Det hardeste metallet i verden (Titan, Chrome og Tungsten). Hva er titan som et kjemisk grunnstoff

Den mest betydningsfulle for Nasjonal økonomi det var og forblir legeringer og metaller som kombinerer letthet og styrke. Titan tilhører spesifikt denne kategorien materialer og har i tillegg utmerket korrosjonsbestandighet.

Titan er et overgangsmetall fra gruppe 4, periode 4. Molekylær masse det er bare 22, noe som indikerer lettheten til materialet. Samtidig er stoffet preget av eksepsjonell styrke: blant alle strukturelle materialer har titan den høyeste spesifikke styrken. Fargen er sølvhvit.

Videoen nedenfor vil fortelle deg hva titan er:

Konsept og funksjoner

Titan er ganske vanlig - når det gjelder innhold i jordskorpen tar 10. plass. Imidlertid var det bare mulig å isolere virkelig rent metall i 1875. Før dette ble stoffet enten oppnådd med urenheter, eller dets forbindelser ble kalt titanmetall. Denne forvirringen førte til bruk av metallforbindelser mye tidligere enn selve metallet.

Dette skyldes materialets særegenhet: de mest ubetydelige urenhetene påvirker egenskapene til stoffet betydelig, noen ganger helt frarøver det dets iboende kvaliteter.

Dermed fratar den minste andelen andre metaller titan sin varmebestandighet, som er en av dets verdifulle egenskaper. Et lite tillegg av ikke-metall gjør et slitesterkt materiale til sprøtt og uegnet for bruk.

Denne funksjonen delte umiddelbart det resulterende metallet inn i 2 grupper: teknisk og rent.

  • Først brukes i tilfeller hvor styrke, letthet og korrosjonsbestandighet er mest nødvendig, siden titan aldri mister sistnevnte kvalitet.
  • Materiale med høy renhet brukes der det er behov for et materiale som kan fungere under svært tung belastning og høye temperaturer, men som også er lett. Dette er selvfølgelig fly- og rakettteknikk.

Den andre spesielle egenskapen til et stoff er anisotropi. Noe av det fysiske egenskaper endres avhengig av påføring av krefter, noe som må tas i betraktning ved påføring.

Under normale forhold er metallet inert og korroderer verken i sjøvann eller i sjø- eller byluft. Dessuten er det det mest biologisk inerte stoffet som er kjent, og det er grunnen til at titanproteser og implantater er mye brukt i medisin.

Samtidig, når temperaturen stiger, begynner den å reagere med oksygen, nitrogen og til og med hydrogen, og i flytende form absorberer den gasser. Denne ubehagelige egenskapen gjør det ekstremt vanskelig å få tak i selve metallet og å produsere legeringer basert på det.

Sistnevnte er kun mulig ved bruk av vakuumutstyr. Den komplekse produksjonsprosessen gjorde et ganske vanlig element til et veldig dyrt.

Forholdet til andre metaller

Titan inntar en mellomposisjon mellom to andre velkjente strukturelle materialer - aluminium og jern, eller rettere sagt jernlegeringer. På mange måter er metallet overlegent sine "konkurrenter":

  • Den mekaniske styrken til titan er 2 ganger høyere enn for jern og 6 ganger høyere enn for aluminium. Samtidig øker styrken med synkende temperatur;
  • korrosjonsmotstanden er mye høyere enn for jern og til og med aluminium;
  • Ved normale temperaturer er titan inert. Men når den økes til 250 C, begynner den å absorbere hydrogen, noe som påvirker egenskapene. Når det gjelder kjemisk aktivitet, er det dårligere enn magnesium, men dessverre bedre enn jern og aluminium;
  • metallet leder elektrisitet mye svakere: dets elektriske resistivitet er 5 ganger høyere enn for jern, 20 ganger høyere enn for aluminium og 10 ganger høyere enn for magnesium;
  • termisk ledningsevne er også mye lavere: 3 ganger mindre enn jern og 12 ganger mindre enn aluminium. Denne egenskapen forårsaker imidlertid en svært lav termisk ekspansjonskoeffisient.

Fordeler og ulemper

Faktisk har titan mange ulemper. Men kombinasjonen av styrke og letthet er så etterspurt at verken den komplekse produksjonsmetoden eller behovet for eksepsjonell renhet stopper metallforbrukerne.

De utvilsomme fordelene med stoffet inkluderer:

  • lav tetthet, som betyr svært lav vekt;
  • eksepsjonell mekanisk styrke av både titanmetall i seg selv og dets legeringer. Når temperaturen øker, utkonkurrerer titanlegeringer alle aluminium- og magnesiumlegeringer;
  • forholdet mellom styrke og tetthet - spesifikk styrke - når 30–35, som er nesten 2 ganger høyere enn for de beste strukturelle stålene;
  • Når det utsettes for luft, er titan belagt med et tynt lag oksid, som gir utmerket korrosjonsbestandighet.

Metall har også mange ulemper:

  • Korrosjonsbestandighet og inerthet gjelder kun produkter med inaktiv overflate. Titanstøv eller spon, for eksempel selvantenne og brenne ved en temperatur på 400 C;
  • En svært kompleks metode for å oppnå titanmetall gir en svært høy kostnad. Materialet er mye dyrere enn jern, eller;
  • evnen til å absorbere atmosfæriske gasser når temperaturen stiger krever bruk av vakuumutstyr ved smelting og produksjon av legeringer, noe som også øker kostnadene betydelig;
  • titan har dårlige antifriksjonsegenskaper - det fungerer ikke på friksjon;
  • metall og dets legeringer er utsatt for hydrogenkorrosjon, noe som er vanskelig å forhindre;
  • Titan er vanskelig å bearbeide. Sveising er det også vanskelig på grunn av faseovergangen under oppvarming.

Titanplate (bilde)

Egenskaper og egenskaper

Avhenger sterkt av renslighet. Referansedataene beskriver selvfølgelig rent metall, men egenskapene til teknisk titan kan variere markant.

  • Tettheten til metallet avtar ved oppvarming fra 4,41 til 4,25 g/cm3 Faseovergangen endrer tettheten med bare 0,15 %.
  • Metallets smeltepunkt er 1668 C. Kokepunktet er 3227 C. Titan er et ildfast stoff.
  • I gjennomsnitt er strekkfastheten 300–450 MPa, men dette tallet kan økes til 2000 MPa ved å ty til herding og aldring, samt innføring av tilleggselementer.
  • På HB-skalaen er hardheten 103 og dette er ikke grensen.
  • Varmekapasiteten til titan er lav - 0,523 kJ/(kg K).
  • Spesifikk elektrisk resistivitet - 42,1·10 -6 ohm·cm.
  • Titan er en paramagnet. Når temperaturen synker, reduseres dens magnetiske følsomhet.
  • Metall generelt er preget av duktilitet og formbarhet. Disse egenskapene er imidlertid sterkt påvirket av oksygenet og nitrogenet i legeringen. Begge elementene gjør materialet sprøtt.

Stoffet er motstandsdyktig mot mange syrer, inkludert salpetersyre, svovelsyre i lave konsentrasjoner og nesten alle organiske syrer med unntak av maursyre. Denne kvaliteten sikrer at titan er etterspurt i den kjemiske, petrokjemiske, papirindustrien og så videre.

Struktur og komposisjon

Titan, selv om det er et overgangsmetall og har lav elektrisk resistivitet, er fortsatt et metall og leder elektrisk strøm, som betyr en ordnet struktur. Når den varmes opp til en viss temperatur, endres strukturen:

  • opp til 883 C er α-fasen med en tetthet på 4,55 g/m3 stabil. cm Den utmerker seg ved et tett sekskantet gitter. Oksygen oppløses i denne fasen med dannelsen av interstitielle løsninger og stabiliserer α-modifikasjonen - det flytter temperaturgrensen;
  • over 883 C, er β-fasen med et kroppssentrert kubisk gitter stabil. Dens tetthet er litt mindre - 4,22 g / kubikkmeter. se Denne strukturen stabiliseres av hydrogen - når den løses opp i titan dannes det også interstitielle løsninger og hydrider.

Denne funksjonen gjør metallurgens arbeid svært vanskelig. Når titan avkjøles, synker oppløseligheten av hydrogen kraftig, og hydrogenhydrid, γ-fasen, utfelles i legeringen.

Det forårsaker kalde sprekker under sveising, så produsentene må bruke ekstra innsats etter å ha smeltet metallet for å rense det for hydrogen.

Vi vil fortelle deg nedenfor hvor du kan finne og hvordan du lager titan.

Denne videoen beskriver titan som et metall:

Produksjon og utvinning

Titan er veldig vanlig, så det er ingen vanskeligheter med malmer som inneholder metallet, og i ganske store mengder. Utgangsråvarene er rutil, anatase og brookitt - titandioksider i forskjellige modifikasjoner, ilmenitt, pyrofanitt - forbindelser med jern, og så videre.

Men det er komplekst og krever dyrt utstyr. Utvinningsmetodene er noe forskjellige, siden sammensetningen av malmen er forskjellig. For eksempel ser ordningen for å skaffe metall fra ilmenittmalm slik ut:

  • oppnå titanslagg - bergarten lastes inn i en lysbueovn sammen med et reduksjonsmiddel - antrasitt, trekull og varmes opp til 1650 C. Samtidig skilles jern ut, som brukes til å produsere støpejern og titandioksid i slaggen ;
  • Slaggen kloreres i gruve- eller saltklorinatorer. Essensen av prosessen er å omdanne fast dioksid til gassformig titantetraklorid;
  • i motstandsovner i spesielle kolber reduseres metallet med natrium eller magnesium fra klorid. Som et resultat oppnås en enkel masse - en titansvamp. Dette tekniske titanet er ganske egnet for fremstilling av kjemisk utstyr, for eksempel;
  • hvis det kreves et renere metall, tyr de til raffinering - i dette tilfellet reagerer metallet med jod for å oppnå gassformig jodid, og sistnevnte, under påvirkning av temperatur - 1300–1400 C, og elektrisk strøm, brytes ned og frigjør rent titan. En elektrisk strøm tilføres gjennom en titantråd strukket i en retort, som et rent stoff avsettes på.

For å oppnå titanblokker smeltes titansvamp i en vakuumovn for å forhindre at hydrogen og nitrogen løses opp.

Prisen på titan per 1 kg er veldig høy: avhengig av renhetsgraden koster metallet fra $ 25 til $ 40 per 1 kg. På den annen side vil kroppen til et syrefast rustfritt stålapparat koste 150 rubler. og varer ikke mer enn 6 måneder. Titan vil koste omtrent 600 rubler, men vil bli brukt i 10 år. Det er mange titanproduksjonsanlegg i Russland.

Bruksområder

Påvirkningen av rensegraden på de fysiske og mekaniske egenskapene tvinger oss til å vurdere det fra dette synspunktet. Således har teknisk, det vil si ikke det reneste metallet, utmerket korrosjonsbestandighet, letthet og styrke, som bestemmer bruken:

  • kjemisk industri– varmevekslere, rør, hus, pumpedeler, armaturer og så videre. Materialet er uunnværlig i områder hvor syrebestandighet og styrke er nødvendig;
  • transportnæringen– stoffet brukes til å lage kjøretøy fra tog til sykkel. I det første tilfellet gir metallet en mindre masse forbindelser, noe som gjør trekkraften mer effektiv, i sistnevnte gir det letthet og styrke, det er ikke for ingenting at en sykkelramme i titan anses som den beste;
  • marine anliggender– varmevekslere, eksospotter for ubåter, ventiler, propeller og så videre er laget av titan;
  • V konstruksjon Titan er mye brukt - et utmerket materiale for etterbehandling av fasader og tak. Sammen med styrke gir legeringen en annen viktig fordel for arkitekturen - evnen til å gi produktene den mest bisarre konfigurasjonen; legeringens evne til å forme er ubegrenset.

Rent metall er også svært motstandsdyktig mot høye temperaturer og beholder sin styrke. Søknaden er åpenbar:

  • rakett- og flyproduksjon - foringsrøret er laget av det. Motordeler, festeelementer, chassisdeler og så videre;
  • medisin – biologisk treghet og letthet gjør titan til et mye mer lovende materiale for proteser, inkludert hjerteklaffer;
  • kryogen teknologi – titan er et av få stoffer som ved synkende temperatur bare blir sterkere og ikke mister sin duktilitet.

Titan er et strukturelt materiale av høyeste styrke med en slik letthet og duktilitet. Disse unike egenskapene gir ham mer og mer viktig rolle i den nasjonale økonomien.

Videoen nedenfor vil fortelle deg hvor du kan få tak i titan til en kniv:

Fysiske og kjemiske egenskaper av titan, produksjon av titan

Bruken av titan i ren form og i form av legeringer, bruken av titan i form av forbindelser, den fysiologiske effekten av titan

Del 1. Historie og forekomst av titan i naturen.

Titan -Dette et grunnstoff av en sekundær undergruppe av den fjerde gruppen, den fjerde perioden av det periodiske systemet av kjemiske elementer til D.I. Mendeleev, med atomnummer 22. Det enkle stoffet titan (CAS-nummer: 7440-32-6) er et lettmetall av sølvaktig -hvit farge. Den eksisterer i to krystallinske modifikasjoner: α-Ti med et sekskantet tettpakket gitter, β-Ti med kubisk kroppssentrert pakking, temperaturen på den polymorfe transformasjonen α↔β er 883 °C. Smeltepunkt 1660±20 °C.

Historie og forekomst av titan i naturen

Titan ble oppkalt etter de gamle greske karakterene Titans. Den tyske kjemikeren Martin Klaproth kalte det på denne måten av sine egne personlige grunner, i motsetning til franskmennene som prøvde å gi navn i samsvar med grunnstoffets kjemiske egenskaper, men siden egenskapene til grunnstoffet var ukjente på den tiden, ble dette navnet valgt. .

Titan er det 10. grunnstoffet når det gjelder mengde på planeten vår. Mengden titan i jordskorpen er 0,57 % av massen og 0,001 milligram per 1 liter sjøvann. Titanforekomster er lokalisert i: Yuzhno afrikanske republikk, Ukraina, Russland, Kasakhstan, Japan, Australia, India, Ceylon, Brasil og Sør-Korea.

I henhold til dets fysiske egenskaper er titan et lett sølvfarget metall; i tillegg er det preget av høy viskositet under bearbeiding og er utsatt for å feste seg til skjæreverktøyet, så spesielle smøremidler eller sprøyting brukes for å eliminere denne effekten. Ved romtemperatur er den dekket med en lasifiserende film av TiO2-oksid, på grunn av hvilken den er motstandsdyktig mot korrosjon i de fleste aggressive miljøer, unntatt alkalier. Titanstøv har en tendens til å eksplodere, med et flammepunkt på 400 °C. Titanspon er brannfarlig.

For å produsere titan i ren form eller dets legeringer i de fleste tilfeller bruker titandioksid med et lite antall forbindelser inkludert i det. For eksempel rutilkonsentrat oppnådd fra anrikning av titanmalm. Men rutilreservene er ekstremt små, og derfor brukes såkalt syntetisk rutil- eller titanslagg, oppnådd ved å behandle ilmenittkonsentrater.

Oppdageren av titan regnes for å være den 28 år gamle engelske munken William Gregor. I 1790, mens han utførte mineralogiske undersøkelser i prestegjeldet sitt, trakk han oppmerksomheten til utbredelsen og uvanlige egenskaper svart sand i Menacan-dalen sørvest i England og begynte å utforske den. I sanden oppdaget presten korn av et svart skinnende mineral som ble tiltrukket av en vanlig magnet. Det reneste titanet oppnådd i 1925 av Van Arkel og de Boer ved bruk av jodidmetoden viste seg å være et duktilt og produksjonsbart metall med mange verdifulle egenskaper som tiltrakk seg oppmerksomheten til et bredt spekter av designere og ingeniører. I 1940 foreslo Kroll en magnesium-termisk metode for å utvinne titan fra malm, som fortsatt er hovedmetoden i dag. I 1947 ble de første 45 kg kommersielt rent titan produsert.

I periodiske tabell av Mendeleev-elementene har titan serienummer 22. Atommassen til naturlig titan, beregnet fra resultatene av studier av dets isotoper, er 47.926. Så kjernen til et nøytralt titanatom inneholder 22 protoner. Antall nøytroner, dvs. nøytrale uladede partikler, er forskjellig: vanligvis 26, men kan variere fra 24 til 28. Derfor er antallet titanisotoper forskjellig. Det er nå kjent totalt 13 isotoper av grunnstoff nr. 22. Naturlig titan består av en blanding av fem stabile isotoper, den mest representerte er titan-48, dens andel i naturlige malmer er 73,99 %. Titan og andre elementer i undergruppe IVB er svært like i egenskaper som elementer i undergruppe IIIB (skandiumgruppe), selv om de skiller seg fra sistnevnte i deres evne til å vise større valens. Likheten av titan med skandium, yttrium, så vel som med elementer fra undergruppe VB - vanadium og niob kommer til uttrykk i det faktum at titan ofte finnes sammen med disse elementene i naturlige mineraler. Med monovalente halogener (fluor, brom, klor og jod) kan det danne di- og tetraforbindelser, med svovel og elementer fra dens gruppe (selen, tellur) - mono- og disulfider, med oksygen - oksider, dioksider og trioksider.


Titan danner også forbindelser med hydrogen (hydrider), nitrogen (nitrider), karbon (karbider), fosfor (fosfider), arsen (arsider), samt forbindelser med mange metaller - intermetalliske forbindelser. Titan danner ikke bare enkle, men også mange komplekse forbindelser; mange av dets forbindelser med organiske stoffer er kjent. Som det fremgår av listen over forbindelser som titan kan delta i, er det kjemisk svært aktivt. Og samtidig er titan et av få metaller med eksepsjonelt høy korrosjonsbestandighet: det er praktisk talt evig i luft, i kaldt og kokende vann, og er svært motstandsdyktig i sjøvann, i løsninger av mange salter, uorganiske og organiske syrer . Når det gjelder korrosjonsbestandighet i sjøvann, overgår den alle metaller, med unntak av edle - gull, platina, etc., de fleste typer rustfritt stål, nikkel, kobber og andre legeringer. I vann og i mange aggressive miljøer er rent titan ikke utsatt for korrosjon. Titan motstår erosiv korrosjon som oppstår som et resultat av en kombinasjon av kjemiske og mekaniske effekter på metallet. I denne forbindelse er han ikke dårligere de beste merkene rustfritt stål, kobberbaserte legeringer og andre strukturelle materialer. Titan motstår også tretthetskorrosjon godt, som ofte manifesterer seg i form av brudd på metallets integritet og styrke (sprekker, lokal korrosjon, etc.). Oppførselen til titan i mange aggressive miljøer, som salpetersyre, saltsyre, svovelsyre, vannvann og andre syrer og alkalier, forårsaker overraskelse og beundring for dette metallet.


Titan er et svært ildfast metall. I lang tid ble det antatt at det smelter ved 1800 ° C, men på midten av 50-tallet. Engelske forskere Deardorff og Hayes etablerte smeltepunktet for rent elementært titan. Den utgjorde 1668±3°C. Når det gjelder sin ildfasthet, er titan bare nest etter slike metaller som wolfram, tantal, niob, rhenium, molybden, platinagruppemetaller, zirkonium, og blant de viktigste strukturelle metallene rangerer det først. Den viktigste funksjonen titan som metall er dets unike fysisk-kjemiske egenskaper: lav tetthet, høy styrke, hardhet osv. Hovedsaken er at disse egenskapene ikke endres nevneverdig med høye temperaturer.

Titan er et lettmetall, dens tetthet ved 0°C er bare 4,517 g/cm8, og ved 100°C – 4,506 g/cm3. Titan tilhører gruppen metaller med en egenvekt på mindre enn 5 g/cm3. Dette inkluderer alle alkalimetaller (natrium, kadium, litium, rubidium, cesium) med en egenvekt på 0,9–1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) og etc. Titan er mer enn 1,5 ganger tyngre enn aluminium, og i dette taper det selvfølgelig til det, men det er 1,5 ganger lettere enn jern (7,8 g/cm3). Imidlertid opptar titan en mellomposisjon mellom aluminium og jern når det gjelder spesifikk tetthet, og titan er mange ganger overlegent dem i sine mekaniske egenskaper.) Titan har betydelig hardhet: det er 12 ganger hardere enn aluminium, 4 ganger hardere enn jern og kobber. Et annet viktig kjennetegn ved et metall er dets flytegrense. Jo høyere den er, desto bedre motstår delene laget av dette metallet driftsbelastninger. Flytegrensen til titan er nesten 18 ganger høyere enn for aluminium. Den spesifikke styrken til titanlegeringer kan økes med 1,5–2 ganger. Dens høye mekaniske egenskaper er godt bevart ved temperaturer opp til flere hundre grader. Rent titan er egnet for alle typer bearbeiding under varme og kalde forhold: det kan smides som jern, trekkes og til og med lages til tråd, rulles til ark, strimler og folie opp til 0,01 mm tykke.


I motsetning til de fleste metaller, har titan betydelig elektrisk motstand: hvis den elektriske ledningsevnen til sølv antas å være 100, er den elektriske ledningsevnen til kobber 94, aluminium - 60, jern og platina -15, og titan - bare 3,8. Titan er et paramagnetisk metall; det blir ikke magnetisert som jern i et magnetfelt, men det blir ikke presset ut av det som kobber. Dens magnetiske følsomhet er veldig svak, denne egenskapen kan brukes i konstruksjon. Titan har en relativt lav varmeledningsevne, bare 22,07 W/(mK), som er omtrent 3 ganger lavere enn den termiske ledningsevnen til jern, 7 ganger lavere enn for magnesium, 17–20 ganger lavere enn for aluminium og kobber. Følgelig er koeffisienten for lineær termisk utvidelse av titan lavere enn for andre strukturelle materialer: ved 20 C er den 1,5 ganger lavere enn for jern, 2 ganger lavere enn for kobber og nesten 3 ganger lavere enn for aluminium. Dermed er titan en dårlig leder av elektrisitet og varme.


I dag er titanlegeringer mye brukt i luftfartsteknologi. Titanlegeringer ble først brukt i industriell skala i strukturer for jetmotorer for fly. Bruken av titan i utformingen av jetmotorer gjør det mulig å redusere vekten med 10...25%. Spesielt er kompressorskiver og -blader, luftinntaksdeler, ledeskovler og festemidler laget av titanlegeringer. Titanlegeringer er uunnværlige for supersoniske fly. Økningen i flyhastigheter har ført til en økning i hudens temperatur, som et resultat av at aluminiumslegeringer ikke lenger oppfyller kravene som stilles av fly ved supersoniske hastigheter. Manteltemperaturen når i dette tilfellet 246...316 °C. Under disse forholdene viste titanlegeringer seg å være det mest akseptable materialet. På 70-tallet økte bruken av titanlegeringer til sivile flyskroger betydelig. I mellomdistanse TU-204-flyene er den totale massen av deler laget av titanlegeringer 2570 kg. Bruken av titan i helikoptre utvides gradvis, hovedsakelig for deler av rotorsystemet, driv- og kontrollsystemene. Viktig sted Titanlegeringer brukes i raketter.

På grunn av deres høye korrosjonsbestandighet i sjøvann, brukes titan og dets legeringer i skipsbygging for produksjon av propeller, plettering sjøfartøyer, ubåter, torpedoer osv. Skjell holder seg ikke til titan og dets legeringer, noe som øker motstanden til fartøyet kraftig når det beveger seg. Gradvis utvides bruksområdene for titan. Titan og dets legeringer brukes i det kjemiske, petrokjemiske, tremasse og papir og Mat industri, ikke-jernholdig metallurgi, kraftteknikk, elektronikk, atomteknikk, galvanisering, i produksjon av våpen, for fremstilling av panserplater, kirurgisk instrument, kirurgiske implantater, avsaltingsanlegg, racerbildeler, sportsutstyr (golfkøller, fjellklatringsutstyr), klokkedeler og til og med smykker. Nitrering av titan fører til dannelsen av en gylden film på overflaten, som ikke er dårligere i skjønnhet enn ekte gull.

Oppdagelsen av TiO2 ble gjort nesten samtidig og uavhengig av hverandre av engelskmannen W. Gregor og den tyske kjemikeren M. G. Klaproth. W. Gregor, som studerte sammensetningen av magnetisk jernholdig sand (Creed, Cornwall, England, 1791), isolerte en ny "jord" (oksid) av et ukjent metall, som han kalte menaken. I 1795 oppdaget den tyske kjemikeren Klaproth rutil i mineralet nytt element og kalte ham titan. To år senere slo Klaproth fast at rutil og menakenjord er oksider av det samme elementet, noe som ga opphav til navnet "titan" foreslått av Klaproth. Ti år senere ble titan oppdaget for tredje gang. Den franske forskeren L. Vauquelin oppdaget titan i anatase og beviste at rutil og anatase er identiske titanoksider.

Den første prøven av metall titan ble oppnådd i 1825 av J. Ya. Berzelius. På grunn av den høye kjemiske aktiviteten til titan og vanskeligheten med dets rensing, ble en ren prøve av Ti oppnådd av nederlandske A. van Arkel og I. de Boer i 1925 ved termisk dekomponering av titanjodiddamp TiI4.

Titan er på 10. plass når det gjelder utbredelse i naturen. Innholdet i jordskorpen er 0,57 vekt%, i sjøvann 0,001 mg/l. I ultrabasiske bergarter 300 g/t, i basiske bergarter - 9 kg/t, i sure bergarter 2,3 kg/t, i leire og skifer 4,5 kg/t. I jordskorpen er titan nesten alltid fireverdig og finnes kun i oksygenforbindelser. Ikke funnet i fri form. Under værforhold og nedbør har titan en geokjemisk affinitet med Al2O3. Det er konsentrert i bauxitter av forvitringsskorpen og i marine leirholdige sedimenter. Titan overføres i form av mekaniske fragmenter av mineraler og i form av kolloider. Opptil 30 vekt% TiO2 akkumuleres i noen leire. Titanmineraler er motstandsdyktige mot forvitring og danner store konsentrasjoner i placers. Mer enn 100 mineraler som inneholder titan er kjent. De viktigste av dem er: rutil TiO2, ilmenitt FeTiO3, titanomagnetitt FeTiO3 + Fe3O4, perovskitt CaTiO3, titanitt CaTiSiO5. Det er primære titanmalmer - ilmenitt-titanomagnetitt og placermalmer - rutil-ilmenitt-zirkon.

Hovedmalmer: ilmenitt (FeTiO3), rutil (TiO2), titanitt (CaTiSiO5).


Fra 2002 ble 90% av utvunnet titan brukt til å produsere titandioksid TiO2. Verdensproduksjonen av titandioksid var 4,5 millioner tonn per år. Bekreftede reserver av titandioksid (unntatt Russland) er rundt 800 millioner tonn. Fra 2006, ifølge US Geological Survey, når det gjelder titandioksid og unntatt Russland, utgjør reservene av ilmenittmalmer 603-673 millioner tonn, og rutilmalmer - 49,7- 52,7 millioner tonn, med dagens produksjonshastighet vil verdens påviste reserver av titan (unntatt Russland) vare i mer enn 150 år.

Russland har de nest største reservene av titan i verden, etter Kina. Mineralressursbasen av titan i Russland består av 20 forekomster (hvorav 11 er primære og 9 alluviale), ganske jevnt fordelt over hele landet. Den største av de utforskede forekomstene (Yaregskoye) ligger 25 km fra byen Ukhta (Komi-republikken). Forekomstens reserver er beregnet til 2 milliarder tonn malm med et gjennomsnittlig titandioksidinnhold på ca. 10 %.

Verdens største titanprodusent er det russiske selskapet VSMPO-AVISMA.

Som regel er utgangsmaterialet for produksjon av titan og dets forbindelser titandioksid med en relativt liten mengde urenheter. Spesielt kan det være et rutilkonsentrat oppnådd fra anrikning av titanmalm. Imidlertid er reservene av rutil i verden svært begrensede, og det såkalte syntetiske rutil- eller titanslagget, oppnådd fra bearbeiding av ilmenittkonsentrater, brukes oftere. For å få titanslagg reduseres ilmenittkonsentrat i en lysbueovn, mens jern separeres i metallfasen (støpejern), og ikke-reduserte titanoksider og urenheter danner slaggfasen. Rik slagg behandles ved hjelp av klorid- eller svovelsyremetoden.

I ren form og i form av legeringer

Titanium monument til Gagarin på Leninsky Prospekt i Moskva

Metallet brukes i: kjemisk industri (reaktorer, rørledninger, pumper, rørledningsfittings), militær industri (kroppsrustning, flypanser og brannbarrierer, ubåtskrog), industrielle prosesser (avsaltingsanlegg, tremasse- og papirprosesser), bilindustri, landbruksindustri, næringsmiddelindustri, piercingsmykker, medisinsk industri (proteser, osteoproteser), tann- og endodontiske instrumenter, tannimplantater, sportsutstyr, smykker (Alexander Khomov), mobiltelefoner, lette legeringer osv. Det er det viktigste konstruksjonsmaterialet i luftfart, rakett, skipsbygging.

Titanstøping utføres i vakuumovner til grafittformer. Vakuum tapt voksstøping brukes også. På grunn av teknologiske vanskeligheter brukes den i begrenset grad i kunstnerisk casting. Den første monumentale støpte titanskulpturen i verden er monumentet til Yuri Gagarin på torget oppkalt etter ham i Moskva.

Titan er et legeringsadditiv i mange legerte stål og de fleste spesiallegeringer.

Nitinol (nikkel-titan) er en formminnelegering som brukes i medisin og teknologi.

Titanaluminider er svært motstandsdyktige mot oksidasjon og varmebestandige, noe som igjen avgjorde deres bruk i luftfart og bilproduksjon som strukturelle materialer.

Titan er et av de vanligste gettermaterialene som brukes i høyvakuumpumper.

Hvit titandioksid (TiO2) brukes i maling (som titanhvit) og i produksjon av papir og plast. Mattilsetning E171.

Organo-titanforbindelser (f.eks. tetrabutoksytitan) brukes som katalysator og herder i kjemisk industri og maling- og lakkindustri.

Uorganiske titanforbindelser brukes i den kjemiske elektronikk- og glassfiberindustrien som tilsetningsstoffer eller belegg.

Titankarbid, titandiborid, titankarbonitrid er viktige komponenter i superharde materialer for metallbearbeiding.

Titannitrid brukes til å belegge instrumenter, kirkekupler og i produksjon av kostymesmykker, fordi... har en farge som ligner gull.


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

Det er mange titanlegeringer med forskjellige metaller. Legeringselementer er delt inn i tre grupper, avhengig av deres effekt på temperaturen til den polymorfe transformasjonen: beta-stabilisatorer, alfa-stabilisatorer og nøytrale forsterkere. De første senker transformasjonstemperaturen, de andre øker den, de tredje påvirker den ikke, men fører til løsningsforsterkning av matrisen. Eksempler på alfastabilisatorer: aluminium, oksygen, karbon, nitrogen. Betastabilisatorer: molybden, vanadium, jern, krom, nikkel. Nøytrale herdere: zirkonium, tinn, silisium. Beta-stabilisatorer er på sin side delt inn i beta-isomorfe og beta-eutektoiddannende. Den vanligste titanlegeringen er Ti-6Al-4V-legeringen (i den russiske klassifiseringen - VT6).

60% - maling;

20% - plast;

13% - papir;

7 % - maskinteknikk.

$15-25 per kilo, avhengig av renhet.

Renheten og karakteren til grov titan (titansvamp) bestemmes vanligvis av hardheten, som avhenger av innholdet av urenheter. De vanligste merkene er TG100 og TG110.

Prisen på ferrotitan (minimum 70 % titan) per 22. desember 2010 er $6,82 per kilo. Fra 1. januar 2010 var prisen $5,00 per kilo.

I Russland var prisene på titan i begynnelsen av 2012 1200-1500 rubler/kg.

Fordeler:

lav tetthet (4500 kg/m3) bidrar til å redusere massen av materialet som brukes;

høy mekanisk styrke. Det er verdt å merke seg at ved forhøyede temperaturer (250-500 °C) er titanlegeringer overlegne i styrke enn høyfaste aluminium- og magnesiumlegeringer;

uvanlig høy korrosjonsmotstand på grunn av titans evne til å danne tynne (5-15 mikron) kontinuerlige filmer av TiO2-oksid på overflaten, fast bundet til metallmassen;

den spesifikke styrken (forholdet mellom styrke og tetthet) til de beste titanlegeringene når 30-35 eller mer, som er nesten dobbelt så stor som den spesifikke styrken til legert stål.


Feil:

høye produksjonskostnader, titan er mye dyrere enn jern, aluminium, kobber, magnesium;

aktiv interaksjon ved høye temperaturer, spesielt i flytende tilstand, med alle gasser som utgjør atmosfæren, som et resultat av at titan og dets legeringer bare kan smeltes i et vakuum eller i et miljø med inerte gasser;

vanskeligheter med å involvere titanavfall i produksjonen;

dårlige antifriksjonsegenskaper på grunn av vedheft av titan til mange materialer; titan sammen med titan kan ikke fungere for friksjon;

høy følsomhet for titan og mange av dets legeringer for hydrogensprøhet og saltkorrosjon;

dårlig bearbeidbarhet, lik bearbeidbarheten til austenittisk rustfritt stål;

høy kjemisk aktivitet, tendens til kornvekst ved høye temperaturer og fasetransformasjoner under sveisesyklusen forårsaker vanskeligheter ved sveising av titan.


Hovedtyngden av titan brukes på behovene til luftfart og rakettteknologi og marine skipsbygging. Titan (ferrotitanium) brukes som legeringsadditiv til høykvalitetsstål og som deoksidasjonsmiddel. Teknisk titan brukes til produksjon av beholdere, kjemiske reaktorer, rørledninger, armaturer, pumper, ventiler og andre produkter som opererer i aggressive miljøer. Kompakt titan brukes til å lage masker og andre deler av elektriske vakuumenheter som opererer ved høye temperaturer.

Når det gjelder bruk som konstruksjonsmateriale, er titan på 4. plass, nest etter Al, Fe og Mg. Titanaluminider er svært motstandsdyktige mot oksidasjon og varmebestandige, noe som igjen avgjorde deres bruk i luftfart og bilproduksjon som strukturelle materialer. Den biologiske sikkerheten til titan gjør det til et utmerket materiale for næringsmiddelindustrien og rekonstruktiv kirurgi.

Titan og dets legeringer har funnet bred anvendelse i teknologi på grunn av deres høye mekaniske styrke, som opprettholdes ved høye temperaturer, korrosjonsbestandighet, varmebestandighet, spesifikk styrke, lav tetthet og andre nyttige egenskaper. De høye kostnadene for titan og dets legeringer blir i mange tilfeller oppveid av deres høyere ytelse, og i noen tilfeller er de det eneste materialet som utstyr eller strukturer kan lages av som kan fungere under gitte spesifikke forhold.

Titanlegeringer spiller en viktig rolle innen luftfartsteknologi, hvor de streber etter å oppnå den letteste strukturen kombinert med nødvendig styrke. Titan er lett sammenlignet med andre metaller, men kan samtidig operere ved høye temperaturer. Titanlegeringer brukes til å lage foringsrør, festedeler, strømsett, chassisdeler og forskjellige enheter. Disse materialene brukes også i konstruksjonen av flyjetmotorer. Dette lar deg redusere vekten med 10-25%. Titanlegeringer brukes til å produsere kompressorskiver og -blader, luftinntaks- og ledevingedeler og festemidler.

Titan og dets legeringer brukes også i rakettvitenskap. På grunn av kortvarig drift av motorer og rask passasje av tette lag av atmosfæren i rakettvitenskap, elimineres problemene med utmattelsesstyrke, statisk utholdenhet og delvis kryp i stor grad.

På grunn av sin utilstrekkelig høye termiske styrke er teknisk titan ikke egnet for bruk i luftfart, men på grunn av sin eksepsjonelt høye korrosjonsbestandighet er det i noen tilfeller uunnværlig i kjemisk industri og skipsbygging. Den brukes således til fremstilling av kompressorer og pumper for å pumpe aggressive medier som svovelsyre og saltsyre og deres salter, rørledninger, stengeventiler, autoklaver, forskjellige typer beholdere, filtre osv. Bare titan har korrosjonsbestandighet i slike miljøer som vått klor, vandige og sure løsninger av klor, derfor er utstyr for klorindustrien laget av dette metallet. Varmevekslere er laget av titan og opererer i etsende miljøer, for eksempel salpetersyre (ikke-røyk). I skipsbygging brukes titan til produksjon av propeller, plettering av skip, ubåter, torpedoer, etc. Skjell holder seg ikke til titan og dets legeringer, noe som øker motstanden til fartøyet kraftig når det beveger seg.

Titanlegeringer er lovende for bruk i mange andre applikasjoner, men deres spredning i teknologi hemmes av de høye kostnadene og mangelen på titan.

Titanforbindelser er også oppnådd bred applikasjon i ulike bransjer. Titankarbid har høy hardhet og brukes i produksjon av skjæreverktøy og slipemidler. Hvit titandioksid (TiO2) brukes i maling (som titanhvit) og i produksjon av papir og plast. Organo-titanforbindelser (f.eks. tetrabutoksytitan) brukes som katalysator og herder i kjemisk industri og maling- og lakkindustri. Uorganiske titanforbindelser brukes i den kjemiske elektronikk- og glassfiberindustrien som tilsetningsstoffer. Titandiborid er en viktig komponent i superharde materialer for metallbearbeiding. Titannitrid brukes til å belegge instrumenter.

Gitt de nåværende høye prisene på titan, brukes det først og fremst til produksjon av militært utstyr, hvor hovedrollen ikke spilles av kostnader, men tekniske spesifikasjoner. Likevel er det kjente tilfeller av bruk av de unike egenskapene til titan for sivile behov. Ettersom titanprisene faller og produksjonen øker, vil bruken av dette metallet til militære og sivile formål i økende grad utvides.


Luftfart. Den lave egenvekten og den høye styrken (spesielt ved høye temperaturer) til titan og dets legeringer gjør dem til svært verdifulle flymaterialer. Innen flykonstruksjon og produksjon av flymotorer erstatter titan i økende grad aluminium og rustfritt stål. Når temperaturen stiger, mister aluminium raskt sin styrke. På den annen side har titan en klar fordel med hensyn til styrke ved temperaturer opp til 430°C, og forhøyede temperaturer av denne størrelsesorden oppstår ved høye hastigheter på grunn av aerodynamisk oppvarming. Fordelen med å erstatte stål med titan i luftfarten er vektreduksjonen uten tap av styrke. Den generelle vektreduksjonen med økt ytelse ved høye temperaturer gir økt nyttelast, rekkevidde og manøvrerbarhet for fly. Dette forklarer innsatsen for å utvide bruken av titan i flykonstruksjon i produksjon av motorer, skrogkonstruksjon, hudproduksjon og til og med festemidler.

I konstruksjonen av jetmotorer brukes titan først og fremst til fremstilling av kompressorblader, turbinskiver og mange andre stemplede deler. Her erstatter titan rustfritt og varmebehandlet legert stål. Ved å spare ett kilo i motorvekt kan du spare opptil 10 kg i totalvekten til flyet på grunn av den lettere flykroppen. I fremtiden er det planlagt å bruke titanplater til produksjon av motorforbrenningskammerhus.

I flydesign er titan mye brukt for flykroppsdeler som opererer ved høye temperaturer. Plate titan brukes til fremstilling av alle typer foringsrør, beskyttelseshylster for kabler og føringer for prosjektiler. Ulike stivere, flykroppsrammer, ribber osv. er laget av plater av legert titan.

Hus, klaffer, kabelbeskyttere og prosjektilføringer er laget av ulegert titan. Legert titan brukes til produksjon av flykroppsrammer, rammer, rørledninger og brannskillevegger.


Titan brukes i økende grad i konstruksjonen av F-86- og F-100-flyene. I fremtiden vil titan bli brukt til å lage landingsstelldører, hydrauliske systemrørledninger, eksosrør og dyser, bjelker, klaffer, foldestag, etc.

Titan kan brukes til å lage panserplater, propellblader og skallbokser.

For tiden brukes titan i konstruksjonen av militære fly: Douglas X-3 for hud, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 og Boeing B-52.

Titan brukes også i konstruksjonen av DC-7 sivile fly. Douglas-selskapet, ved å erstatte aluminiumslegeringer og rustfritt stål med titan i produksjonen av motorgondolen og brannskillevegger, har allerede oppnådd besparelser i vekten av flystrukturen på rundt 90 kg. For øyeblikket er vekten av titandeler i dette flyet 2%, og dette tallet er planlagt å økes til 20% av flyets totale vekt.

Bruken av titan gjør det mulig å redusere vekten av helikoptre. Titanplater brukes til gulv og dører. En betydelig reduksjon i vekten til helikopteret (ca. 30 kg) ble oppnådd som et resultat av å erstatte legert stål med titan for å dekke bladene til rotorene.

Marinen. Korrosjonsbestandigheten til titan og dets legeringer gjør dem til et svært verdifullt materiale til sjøs. US Department of Navy driver omfattende forskning på titans korrosjonsbestandighet mot eksponering for røykgasser, damp, olje og sjøvann. Nesten samme betydning i marinesaker er også Høy verdi spesifikk styrke av titan.

Den lave egenvekten til metallet, kombinert med korrosjonsmotstand, øker manøvrerbarheten og rekkevidden til skip, og reduserer også kostnadene for vedlikehold og reparasjon av materialet.


Marineanvendelser av titan inkluderer eksoslyddempere for ubåtdieselmotorer, instrumentskiver og tynnveggede rør for kondensatorer og varmevekslere. Ifølge eksperter kan titan, som ingen andre metaller, øke levetiden til eksoslyddempere på ubåter. Når det påføres skiver av måleinstrumenter som fungerer i kontakt med saltvann, bensin eller olje, vil titan gi bedre holdbarhet. Muligheten for å bruke titan til produksjon av varmevekslerrør undersøkes, som må være motstandsdyktig mot korrosjon i sjøvannet som vasker rørene utvendig, og samtidig motstå effekten av at eksoskondensat strømmer inn i dem. Muligheten for å produsere antenner og komponenter til radarinstallasjoner av titan, som kreves for å være motstandsdyktige mot påvirkning av røykgasser og sjøvann, vurderes. Titan kan også brukes til produksjon av deler som ventiler, propeller, turbindeler, etc.

Artilleri. Tilsynelatende kan den største potensielle forbrukeren av titan være artilleri, hvor det for tiden pågår intensiv forskning på ulike prototyper. På dette området har imidlertid produksjonen av kun enkeltdeler og deler laget av titan blitt standardisert. Den svært begrensede bruken av titan i artilleri, til tross for det store forskningsomfanget, forklares med den høye kostnaden.

Ulike deler av artilleriutstyret ble undersøkt med tanke på muligheten for titan å erstatte konvensjonelle materialer, med forbehold om en nedgang i titanprisen. Hovedfokuset var på deler hvor vektbesparelser er betydelige (håndbårne og lufttransporterte deler).

Mørtelbunnplate laget av titan i stedet for stål. Gjennom denne utskiftingen og etter litt omarbeiding, i stedet for en stålplate fra to halvdeler med en totalvekt på 22 kg, var det mulig å lage en del som veide 11 kg. Takket være denne erstatningen kan du redusere antallet servicepersonell fra tre personer til to. Muligheten for å bruke titan til fremstilling av pistolflammefangere vurderes.

Pistolfester, vogntverrstykker og rekylsylindre laget av titan blir testet. Titan kan brukes mye i produksjon av styrte missiler og missiler.

De første studiene av titan og dets legeringer viste muligheten for å produsere panserplater fra dem. Erstatning av stålpanser (12,7 mm tykk) med titanpanser med samme prosjektilmotstand (16 mm tykk) tillater, ifølge disse studiene, vektbesparelser på opptil 25 %.


Titanlegeringer av forbedret kvalitet lar oss håpe på muligheten for å erstatte stålplater med titanplater av samme tykkelse, noe som gir vektbesparelser på opptil 44 %. Industriell bruk av titan vil gi større manøvrerbarhet, øke transportrekkevidden og holdbarheten til våpenet. Det nåværende utviklingsnivået for lufttransport tydeliggjør fordelene med lette pansrede biler og andre kjøretøy laget av titan. Artilleriavdelingen har til hensikt å utstyre infanteriet med hjelmer, bajonetter, granatkastere og håndflammekastere laget av titan i fremtiden. Titanlegering ble først brukt i artilleri for å lage stempelet til noen automatiske kanoner.

Transportere. Mange av fordelene med å bruke titan i pansrede kjøretøy gjelder også kjøretøy.

Å erstatte strukturelle materialer som for tiden forbrukes av transportingeniørbedrifter med titan, bør føre til en reduksjon i drivstofforbruk, en økning i nyttelastkapasitet, en økning i utmattelsesgrensen for deler av veivmekanismer, etc. jernbaner Det er ekstremt viktig å redusere dødvekten. En betydelig reduksjon i totalvekten til det rullende materiellet på grunn av bruken av titan vil tillate besparelser i trekkraft, redusere dimensjonene til akseltappene og akselboksene.

Vekt er også viktig for tauede kjøretøy. Her vil det å erstatte stål med titan i produksjonen av aksler og hjul også øke nyttelastkapasiteten.

Alle disse mulighetene kan realiseres ved å redusere prisen på titan fra 15 til 2-3 dollar per pund titan halvfabrikata.

Kjemisk industri. Ved produksjon av utstyr til kjemisk industri er korrosjonsmotstanden til metallet av størst betydning. Det er også viktig å redusere vekten og øke styrken på utstyret. Logisk sett bør det antas at titan vil kunne gi en rekke fordeler ved produksjon av utstyr for transport av syrer, alkalier og uorganiske salter. Ytterligere muligheter for bruk av titan åpner seg i produksjon av utstyr som tanker, søyler, filtre og alle slags høytrykkssylindere.

Bruk av titanrørledninger kan øke koeffisienten nyttig handling varmespiraler i laboratorieautoklaver og varmevekslere. Anvendeligheten av titan for produksjon av sylindere der gasser og væsker lagres under trykk i lang tid, er dokumentert ved bruk av et tyngre glassrør for mikroanalyse av forbrenningsprodukter (vist i den øvre delen av bildet). På grunn av sin tynne veggtykkelse og lave egenvekt, kan dette røret veies på mer følsomme, mindre analytiske vekter. Her forbedrer kombinasjonen av letthet og korrosjonsbestandighet nøyaktigheten av kjemisk analyse.

Andre applikasjoner. Bruk av titan er tilrådelig i mat-, olje- og elektrisk industri, samt for produksjon av kirurgiske instrumenter og i selve kirurgien.

Bord for matlaging og dampende bord laget av titan er overlegne i kvalitet enn stålprodukter.

I olje- og gassborefeltene er kampen mot korrosjon av alvorlig betydning, så bruk av titan vil gjøre det mulig å bytte ut rustende utstyrstaver sjeldnere. Ved katalytisk produksjon og for produksjon av oljerørledninger er det ønskelig å bruke titan, som beholder mekaniske egenskaper ved høye temperaturer og har god korrosjonsbestandighet.

I den elektriske industrien kan titan brukes til armering av kabler på grunn av sin gode spesifikke styrke, høye elektriske motstand og ikke-magnetiske egenskaper.

Ulike bransjer begynner å bruke festemidler av en eller annen form laget av titan. Ytterligere utvidelse av bruken av titan er mulig for fremstilling av kirurgiske instrumenter, hovedsakelig på grunn av korrosjonsbestandigheten. Titaniuminstrumenter er overlegne i denne forbindelse i forhold til konvensjonelle kirurgiske instrumenter når de utsettes for gjentatt koking eller autoklavering.

Innen kirurgi har titan vist seg å være overlegen vitalium og rustfritt stål. Tilstedeværelsen av titan i kroppen er ganske akseptabel. Titanplaten og skruene for å feste beinene var i dyrets kropp i flere måneder, og bein vokste inn i gjengene på skruegjengene og inn i hullet på platen.

Fordelen med titan er også at det dannes muskelvev på platen.

Omtrent halvparten av titanproduktene som produseres i verden sendes vanligvis til den sivile flyindustrien, men nedgangen etter de berømte tragiske hendelsene tvinger mange industrideltakere til å se etter nye bruksområder for titan. Dette materialet representerer den første delen av et utvalg publikasjoner i den utenlandske metallurgiske pressen viet til utsiktene til titan under moderne forhold. I følge estimater fra en av de ledende amerikanske titanprodusentene RT1, av det totale volumet av titanproduksjon på global skala på nivået 50-60 tusen tonn per år, står luftfartssegmentet for opptil 40 forbruk, industrielle applikasjoner og søknader står for 34, og militærområdet står for 16, og rundt 10 skyldes bruk av titan i forbrukerprodukter. Industrielle anvendelser av titan inkluderer kjemiske prosesser, energi, olje og gass og avsaltingsanlegg. Militære ikke-luftfartsapplikasjoner inkluderer først og fremst bruk i artilleri og kampkjøretøyer. Sektorer med betydelige mengder titanbruk er bilindustri, arkitektur og konstruksjon, sportsutstyr og smykker. Nesten alle titanblokker produseres i USA, Japan og CIS - Europa står for bare 3,6 av det globale volumet. Regionale sluttbruksmarkeder for titan varierer mye - de fleste et lysende eksempel Japan er unikt, der den sivile romfartssektoren kun står for 2-3 ved bruk av 30 av det totale titanforbruket i utstyr og strukturelle elementer i kjemiske anlegg. Omtrent 20 % av den totale etterspørselen i Japan kommer fra atomkraftverk og kraftverk med fast brensel, resten kommer fra arkitektur, medisin og sport. Det motsatte bildet er observert i USA og Europa, hvor forbruket i romfartssektoren er ekstremt viktig - henholdsvis 60-75 og 50-60 for hver region. I USA er tradisjonelt sterke sluttmarkeder kjemikalier, medisinsk utstyr, industrielt utstyr, mens i Europa står olje- og gass- og byggeindustrien for den største andelen. Stor avhengighet av romfartsindustrien har vært en langvarig bekymring for titanindustrien, som prøver å utvide titans anvendelser, spesielt gitt den nåværende nedgangen i sivil luftfart globalt. I følge US Geological Survey var det i første kvartal 2003 en betydelig nedgang i importen av titansvamp - bare 1319 tonn, som er 62 mindre enn 3431 tonn for samme periode i 2002. Ifølge John Barber, direktør for markedsutvikling for den gigantiske amerikanske titanprodusenten og leverandøren Tipe, vil luftfartssektoren alltid være et av de ledende markedene for titan, men vi må ta utfordringen og sørge for at industrien vår ikke følger sykluser av titan. vekst og nedgang i romfartssektoren. Noen av titanindustriens ledende produsenter ser økende muligheter i eksisterende markeder, hvorav ett er markedet for subsea utstyr og materialer. Ifølge Martin Proko, salgs- og distribusjonssjef for RT1, har titan blitt brukt i energi- og subseaindustrien ganske lenge, siden tidlig på 1980-tallet, men først de siste fem årene har disse områdene utviklet seg jevnt med tilsvarende vekst. i markedsnisjen. I havbunnen drives veksten først og fremst av boring på større dyp, hvor titan er det best egnede materialet. Den er så å si under vann Livssyklus er femti år, som er normal varighet for undervannsprosjekter. Områdene der bruken av titan sannsynligvis vil øke er allerede oppført ovenfor. Som Bob Funnell, salgssjef for det amerikanske selskapet Howmet Ti-Cast, bemerker, Nåværende situasjon Markedet kan sees på som økende muligheter innen nye områder som roterende deler til lastebilturboladere, raketter og pumper.


Et av våre nåværende prosjekter er utviklingen av BAE Novitzer XM777 lett artillerisystemer med kaliber 155 mm. Howmet vil levere 17 av de 28 strukturelle titanstøpegodsene for hvert våpenfeste, forventet å begynne levering til USMC-enheter i august 2004. Med en total våpenvekt på 9800 pund, omtrent 4,44 tonn, utgjør titan omtrent 2600 pund av omtrent 1,18 tonn titan – ved bruk av 6A14U-legering med et stort antall støpegods, sier Frank Hrster, BAE 8u81et8 brannstøttesystemsjef. Dette XM777-systemet er ment å erstatte det nåværende M198 Hovitzer-systemet, som veier omtrent 17 000 pund (omtrent 7,71 tonn). Masseproduksjon er planlagt i perioden 2006 til 2010 - i første omgang er leveranser planlagt til USA, Storbritannia og Italia, men programmet kan utvides til å forsyne NATOs medlemsland. John Barber fra Timet påpeker at eksempler på militært utstyr som bruker betydelige mengder titan i designet inkluderer Abrams-tanken og Bradley Fighting Vehicle. I to år nå har et felles program for NATO, USA og Storbritannia pågått for å intensivere bruken av titan i våpen og forsvarssystemer. Som det har blitt nevnt mer enn én gang, er titan veldig egnet for bruk i bilindustrien, men andelen av denne retningen er ganske beskjeden - omtrent 1 av det totale volumet av forbrukt titan, eller 500 tonn per år, ifølge den italienske selskapet Poggipolini, en produsent av titankomponenter og deler til Formel-1 og racermotorsykler. Lederen for forsknings- og utviklingsavdelingen til dette selskapet, Daniele Stoppolini, mener at den nåværende etterspørselen etter titan i dette markedssegmentet er på nivået 500 tonn, med den massive bruken av dette materialet i design av ventiler, fjærer, eksos systemer, transmisjonsaksler, bolter, kan potensielt stige til nesten ikke 16 000 tonn per år. Han la til at selskapet hans akkurat begynner å utvikle seg automatisert produksjon titanbolter for å redusere produksjonskostnadene. Etter hans mening er de begrensende faktorene som skyldes at bruken av titan ikke har utvidet seg vesentlig i bilindustrien, uforutsigbarheten i etterspørselen og usikkerheten i råstofftilgangen. Samtidig er det fortsatt en stor potensiell nisje i bilindustrien for titan, som kombinerer optimale vekt- og styrkeegenskaper for spiralfjærer og eksosanlegg. Dessverre, på det amerikanske markedet, er den utbredte bruken av titan i disse systemene bare preget av den ganske eksklusive semi-sportsmodellen Chevrolet Corvette Z06, som på ingen måte kan hevde å være en masseprodusert bil. På grunn av de pågående utfordringene med drivstofføkonomi og korrosjonsbestandighet, gjenstår imidlertid utsiktene for titan i dette området. For godkjenning i ikke-romfarts- og ikke-militære markeder ble det nylig opprettet et joint venture UNITI i navnet, et skuespill på ordet enhet - enhet og Ti - betegnelsen på titan i det periodiske systemet som en del av verdens ledende titan produsenter - det amerikanske Allegheny Technologies og det russiske VSMPO-Avisma. Som presidenten for det nye selskapet, Karl Moulton, sa, ble disse markedene bevisst ekskludert - vi har til hensikt å gjøre nytt selskap en ledende leverandør til industrier som bruker titan deler og sammenstillinger, primært petrokjemi og energi. I tillegg har vi til hensikt å aktivt markedsføre innen områdene avsaltingsutstyr, kjøretøy, forbrukerprodukter og elektronikk. Jeg tror at produksjonsanleggene våre utfyller hverandre godt - VSMPO har enestående evner for produksjon av sluttprodukter, Allegheny har utmerkede tradisjoner innen produksjon av kald- og varmvalsede titanprodukter. UNITIs produkter forventes å ha en andel av det globale titanmarkedet på 45 millioner pund, omtrent 20 411 tonn. Det medisinske utstyrsmarkedet kan betraktes som et marked i stadig utvikling - ifølge engelske Titanium International Group er det årlige innholdet av titan rundt om i verden i ulike implantater og proteser ca. 1000 tonn, og dette tallet vil øke ettersom mulighetene for kirurgi kan erstatte menneskelige ledd etter ulykker eller ulykker øker skader I tillegg til de åpenbare fordelene med fleksibilitet, styrke, letthet, titan høyeste grad kompatibel med kroppen i biologisk forstand på grunn av mangel på korrosjon på vev og væsker i menneskekroppen. Innen tannlegen øker også bruken av proteser og implantater kraftig – tredobling i løpet av de siste ti årene, ifølge American Dental Association, i stor grad på grunn av egenskapene til titan. Selv om bruken av titan i arkitektur går tilbake mer enn 25 år, har den utbredte bruken i dette området først begynt de siste årene. Utvidelsen av Abu Dhabi lufthavn i De forente arabiske emirater, som er planlagt ferdigstilt i 2006, vil bruke opptil 1,5 millioner pund av omtrent 680 tonn titan. Ganske mange forskjellige arkitektoniske og byggeprosjekter som bruker titan er planlagt implementert ikke bare i de utviklede landene i USA, Canada, Storbritannia, Tyskland, Sveits, Belgia, Singapore, men også i Egypt og Peru.


Markedssegmentet for forbruksvarer er for tiden det raskest voksende segmentet av titanmarkedet. Mens dette segmentet for 10 år siden kun utgjorde 1-2 av titanmarkedet, har det i dag vokst til 8-10 av markedet. Totalt sett har titanforbruket i forbrukerprodukter vokst omtrent dobbelt så mye som det totale titanmarkedet. Bruken av titan i sport er den lengstvarende og utgjør den største andelen av titanapplikasjoner i forbrukerprodukter. Grunnen til populariteten til å bruke titan i sportsutstyr er enkel - det lar deg oppnå et vekt-til-styrke-forhold som er overlegent noe annet metall. Bruken av titan i sykler begynte for omtrent 25-30 år siden og var den første bruken av titan i sportsutstyr. De primære rørene som brukes er legering Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9. Andre deler laget av titanlegeringer inkluderer bremser, tannhjul og setefjærer. Bruken av titan i produksjonen av golfkøller begynte først på slutten av 80-tallet og veldig tidlig på 90-tallet av klubbprodusenter i Japan. Fram til 1994-1995 var denne anvendelsen av titan praktisk talt ukjent i USA og Europa. Det endret seg da Callaway introduserte sin Ruger Titanium laget titan putter kalt Great Big Bertha. På grunn av de åpenbare fordelene og ved hjelp av Callaways gjennomtenkte markedsføring, fikk titanklubber øyeblikkelig enorm popularitet. På kort tid har titankøller gått fra å være det eksklusive og kostbare utstyret til en liten gruppe golfere til å bli mye brukt av flertallet av golfspillere mens de fortsatt er dyrere enn stålkøller. Jeg vil gjerne sitere de viktigste, etter min mening, trendene i utviklingen av golfmarkedet; det har gått fra høyteknologi til masseproduksjon i løpet av en kort periode på 4-5 år, og følger veien til andre bransjer med høy arbeidskraft kostnader som produksjon av klær, leker og forbrukerelektronikk; produksjonen av golfkøller har gått inn i land med den billigste arbeidskraften først til Taiwan, deretter til Kina, og nå bygges det fabrikker i land med enda billigere arbeidskraft som Vietnam og Thailand titan brukes definitivt for sjåfører, der dets overlegne kvaliteter gir en klar fordel og rettferdiggjør den høyere prisen. Imidlertid har titan ennå ikke funnet særlig utbredt bruk på etterfølgende klubber, da den betydelige kostnadsøkningen ikke har blitt motsvart av en tilsvarende forbedring i spillet. For tiden produseres drivere hovedsakelig med en smidd slagside, en smidd eller støpt topp og en støpt bunn. Nylig har Professional Golf Association ROA tillatt en økning av øvre grense for den såkalte returkoeffisienten, i forbindelse med at alle kølleprodusenter vil forsøke å øke fjæregenskapene til slagflaten. For å gjøre dette er det nødvendig å redusere tykkelsen på slagoverflaten og bruke sterkere legeringer for den, for eksempel SP700, 15-3-3-3 og VT-23. La oss nå se på bruken av titan og dets legeringer på annet sportsutstyr. Rør for racersykler og andre deler er laget av ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V legering. En overraskende betydelig mengde titanplater brukes i produksjonen av dykkerkniver. De fleste produsenter bruker Ti6Al-4V-legering, men denne legeringen gir ikke kantholdbarheten til andre sterkere legeringer. Noen produsenter går over til å bruke VT23-legering.


Utsalgsprisen på dykkerkniver i titan er omtrent $70-$80. Støpte titanhestesko gir en betydelig vektreduksjon sammenlignet med stål, samtidig som de gir den nødvendige styrken. Dessverre ble denne bruken av titan ikke realisert fordi titanhestesko gnist og skremte hester. Få vil gå med på å bruke titanhestesko etter de første mislykkede opplevelsene. Titanium Beach-selskapet, lokalisert i Newport Beach, California Newport Beach, California, har utviklet skøyteblader laget av Ti6Al-4V-legering. Dessverre er holdbarheten til bladkantene igjen et problem her. Jeg tror dette produktet har en sjanse for liv hvis produsenter bruker sterkere legeringer som 15-3-3-3 eller VT-23. Titan er veldig mye brukt i fjellklatring og turisme, for nesten alle gjenstander som klatrere og turister bærer i ryggsekkene: flasker, kopper utsalgspris$20-$30, matlagingssett selges for rundt $50, servise hovedsakelig laget av kommersielt rent titan av klasse 1 og 2. Andre eksempler på fjellklatring og backpacking utstyr inkluderer kompakte ovner, teltstenger og fester, isøkser og isskruer. Våpenprodusenter har nylig begynt å produsere titanpistoler for både sportsskyting og rettshåndhevelse.

Forbrukerelektronikk er et ganske nytt og raskt voksende marked for titan. I mange tilfeller er bruken av titan i forbrukerelektronikk ikke bare drevet av dets utmerkede egenskaper, men også av det attraktive utseendet til produktene. Kommersielt rent Grade 1 titan brukes til å lage etuier til bærbare datamaskiner, mobiltelefoner, plasma flatskjerm-TVer og annet elektronisk utstyr. Bruken av titan i produksjonen av høyttalere gir bedre akustiske egenskaper på grunn av lettheten til titan sammenlignet med stål, noe som resulterer i økt akustisk følsomhet. Titanium klokker, først introdusert på markedet av japanske produsenter, er nå et av de rimeligste og mest anerkjente forbruker titan produktene. Verdensforbruket av titan ved produksjon av tradisjonelle og såkalte kroppssmykker måles i flere titalls tonn. Stadig oftere kan du finne titan giftering, og selvfølgelig er folk som har smykker på kroppen rett og slett forpliktet til å bruke titan. Titan er mye brukt i produksjon av marine festemidler og beslag, hvor kombinasjonen av høy korrosjonsbestandighet og styrke er svært viktig. Atlas Ti, basert i Los Angeles, produserer et bredt utvalg av disse produktene fra VTZ-1-legering. Bruken av titan i produksjonen av verktøy begynte først i Sovjetunionen på begynnelsen av 80-tallet, da det på instruks fra regjeringen ble laget lette og praktiske verktøy for å gjøre arbeidernes arbeid enklere. Den sovjetiske titanproduksjonsgiganten Verkhne-Salda Metal Processing Production Association produserte på den tiden titanspader, spikertrekkere, lirkestenger, økser og nøkler.


Senere begynte japanske og amerikanske verktøyprodusenter å bruke titan i produktene sine. For kort tid siden inngikk VSMPO en kontrakt med Boeing om levering av titanplater. Denne kontrakten hadde utvilsomt en svært gunstig effekt på utviklingen av titanproduksjon i Russland. Titan har vært mye brukt i medisin i mange år. Fordeler - styrke, korrosjonsbestandighet, og viktigst av alt, noen mennesker er allergiske mot nikkel nødvendig komponent rustfritt stål, mens ingen er allergisk mot titan. Legeringene som brukes er kommersielt rent titan og Ti6-4Eli. Titan brukes i produksjon av kirurgiske instrumenter, interne og eksterne proteser, inkludert slike kritiske som hjerteklaff. Krykker og rullestoler er laget av titan. Bruken av titan i kunsten går tilbake til 1967, da det første titanmonumentet ble reist i Moskva.

I for tiden et betydelig antall titanmonumenter og bygninger ble reist på nesten alle kontinenter, inkludert slike kjente som Guggenheim-museet, bygget av arkitekten Frank Gehry i Bilbao. Kunstfolk liker virkelig materialet for fargen, utseende, styrke og korrosjonsbestandighet. Av disse grunner brukes titan i suvenirer og kostymesmykker, hvor det med suksess konkurrerer med edle metaller som sølv og til og med gull. Som allerede nevnt i en av publikasjonene om titan, er en av hovedårsakene til å holde tilbake titanets gjennombrudd til brede. markeder er dens høye kostnad. Som RTis Martin Proko bemerker, i USA Gjennomsnittspris titansvamp er 3,80 per pund, i Russland 3,20 per pund. I tillegg er prisen på metall svært avhengig av den sykliske naturen til den kommersielle romfartsindustrien. Utviklingen av mange prosjekter kan akselerere kraftig hvis man finner måter å redusere kostnadene ved titanproduksjon og prosessering, skrapprosessering og smelteteknologier, bemerker Markus Holz, administrerende direktør i tyske Deutshe Titan. En representant fra British Titanium er enig i at ekspansjon av titanprodukter blir hemmet av høye produksjonskostnader og mange forbedringer må gjøres før titan kan introduseres i masseproduksjon. moderne teknologier.


Et av trinnene i denne retningen er utviklingen av den såkalte FFC-prosessen, som er en ny elektrolytisk prosess for å produsere titanmetall og legeringer, hvor kostnadene er betydelig lavere. I følge Daniele Stoppolini krever den overordnede strategien i titanindustrien utvikling av de best egnede legeringene, produksjonsteknologier for hvert nytt marked og anvendelse av titan.

Kilder

Wikipedia – The Free Encyclopedia, WikiPedia

metotech.ru - Metoteknikk

housetop.ru - Hustopp

atomsteel.com – Atom-teknologi

domremstroy.ru - DomRemStroy

Hovedtyngden av titan brukes på behovene til luftfart og rakettteknologi og marin skipsbygging. Det, i tillegg til ferrotitanium, brukes som et legeringsadditiv til høykvalitetsstål og som et deoksidasjonsmiddel. Teknisk titan brukes til produksjon av beholdere, kjemiske reaktorer, rørledninger, armaturer, pumper, ventiler og andre produkter som opererer i aggressive miljøer. Kompakt titan brukes til å lage masker og andre deler av elektriske vakuumenheter som opererer ved høye temperaturer.

Når det gjelder bruk som konstruksjonsmateriale, ligger Ti på 4. plass, nest etter Al, Fe og Mg. Titanaluminider er svært motstandsdyktige mot oksidasjon og varmebestandige, noe som igjen avgjorde deres bruk i luftfart og bilproduksjon som strukturelle materialer. Den biologiske ufarligheten til dette metallet gjør det til et utmerket materiale for næringsmiddelindustrien og rekonstruktiv kirurgi.

Titan og dets legeringer er mye brukt i teknologi på grunn av deres høye mekaniske styrke, som opprettholdes ved høye temperaturer, korrosjonsbestandighet, varmebestandighet, spesifikk styrke, lav tetthet og andre nyttige egenskaper. De høye kostnadene for dette metallet og materialer basert på det blir i mange tilfeller kompensert av deres større ytelse, og i noen tilfeller er de det eneste råmaterialet som utstyr eller strukturer kan lages av som kan fungere under disse spesifikke forholdene.

Titanlegeringer spiller en viktig rolle innen luftfartsteknologi, hvor de streber etter å oppnå den letteste strukturen kombinert med nødvendig styrke. Ti er lett sammenlignet med andre metaller, men kan samtidig operere ved høye temperaturer. Ti-baserte materialer brukes til å lage kabinettet, festedeler, strømsett, chassisdeler og forskjellige enheter. Disse materialene brukes også i konstruksjonen av flyjetmotorer. Dette lar deg redusere vekten med 10-25%. Titanlegeringer brukes til å produsere kompressorskiver og blader, deler til luftinntak og føringer i motorer, og ulike festemidler.

Et annet bruksområde er rakett. På grunn av kortvarig drift av motorer og rask passasje av tette lag av atmosfæren i rakettvitenskap, elimineres problemene med utmattelsesstyrke, statisk utholdenhet og delvis kryp i stor grad.

På grunn av sin utilstrekkelig høye termiske styrke er teknisk titan ikke egnet for bruk i luftfart, men på grunn av sin eksepsjonelt høye korrosjonsbestandighet er det i noen tilfeller uunnværlig i kjemisk industri og skipsbygging. Den brukes således til fremstilling av kompressorer og pumper for å pumpe aggressive medier som svovelsyre og saltsyre og deres salter, rørledninger, stengeventiler, autoklaver, ulike typer beholdere, filtre osv. Bare Ti har korrosjonsbestandighet i slike miljøer som vått klor, vandige og sure løsninger av klor, derfor er utstyr for klorindustrien laget av dette metallet. Den brukes også til å lage varmevekslere som opererer i etsende miljøer, for eksempel salpetersyre (røyker). I skipsbygging brukes titan til produksjon av propeller, plettering av skip, ubåter, torpedoer, etc. Skjell holder seg ikke til dette materialet, noe som øker motstanden til fartøyet kraftig når det beveger seg.

Titanlegeringer er lovende for bruk i mange andre applikasjoner, men deres spredning i teknologi hemmes av de høye kostnadene og utilstrekkelig overflod av dette metallet.

Titanforbindelser er også mye brukt i ulike bransjer. Karbid (TiC) har høy hardhet og brukes i produksjon av skjæreverktøy og slipemidler. Hvit dioksid (TiO2) brukes i maling (f.eks. titanhvit) og i produksjon av papir og plast. Organo-titanforbindelser (for eksempel tetrabutoksytitan) brukes som katalysator og herder i kjemisk industri og malings- og lakkindustri. Uorganiske Ti-forbindelser brukes i den kjemiske elektronikk- og glassfiberindustrien som tilsetningsstoffer. Diborid (TiB 2) er en viktig komponent i superharde materialer for metallbearbeiding. Nitrid (TiN) brukes til å belegge verktøy.

Bruksanvisning

Oppdagelsen av titan er betydelig ved at dens "foreldre" er to forskere samtidig - briten W. Gregor og tyskeren M. Klaproth. Den første, tilbake i 1791, forsket på sammensetningen av magnetisk jernholdig sand, som et resultat av at et hittil ukjent metall ble isolert. Og i 1795 utførte Klaproth vitenskapelig forskning på mineralet rutil og oppnådde også en slags metall. Ti år senere skaffet franskmannen L. Vauquelin selv titan og beviste at de tidligere metallene var identiske.

En full prøve av det kjemiske elementet ble oppnådd av forskeren J. Ya. Berzelius i 1825, men det ble da ansett som svært forurenset, og to nederlendere, A. van Arkel og I. de Boer, var i stand til å skaffe rent titan.

Titan er det 10. mest naturlig forekommende kjemiske elementet på hele det periodiske systemet. Den finnes i jordskorpen, sjøvann, ultramafiske bergarter, leirjord og skifer. Grunnstoffet overføres ved forvitring, hvoretter det dannes store konsentrasjoner av titan i placere. Mineraler som inneholder dette kjemiske elementet er rutil, ilmenitt, titanomagnetitt, perovskitt, titanitt, og primære titanmalmer skilles også ut. Kina og Russland regnes som de ledende innen produksjon av elementet, men dets reserver finnes også i Ukraina, Japan, Australia, Kasakhstan, Sør-Korea, India, Brasil og Ceylon. I 2013 utgjorde den globale titanproduksjonen 4,5 millioner tonn.

Titan smelter ved en temperatur på 1660 grader Celsius, koker ved 3260 grader, dens tetthet er 4,32-4,505 g/cm3. Det kjemiske elementet er ganske plastisk og er sveiset i en inert atmosfære; det er veldig tyktflytende og utsatt for å feste seg til skjæreverktøyet, på grunn av dette denne prosessen utføres kun ved bruk av spesialsmøremiddel. Titanstøv regnes som eksplosivt ved et flammepunkt på 400 grader Celsius, og metallspon er en brannfare.

Titan er motstandsdyktig mot progressiv korrosjon, så vel som mot løsninger av syrer og alkalier. Det er også kjent at hvis det varmes opp til Celsius, begynner elementet å brenne med en veldig skarp hvit flamme og danner oksidfaser. Ved eksponering for hydrogen, aluminium og silisium omdannes titan delvis til titantriklorid og titandiklorid, som er faste stoffer med sterke reduserende egenskaper.

Industriene hvor titan brukes er metallurgi og støping, hvor høyfaste reaktorer, rørledninger, armaturer, medisinsk utstyr (instrumenter og proteser) og mye mer lages av dette kjemiske elementet. Det er også interessant at monumentet til Yuri Gagarin på torget med samme navn i Moskva er delvis laget av titan.

Titan ble opprinnelig kalt "gregorite" av den britiske kjemikeren pastor William Gregor, som oppdaget det i 1791. Titan ble deretter uavhengig oppdaget av den tyske kjemikeren M. H. Klaproth i 1793. Han kalte den titan etter titanene i gresk mytologi - "legemliggjøringen av naturlig styrke." Det var først i 1797 at Klaproth oppdaget at titanet hans var et grunnstoff som tidligere ble oppdaget av Gregor.

Kjennetegn og egenskaper

Titan er et kjemisk grunnstoff med symbolet Ti og atomnummer 22. Det er et skinnende metall med sølvfarge, lav tetthet og høy styrke. Den er motstandsdyktig mot korrosjon i sjøvann og klor.

Element oppstår i en rekke mineralforekomster, hovedsakelig rutil og ilmenitt, som er utbredt i jordskorpen og litosfæren.

Titan brukes til å produsere sterke lette legeringer. Metallets to mest nyttige egenskaper er korrosjonsmotstand og dets forhold mellom hardhet og tetthet, det høyeste av alle metalliske elementer. I sin ulegerte tilstand er dette metallet like sterkt som enkelte stål, men mindre tett.

Fysiske egenskaper av metall

Dette er et slitesterkt metall lav tetthet, ganske plastisk (spesielt i et oksygenfritt miljø), skinnende og metalloid hvit. Det relativt høye smeltepunktet på over 1650 °C (eller 3000 °F) gjør det nyttig som et ildfast metall. Den er paramagnetisk og har ganske lav elektrisk og termisk ledningsevne.

På Mohs-skalaen er hardheten til titan 6. I følge denne indikatoren er den litt dårligere enn herdet stål og wolfram.

Kommersielt rent (99,2 %) titan har en ultimat strekkstyrke på omtrent 434 MPa, som ligner på vanlige lavkvalitets stållegeringer, men titan er mye lettere.

Kjemiske egenskaper av titan

Som aluminium og magnesium, oksiderer titan og dets legeringer umiddelbart når de utsettes for luft. Den reagerer sakte med vann og luft ved omgivelsestemperaturer, fordi det danner et passivt oksidbelegg, som beskytter bulkmetallet mot ytterligere oksidasjon.

Atmosfærisk passivering gir titan utmerket korrosjonsbestandighet nesten tilsvarende platina. Titan er i stand til å motstå angrep fra fortynnede svovel- og saltsyrer, kloridløsninger og de fleste organiske syrer.

Titan er et av få grunnstoffer som brenner i rent nitrogen, og reagerer ved 800 °C (1470 °F) for å danne titannitrid. På grunn av deres høye reaktivitet med oksygen, nitrogen og noen andre gasser, brukes titanfilamenter i titansublimasjonspumper som absorbere for disse gassene. Disse pumpene er rimelige og produserer pålitelig ekstremt lave trykk i ultrahøyvakuumsystemer.

Vanlige titanholdige mineraler er anatase, brookitt, ilmenitt, perovskitt, rutil og titanitt (sfen). Av disse mineralene er det kun rutil og ilmenitt er økonomisk viktig, men selv disse er vanskelige å finne i høye konsentrasjoner.

Titan finnes i meteoritter og er funnet i solen og stjerner av typen M med overflatetemperaturer på 3200°C (5790°F).

For tiden kjente metoder for å utvinne titan fra ulike malmer er arbeidskrevende og kostbare.

Produksjon og produksjon

For tiden er rundt 50 kvaliteter av titan og titanlegeringer utviklet og brukt. I dag er 31 klasser av titanmetall og legeringer anerkjent, hvorav klassene 1–4 er kommersielt rene (ulegert). De er forskjellige i strekkfasthet avhengig av oksygeninnhold, med klasse 1 som den mest duktile (laveste strekkfasthet med 0,18 % oksygen) og klasse 4 den minst duktile (høyeste strekkfasthet med 0,40 % oksygen).

De resterende klassene er legeringer, som hver har spesifikke egenskaper:

  • plast;
  • styrke;
  • hardhet;
  • elektrisk motstand;
  • spesifikk korrosjonsbestandighet og deres kombinasjoner.

I tillegg til disse spesifikasjonene produseres titanlegeringer også for å møte luftfarts- og militærspesifikasjoner (SAE-AMS, MIL-T), ISO-standarder og landsspesifikke spesifikasjoner, samt sluttbrukerkrav for romfart, militær, medisinsk og industriell applikasjoner.

Et kommersielt rent flatt produkt (plate, plate) kan lett dannes, men bearbeiding må ta hensyn til at metallet har et "minne" og en tendens til å sprette tilbake. Dette gjelder spesielt for noen høyfaste legeringer.

Titan brukes ofte til å lage legeringer:

  • med aluminium;
  • med vanadium;
  • med kobber (for herding);
  • med jern;
  • med mangan;
  • med molybden og andre metaller.

Bruksområder

Titanlegeringer i plate-, plate-, stang-, tråd- og støpeform finner anvendelse i industri-, romfarts-, rekreasjons- og fremvoksende markeder. Pulverisert titan brukes i pyroteknikk som en kilde til lyse brennende partikler.

Fordi titanlegeringer har et høyt strekkfasthet-til-tetthetsforhold, høy korrosjonsmotstand, tretthetsmotstand, høy sprekkmotstand og evnen til å motstå moderat høye temperaturer, brukes de i fly, panser, marinefartøyer, romfartøyer og missiler.

For disse bruksområdene er titan legert med aluminium, zirkonium, nikkel, vanadium og andre elementer for å produsere en rekke komponenter, inkludert kritiske strukturelle elementer, brannvegger, landingsutstyr, eksosrør (helikoptre) og hydrauliske systemer. Faktisk brukes omtrent to tredjedeler av titanmetall som produseres i flymotorer og rammer.

Fordi titanlegeringer er motstandsdyktige mot korrosjon sjøvann, de brukes til propellaksler, varmevekslerrigging, etc. Disse legeringene brukes i hus og komponenter i havovervåkings- og overvåkingsenheter for vitenskap og militær.

Spesifikke legeringer brukes i olje- og gassbrønner og nikkelhydrometallurgi for deres høye styrke. Masse- og papirindustrien bruker titan i prosessutstyr som er utsatt for aggressive miljøer som natriumhypokloritt eller våt klorgass (ved bleking). Andre bruksområder inkluderer ultralydsveising, bølgelodding.

I tillegg brukes disse legeringene i bilapplikasjoner, spesielt i bil- og motorsykkelracing der lav vekt, høy styrke og stivhet er avgjørende.

Titan brukes i mange sportsutstyr: tennisracketer, golfkøller, lacrosseskaft; cricket-, hockey-, lacrosse- og fotballhjelmer, samt sykkelrammer og komponenter.

På grunn av sin holdbarhet har titan blitt mer populært for designersmykker (spesielt titanringer). Dens treghet gjør den til et godt valg for folk med allergi eller de som skal bruke smykker i miljøer som svømmebassenger. Titan er også legert med gull for å produsere en legering som kan selges som 24 karat gull fordi 1% Ti legert ikke er nok til å kreve en lavere karakter. Den resulterende legeringen er omtrent hardheten til 14 karat gull og er sterkere enn rent 24 karat gull.

Forebyggende tiltak

Titan er ikke giftig selv i store doser. Enten den er i pulver- eller metallfilform, utgjør den en alvorlig brannfare og, hvis den varmes opp i luft, en eksplosjonsfare.

Egenskaper og anvendelser av titanlegeringer

Nedenfor er en oversikt over de vanligste titanlegeringene, delt inn i klasser, deres egenskaper, fordeler og industrielle anvendelser.

7. klasse

Grad 7 er mekanisk og fysisk ekvivalent med grad 2 rent titan, bortsett fra tilsetningen av mellomelementet palladium, noe som gjør det til en legering. Den har utmerket sveisbarhet og elastisitet, den mest korrosjonsbestandige av alle legeringer av denne typen.

Klasse 7 brukes i kjemiske prosesser og komponenter i produksjonsutstyr.

11. klasse

Klasse 11 er veldig lik klasse 1, bortsett fra tilsetningen av palladium for å forbedre korrosjonsmotstanden, noe som gjør den til en legering.

Andre nyttige egenskaper inkluderer optimal duktilitet, styrke, seighet og utmerket sveisbarhet. Denne legeringen kan brukes spesielt i applikasjoner der korrosjon er et problem:

  • kjemisk behandling;
  • produksjon av klorater;
  • avsalting;
  • marine applikasjoner.

Ti 6Al-4V, klasse 5

Ti 6Al-4V legering, eller grad 5 titan, er den mest brukte. Den står for 50 % av det totale titanforbruket på verdensbasis.

Brukervennlighet ligger i de mange fordelene. Ti 6Al-4V kan varmebehandles for å øke styrken. Denne legeringen har høy styrke med lav vekt.

Dette er den beste legeringen å bruke i flere bransjer, for eksempel romfart, medisinsk, marin og kjemisk prosessindustri. Den kan brukes til å lage:

  • fly turbiner;
  • motorkomponenter;
  • fly strukturelle elementer;
  • luftfartøy festemidler;
  • høyytelses automatiske deler;
  • sportsutstyr.

Ti 6AL-4V ELI, klasse 23

Klasse 23 - kirurgisk titan. Ti 6AL-4V ELI-legering, eller klasse 23, er en versjon av Ti 6Al-4V med høyere renhet. Den kan lages av ruller, tråder, tråder eller flate tråder. Det er det beste valget for enhver situasjon der det kreves en kombinasjon av høy styrke, lav vekt, god korrosjonsbestandighet og høy seighet. Den har utmerket skademotstand.

Den kan brukes i biomedisinske applikasjoner som implanterbare komponenter på grunn av dens biokompatibilitet, gode tretthetsbestandighet. Den kan også brukes i kirurgiske inngrep for fremstilling av slike strukturer:

  • ortopediske pinner og skruer;
  • ligatur klemmer;
  • kirurgiske stifter;
  • fjærer;
  • kjeveortopedisk utstyr;
  • kryogene kar;
  • beinfikseringsanordninger.

12. klasse

Titan klasse 12 har utmerket sveisbarhet av høy kvalitet. Det er en høyfast legering som gir god styrke ved høye temperaturer. Grad 12 titan har egenskaper som ligner på rustfritt stål i 300-serien.

Dens evne til å danne forskjellige måter gjør det nyttig i mange applikasjoner. Legeringens høye korrosjonsmotstand gjør den også uvurderlig for produksjonsutstyr. Klasse 12 kan brukes i følgende bransjer:

  • varmevekslere;
  • hydrometallurgiske applikasjoner;
  • kjemisk produksjon med forhøyet temperatur;
  • maritime og luftkomponenter.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn er en legering som kan gi god sveisbarhet med motstand. Den har også høy temperaturstabilitet og høy styrke.

Ti 5Al-2.5Sn brukes hovedsakelig i luftfartssektoren og også i kryogene applikasjoner.