sovelluksista.

7. luokka

Grade 7 vastaa mekaanisesti ja fysikaalisesti luokan 2 puhdasta titaania, paitsi että siihen on lisätty palladiumia, mikä tekee siitä metalliseoksen. Sillä on erinomainen hitsattavuus ja elastisuus, korroosionkestävyys kaikista tämän tyyppisistä seoksista.

Luokkaa 7 käytetään kemiallisissa prosesseissa ja laitekomponenttien valmistuksessa.

Luokka 11

Grade 11 on hyvin samanlainen kuin Grade 1, paitsi että siihen on lisätty palladiumia korroosionkestävyyden parantamiseksi, mikä tekee siitä metalliseoksen.

Muita hyödyllisiä ominaisuuksia sisältää optimaalisen sitkeyden, lujuuden, sitkeyden ja erinomaisen hitsattavuuden. Tätä seosta voidaan käyttää erityisesti sovelluksissa, joissa korroosio on ongelma:

• kemiallinen käsittely;
• kloraattien tuotanto;
• suolanpoisto;
• merisovelluksia.

Ti 6Al-4V luokka 5

Seos Ti 6Al-4V tai luokan 5 titaani on yleisimmin käytetty. Sen osuus maailman titaanin kokonaiskulutuksesta on 50 prosenttia.

Helppokäyttöisyys piilee sen monissa eduissa. Ti 6Al-4V voidaan lämpökäsitellä sen lujuuden lisäämiseksi. Tällä seoksella on korkea lujuus alhaisella painolla.

Tämä on paras seos käytettäväksi useilla toimialoilla kuten ilmailu-, lääke-, meri- ja kemianteollisuudessa. Sitä voidaan käyttää luomaan:

• ilmailun turbiinit;
• moottorin osat;
• lentokoneen rakenneosat;
• ilmailun kiinnikkeet;
• korkean suorituskyvyn automaattiset osat;
• urheiluväline.

Ti 6AL-4V ELI luokka 23

Luokka 23 - kirurginen titaani. Ti 6AL-4V ELI eli Grade 23 on Ti 6Al-4V:n puhtaampi versio. Se voidaan valmistaa rullista, säikeistä, lankoista tai litteistä lankoista. Se on paras valinta kaikkiin tilanteisiin, joissa vaaditaan suurta lujuutta, keveyttä, hyvää korroosionkestävyyttä ja suurta sitkeyttä. Sillä on erinomainen vaurionkestävyys.

Sitä voidaan käyttää biolääketieteellisissä sovelluksissa, kuten implantoitavissa komponenteissa sen bioyhteensopivuuden ja hyvän väsymislujuuden ansiosta. Sitä voidaan käyttää myös kirurgisissa toimenpiteissä näiden rakenteiden valmistamiseksi:

• ortopediset tapit ja ruuvit;
• puristimet ligatuuriin;
• kirurgiset niitit;
• jouset;
• ortodontiset laitteet;
• kryogeeniset astiat;
• luun kiinnityslaitteet.

Luokka 12

Luokan 12 titaanilla on erinomainen korkealaatuinen hitsattavuus. Se on erittäin luja metalliseos, joka tarjoaa hyvän lujuuden korkeissa lämpötiloissa. Luokan 12 titaanilla on samanlaiset ominaisuudet kuin 300-sarjan ruostumattomilla teräksillä.

Sen kyky muodostaa eri tavoin tekee siitä hyödyllisen monissa sovelluksissa. Tämän seoksen korkea korroosionkestävyys tekee siitä myös korvaamattoman arvokkaan valmistuslaitteiden kannalta. Luokkaa 12 voidaan käyttää seuraavilla toimialoilla:

• lämmönvaihtimet;
• hydrometallurgiset sovellukset;
• kemiallinen tuotanto korotetulla lämpötilalla;
• meri- ja ilmakomponentit.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn on seos, joka voi tarjota hyvän hitsattavuuden ja vakauden. Sillä on myös korkea lämpötilakestävyys ja korkea lujuus.

Ti 5Al-2,5Sn:ää käytetään pääasiassa lentoteollisuudessa sekä kryogeenisissa laitoksissa.

Titaani. Kemiallinen alkuaine, symboli Ti (lat. titaani, löydetty vuonna 1795 vuonna ja on nimetty kreikkalaisen eeposen Titan sankarin mukaan) . Siinä on sarjanumero 22, atomipaino 47,90, tiheys 4,5 g/cm3, sulamispiste 1668° C, kiehumispiste 3300 °C.

Titaani on osa yli 70 mineraalia ja yksi yleisimmistä alkuaineista – sen pitoisuus maankuoressa on noin 0,6 %. Ulkonäöltään titaani on samanlainen kuin teräs. Puhdas metalli on sitkeää ja sitä voidaan helposti työstää paineella.

Titaanista on kaksi muunnelmaa: 882°C asti muunneltunaα kuusikulmainen tiheästi pakattu kidehila ja yli 882 °C, modifikaatio on vakaaβ jossa on runkokeskeinen kuutiohila.

Titaanissa yhdistyy korkea lujuus, matala tiheys ja korkea korroosionkestävyys. Tästä johtuen sillä on monissa tapauksissa merkittäviä etuja sellaisiin perusrakennemateriaaleihin kuin teräkseen verrattuna. ja alumiinia . Monet titaaniseokset ovat kaksi kertaa vahvempia kuin teräs, ja niillä on paljon pienempi tiheys ja parempi korroosionkestävyys. Alhaisen lämmönjohtavuuden vuoksi sitä on kuitenkin vaikea käyttää rakenteissa ja osissa, jotka toimivat suurten lämpötilaerojen olosuhteissa sekä lämpöväsymystöissä. Titaanin haittoja rakennemateriaalina ovat suhteellisen alhainen normaalikimmomoduuli.

Mekaaninen ominaisuudet riippuvat suuresti metallin puhtaudesta ja aikaisemmasta mekaanisesta ja lämpökäsittelystä. Erittäin puhtaalla titaanilla on hyvät muoviominaisuudet.

Titaanin ominaisuus on kyky absorboida aktiivisesti kaasuja - happea, typpeä ja vetyä. Nämä kaasut liukenevat titaaniin tunnettuihin rajoihin asti. Jo pienet hapen ja typen epäpuhtaudet heikentävät titaanin plastisia ominaisuuksia. Pieni vedyn sekoitus (0,01-0,005 %) lisää huomattavasti titaanin haurautta.

Titaani on vakaa ilmassa tavallisissa lämpötiloissa. Kuumennettaessa 400-550 asteeseen° Metalli on peitetty oksidi-nitridikalvolla, joka pysyy tiukasti metallissa ja suojaa sitä lisähapettumiselta. Korkeammissa lämpötiloissa hapen hapettumis- ja liukenemisnopeus titaanissa lisääntyy.

Titaani on vuorovaikutuksessa typen kanssa yli 600 asteen lämpötiloissa° C, jolloin muodostuu nitridikalvo ( Tina) ja kiinteät typen liuokset titaanissa. Titaaninitridillä on korkea kovuus ja se sulaa lämpötilassa 2950°C

Titaani imee vetyä muodostaen kiinteitä liuoksia ja hybridejä(TiH ja TiH 2 ) . Toisin kuin happi ja typpi, lähes kaikki imeytynyt vety voidaan poistaa titaanista kuumentamalla sitä tyhjiössä 1000-1200 °C:ssa.°C

Hiili ja hiilipitoiset kaasut ( CO, CH 4 ) reagoida titaanin kanssa korkeassa lämpötilassa (yli 1000° C) muodostamalla kovaa ja tulenkestävää titaanikarbidia TiC (sulamispiste 3140°C ). Hiilen epäpuhtaus vaikuttaa merkittävästi titaanin mekaanisiin ominaisuuksiin.

Fluori, kloori, bromi ja jodi vuorovaikuttavat titaanin kanssa suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa (100-200° KANSSA). Tässä tapauksessa muodostuu haihtuvia titaanihalogenideja.

Titaanin mekaaniset ominaisuudet, paljon enemmän kuin muiden metallien, riippuvat kuormituksen nopeudesta. Siksi titaanin mekaaninen testaus tulisi suorittaa tiukemmin säännellyissä ja kiinteämmissä olosuhteissa kuin muiden rakennemateriaalien testaus.

Titaanin iskulujuus kasvaa merkittävästi hehkutettaessa välillä 200-300° C, muissa ominaisuuksissa ei havaita havaittavaa muutosta. Suurin lisäys titaanin plastisuudessa saavutetaan sammutuksen jälkeen lämpötiloista, jotka ylittävät polymorfisen muutoksen lämpötilan, ja sitä seuraavan karkaisun jälkeen.

Puhdas titaani ei kuulu lämmönkestäviin materiaaleihin, koska sen lujuus laskee jyrkästi lämpötilan noustessa.

Titaanin tärkeä ominaisuus on sen kyky muodostaa kiinteitä liuoksia ilmakehän kaasujen ja vedyn kanssa. Kun titaania kuumennetaan ilmassa, sen pinnalle muodostuu tavallisen asteikon lisäksi kerros, joka koostuu kiinteästä liuoksesta, joka perustuuα-Ti (alfiittikerros), stabiloitu hapella, jonka paksuus riippuu lämpötilasta ja kuumennuksen kestosta. Tällä kerroksella on korkeampi muunnoslämpötila kuin päämetallikerroksessa, ja sen muodostuminen osien tai puolivalmiiden tuotteiden pinnalle voi aiheuttaa haurautta.

Titaanille ja titaanipohjaisille seoksille on tunnusomaista korkea korroosionkestävyys ilmassa, luonnollisessa kylmässä ja kuumassa makeassa vedessä, merivedessä (ruosteen jälkeä ei ilmestynyt titaanilevyyn 10 vuoden merivedelle altistuttua) kuten alkaliliuoksissa, epäorgaanisissa suoloissa, orgaanisissa hapoissa ja yhdisteissä myös keitettäessä. Titaani on korroosionkestävyydeltään samanlainen kuin kromi-nikkeli ruostumaton teräs. Se ei syöpy merivedessä joutuessaan kosketuksiin ruostumattoman teräksen ja kupari-nikkeliseosten kanssa. Titaanin korkea korroosionkestävyys selittyy tiheän homogeenisen kalvon muodostumisella sen pinnalle, joka suojaa metallia myöhemmältä vuorovaikutukselta ympäristön kanssa. Eli laimennettuna rikkihappo (jopa 5 %) titaani on stabiili huoneenlämmössä. Korroosionopeus kasvaa happopitoisuuden kasvaessa saavuttaen maksimiarvon 40 %:ssa, sitten laskee minimiin 60 %:ssa, saavuttaa toisen maksimin 80 %:ssa ja laskee sitten taas.

Laimeassa suolahapossa (5-10 %) huoneenlämmössä, titaani on melko vakaa. Kun happopitoisuus ja lämpötila nousevat, titaanin korroosionopeus kasvaa nopeasti. Titaanin korroosiota suolahapossa voidaan vähentää huomattavasti lisäämällä pieniä määriä hapettavia aineita.(HNO 3, KMnO 4, K 2 CrO 4, kuparin, raudan suolat). Titaani liukenee hyvin fluorivetyhappoon. Alkaliliuoksissa (pitoisuudet jopa 20 %) kylmässä ja kuumennettaessa titaani on vakaata.

Rakennemateriaalina titaania käytetään laajimmin ilmailussa, rakettitekniikassa, laivojen rakentamisessa, instrumenttien valmistuksessa ja koneenrakennuksessa. Titaani ja sen seokset säilyttävät korkeat lujuusominaisuudet korkeissa lämpötiloissa, ja siksi niitä voidaan menestyksekkäästi käyttää korkeassa lämpötilassa kuumennettavien osien valmistukseen. Joten lentokoneiden ulkoosat (moottorin siivekkeet, siivekkeet, peräsimet) ja monet muut komponentit ja osat on valmistettu sen seoksista - moottorista pultteihin ja muttereihin. Esimerkiksi jos jossakin moottorissa vaihdetaan teräspultit titaanipulteihin, moottorin massa pienenee lähes 100 kg.

Titaanioksidia käytetään titaanin valkoisen valmistukseen. Tällaisella kalkiuksella voidaan maalata useita kertoja suurempi pinta kuin sama määrä lyijy- tai sinkkikalkkia. Lisäksi titaanivalkoinen ei ole myrkyllistä. Titaania käytetään laajalti metallurgiassa, myös ruostumattomien ja kuumuutta kestävien terästen seosaineena. Titaanilisäykset alumiiniin, nikkeliin ja kupariseoksiin lisäävät niiden lujuutta. Se on olennainen osa leikkausinstrumenttien kovia metalliseoksia, ja myös titaaniseoksesta valmistetut kirurgiset instrumentit ovat menestyneet. Titaanidioksidia käytetään hitsauselektrodien pinnoittamiseen. Titaanitetrakloridia (tetrakloridia) käytetään sotilasasioissa savuverhojen luomiseen ja rauhan aikana kasvien kaasutukseen kevätpakkasten aikana.

Sähkö- ja radiotekniikassa jauhettua titaania käytetään kaasun absorboijana - 500 °C:seen kuumennettaessa titaani imee voimakkaasti kaasuja ja tarjoaa siten korkean tyhjiön suljetussa tilavuudessa.

Titaani on joissain tapauksissa korvaamaton materiaali kemianteollisuudessa ja laivanrakennuksessa. Siitä valmistetaan aggressiivisten nesteiden pumppaamiseen tarkoitetut osat, syövyttävissä ympäristöissä toimivat lämmönvaihtimet, erilaisten osien anodisoinnissa käytettävät ripustuslaitteet. Titaani on inerttiä elektrolyyteissä ja muissa galvanointinesteissä ja sopii siksi galvanointikylpyjen eri osien valmistukseen. Sitä käytetään laajalti nikkeli-kobolttitehtaiden hydrometallurgisten laitteiden valmistuksessa, koska sillä on korkea korroosion- ja eroosionkestävyys joutuessaan kosketuksiin nikkeli- ja kobolttilietteiden kanssa korkeissa lämpötiloissa ja paineissa.

Titaani on stabiilin hapettavassa ympäristössä. Pelkistävissä väliaineissa titaani syöpyy melko nopeasti suojaavan oksidikalvon tuhoutumisesta johtuen.

Tekninen titaani ja sen seokset sopivat kaikkiin tunnetuihin painekäsittelymenetelmiin. Ne voidaan rullata kylmässä ja kuumassa tilassa, leimata, puristaa, syvävetää, soihduttaa. Titaanista ja sen seoksista saadaan tankoja, tankoja, nauhoja, erilaisia ​​valssattuja profiileja, saumattomia putkia, lankaa ja kalvoa.

Titaanin muodonmuutoskestävyys on korkeampi kuin rakenneterästen tai kuparin ja alumiiniseosten. Titaania ja sen seoksia käsitellään paineella samalla tavalla kuin austeniittisia ruostumattomia teräksiä. Useimmiten titaani takotaan 800-1000 °C:ssa. Titaanin suojaamiseksi kaasukontaminaatiolta lämmitys- ja painekäsittely suoritetaan mahdollisimman lyhyessä ajassa. Koska yli 500°C lämpötiloissa vety diffundoituu titaaniin ja sen seoksiin suurilla nopeuksilla, kuumennus suoritetaan hapettavassa ilmakehässä.

Titaanilla ja sen seoksilla on heikentynyt työstettävyys samalla tavalla kuin austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä. Kaikilla leikkaustyypeillä menestyneimmät tulokset saavutetaan pienillä nopeuksilla ja suurilla leikkaussyvyyksillä sekä käytettäessä pikateräksistä tai kovametallista valmistettuja leikkaustyökaluja. Titaanin korkean kemiallisen aktiivisuuden vuoksi korkeissa lämpötiloissa se hitsataan inerttien kaasujen (helium, argon) ilmakehässä. Samanaikaisesti on välttämätöntä suojata paitsi sulaa hitsausmetallia vuorovaikutukselta ilmakehän ja kaasujen kanssa, myös kaikkia hitsattavien tuotteiden erittäin kuumia osia.

Tiettyjä teknisiä vaikeuksia syntyy titaanista ja sen seoksista valmistettujen valukappaleiden valmistuksessa.