Titanyum metaldir. Titanyum Özellikleri

Titanyum alaşımları - detayları anlıyoruz

Metal titanyum doğada yaygın olarak bulunan bir metaldir, yerkabuğunda bakır, kurşun ve çinkodan daha fazladır. 4.51 g / cm3 yoğunluğa sahip titanyum, 267 ... 337 MPa ve alaşımları - 1.250 MPa'ya kadar bir güce sahiptir. 1668 0C erime noktasına sahip donuk gri bir metaldir, normal sıcaklıkta güçlü agresif ortamlarda bile korozyona dayanıklıdır, ancak 400 0C'nin üzerinde ısıtıldığında çok aktiftir. Oksijende, kendiliğinden yanma yeteneğine sahiptir. Azot ile şiddetli reaksiyona girer. Su buharı ile oksitlenen karbondioksit, hidrojeni emer. Titanyumun termal iletkenliği, karbon çeliğinden iki kat daha düşüktür. Bu nedenle titanyum kaynağında yüksek erime noktasına rağmen daha az ısı gerekir.

Titanyum, kristal kafes yapısında farklılık gösteren iki ana kararlı faz şeklinde olabilir. Normal sıcaklıkta, soğutma hızına duyarlı olmayan ince taneli bir yapıya sahip bir α-fazı olarak bulunur. 882 0C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, iri taneli ve soğutma hızına karşı yüksek hassasiyetli bir β-fazı oluşur. Alaşım elementleri ve safsızlıklar α-fazını (alüminyum, oksijen, nitrojen) veya β-fazını (krom, manganez, vanadyum) stabilize edebilir. Bu nedenle titanyum alaşımları şartlı olarak üç gruba ayrılır: α, α + β ve β alaşımları. Eski (VT1, VT5-1) termal olarak sertleştirilmemiştir, sünektir ve iyi kaynaklanabilirliğe sahiptir. Küçük β-stabilizatör ilaveleri ile ikincisi (OT4, VTZ, VT4, VT6, VT8) de iyi kaynak yapar. Termal olarak işlenirler. VT15, VT22 gibi β-yapılı alaşımlar ısıl işlemle sertleştirilir. Daha kötü kaynak yaparlar, tane büyümesine ve soğuk çatlaklara eğilimlidirler.
Oda sıcaklığında titanyumun yüzeyi oksijeni çözer ve α-titanyumdaki katı çözeltisi oluşur. Titanyumu daha fazla oksidasyondan koruyan bir doymuş çözelti tabakası belirir. Bu katmana alfa denir. Titanyum ısıtıldığında oksijenle kimyasal bir kombinasyona girerek Ti6O'dan TiO2'ye bir dizi oksit oluşturur. Oksidasyon ilerledikçe oksit filmin rengi altın sarısından koyu mora dönerek beyaza dönüşür. Kaynağa yakın bölgedeki bu renklerle, kaynak sırasında metal korumanın kalitesi değerlendirilebilir. 500 0C'den daha yüksek bir sıcaklıkta aktif olarak nitrojen ile etkileşime giren titanyum, gücü artıran, ancak metalin sünekliğini keskin bir şekilde azaltan nitrürler oluşturur. Hidrojenin sıvı titanyumdaki çözünürlüğü çelikten daha fazladır, ancak azalan sıcaklıkla keskin bir şekilde düşer, çözeltiden hidrojen salınır. Metal katılaştıkça, bu, kaynak sonrası gözenekliliğe ve kaynakların gecikmeli başarısızlığına neden olabilir. Tüm titanyum alaşımları, sıcak çatlak oluşumuna eğilimli değildir, ancak kaynak metalinde ve metalin özelliklerini kötüleştiren ısıdan etkilenen bölgede tanenin güçlü bir şekilde kabalaşmasına eğilimlidir.
Titanyum Alaşımlı Kaynak Teknolojisi

Yüksek kimyasal aktivite nedeniyle, titanyum alaşımları, sarf malzemesi olmayan ve sarf malzemesi elektrot, tozaltı ark kaynağı, elektron ışını, elektro cüruf ve direnç kaynağı ile soy gazlarda ark kaynağı ile kaynaklanabilir. Erimiş titanyum akışkandır, dikiş tüm kaynak yöntemleriyle iyi şekillendirilmiştir.

Titanyum kaynağındaki ana zorluk, 400 0C'nin üzerinde ısıtılan metalin havadan güvenilir şekilde korunması ihtiyacıdır.

Ark kaynağı argonda ve helyum ile karışımlarında yapılır. Yerel korumalı kaynak, brülör memesinden, bazen de koruma bölgesini artıran memelerden gaz verilerek gerçekleştirilir. Parçaların birleşiminin arka tarafında, uzunluğu boyunca argonun eşit olarak sağlandığı oluklu bakır destek şeritleri monte edilir. Karmaşık bir parça tasarımı ile, yerel korumanın uygulanması zor olduğunda, kontrollü bir atmosfere sahip odalarda genel koruma ile kaynak yapılır. Bunlar, kaynaklı montajın bir kısmını korumak için nozul odaları, metalden yapılmış sert odalar veya gözetleme pencereli kumaştan yapılmış yumuşak odalar ve kaynakçının elleri için yerleşik eldivenler olabilir. Odalara parçalar, kaynak ekipmanı ve bir torç yerleştirilir. Büyük kritik üniteler için, otomatik kaynak makinelerinin ve manipülatörlerin kurulu olduğu 350 m3'e kadar hacme sahip yaşanabilir odalar kullanılır. Odalar boşaltılır, ardından argonla doldurulur ve uzay giysili kaynakçılar hava kilitlerinden içeri girer.

Bir tungsten elektrotlu argon-ark kaynağı ile, 0,5 ... 1,5 mm kalınlığındaki parçalar, boşluksuz ve katkı maddesi olmadan ve 1,5 mm'den fazla kalınlığa sahip - bir dolgu teli ile alın kaynaklıdır. Kaynak yapılacak parçaların ve telin kenarları oksijene doymuş alfa tabakasının çıkması için temizlenmelidir. Tel, 4 saat boyunca 900 ... 1000 0C sıcaklıkta vakumlu tavlamaya tabi tutulmalıdır.Kaynak, doğrudan polarite akımında gerçekleştirilir. 10 ... 15 mm'den fazla kalınlığa sahip parçalar, batık bir ark ile tek geçişte kaynaklanabilir. Kaynak havuzunun oluşumundan sonra, argon akış hızı 40...50 l/dk'ya yükseltilir ve bu da ark sıkıştırmasına yol açar. Elektrot daha sonra kaynak havuzuna indirilir. Arkın basıncı sıvı metali uzaklaştırır, ark oluşan girinti içinde yanar, erime kabiliyeti artar.
Argon içinde tüketilmeyen bir elektrotla kaynak yaparken derin nüfuzlu dar bir dikiş, katkı maddeleri içeren kalsiyum florür bazlı AN-TA, ANT17A akı macunları kullanılarak elde edilebilir. Kaynak metalini kısmen rafine eder ve değiştirirler ve ayrıca gözenekliliği azaltırlar.

Sarf malzemesi elektrotlu (1.2 ... 2.0 mm çapında tel) titanyum alaşımlarının ark kaynağı, elektrot metalinin ince damlacık transferini sağlayan modlarda ters polaritenin doğru akımı üzerinde gerçekleştirilir. Koruyucu ortam olarak %20 argon ve %80 helyum veya saf helyum karışımı kullanılır. Bu, dikişin genişliğini artırmanıza ve gözenekliliği azaltmanıza olanak tanır.

Titanyum alaşımları, 2,5 ... 8,0 mm kalınlık için ANT1, ANTZ ve daha kalın metal için ANT7 oksijensiz florin kuru granülasyon akışları altında ark kaynağı ile kaynaklanabilir. Kaynak, bakır veya akı-bakır astar veya akı yastığı üzerinde 14 ... 22 mm elektrot çıkıntısı ile 2.0 ... 5.0 mm çapında bir elektrot teli ile gerçekleştirilir. Akının değiştirici etkisinin bir sonucu olarak metalin yapısı, soy gazlarda kaynak yapmaktan daha ince tanelidir.

Elektro cüruf kaynağında, kaynak yapılacak parça ile aynı titanyum alaşımından, 8 ... 12 mm kalınlığında ve kaynak yapılan metalin kalınlığına eşit genişlikte plaka elektrotları kullanılır. Refrakter florür akışları ANT2, ANT4, ANT6 kullanılır. Oksijenin akıştan geçmesini önlemek için cüruf banyosu ayrıca argon ile korunur. Isıdan etkilenen bölgenin metali, su soğutmalı kaydırıcıların genişliğini artırarak ve bunlar ile parça arasındaki boşluğa argon üfleyerek korunur. Elektro cüruf kaynağından sonra kaynaklı bağlantılar kaba taneli bir yapıya sahiptir, ancak özellikleri ana metalinkilere yakındır. Elektro cüruf kaynağından önce ve ayrıca ark kaynağından önce, akılar 200 ... 300 0C sıcaklıkta kalsine edilmelidir.

Titanyum alaşımlarının elektron ışını kaynağı, gazlardan ve ince taneli bir kaynak yapısından en iyi metal korumasını sağlar. Montaj gereksinimleri diğer yöntemlerden daha katıdır.

Titanyum alaşımlarının tüm kaynak yöntemlerinde metalin aşırı ısınmasına izin verilmemelidir. Metalin kristalleşmesini etkilemeye izin veren yöntem ve tekniklerin uygulanması gereklidir: elektromanyetik hareket, eklem boyunca elektrot veya elektron ışınının salınımları, kaynak havuzunda ultrasonik hareket, darbeli ark kaynağı döngüsü, vb. Bütün bunlar, dikişin daha ince bir yapısını ve kaynaklı bağlantıların yüksek özelliklerini elde etmeyi sağlayacaktır.

Titanyum metalinin özellikleri ve uygulaması

Titanyum metali hafif gümüşi beyaz bir metaldir. Titanyum alaşımları hafif ve güçlüdür, yüksek korozyon direncine ve düşük termal genleşme katsayısına sahiptir. Ayrıca titanyum, -290 ila +600 santigrat derece sıcaklık aralığında özelliklerini koruyabilen bir metaldir.

Bu metalin oksidi ilk olarak 1789'da W. Gregor tarafından keşfedildi. Demirli kumun incelenmesi sırasında, köyden önce bilinmeyen bir metalin oksitini izole etmeyi başardı ve buna menakenovaya adını verdi. Metalik titanyumun ilk örneklerinden biri 1825'te J. Ya. Berzelius tarafından elde edildi.

özellikler

Mendeleev'in periyodik tablosunda titanyum, 4. periyodun 4. grubunda 22 numarada yer alan bir elementtir. En kararlı bileşiklerde bu element dört değerlidir. Görünümü ile biraz çeliğe benzer ve geçiş elemanlarına aittir. Titanyumun erime noktası 1668 ± 4 °C'dir ve 3300 santigrat derecede kaynar. Bu metalin gizli füzyon ve buharlaşma ısısına gelince, demirden neredeyse 2 kat daha fazladır.

Titanyum gümüşi bir metaldir
Bugün titanyumun iki allotropik modifikasyonu var. Birincisi, düşük sıcaklıklı bir alfa modifikasyonudur. İkincisi, yüksek sıcaklık beta modifikasyonudur. Yoğunluk ve özgül ısı kapasitesi açısından bu metal, alüminyum ve demir arasında yer alır.

Titanyumun özelliği bir takım olumlu özelliklere sahiptir. Mekanik mukavemeti, saf demirin iki katı ve alüminyumun altı katıdır. Bununla birlikte titanyum oksijen, hidrojen ve nitrojeni emebilir. Plastik özelliklerini keskin bir şekilde azaltabilirler. Titanyum karbonla karıştırılırsa, yüksek sertliğe sahip refrakter karbürler oluşur.

Titanyum, alüminyumdan 4 kat daha az ve demirden 13 kat daha az olan düşük ısı iletkenliği ile karakterize edilir. Titanyum ayrıca oldukça yüksek bir elektrik direncine sahiptir.

Titanyum paramanyetik bir metaldir ve bildiğiniz gibi paramanyetik maddeler ısıtıldığında azalan bir manyetik duyarlılığa sahiptir. Bununla birlikte, hassasiyeti yalnızca sıcaklıkla arttığı için titanyum bir istisnadır.

Avantajlar:
Malzemenin kütlesini azaltmaya yardımcı olan düşük yoğunluk;
Yüksek mekanik mukavemet;
Yüksek korozyon direnci;
Yüksek özgül mukavemet.

Kusurlar:
Yüksek üretim maliyeti;
Tüm gazlarla aktif etkileşim, bu nedenle sadece vakumda veya inert gaz ortamında eritilir;
Zayıf sürtünme önleyici özellikler;
Titanyum atığı üretiminde karşılaşılan zorluklar;
Tuz korozyonu, hidrojen gevrekliği eğilimi;
Oldukça zayıf işlenebilirlik;
Büyük kimyasal aktivite.

kullanım

Titanyum kullanımı en çok roket ve havacılık ekipmanı üretiminde, deniz gemi yapımında talep görmektedir.

Yüzükler
Yüksek kaliteli çelikler için alaşım maddesi olarak kullanılır. Teknik titanyum, tankların ve kimyasal reaktörlerin, boru hatlarının ve bağlantı parçalarının, pompaların ve valflerin yanı sıra agresif ortamlarda çalışan tüm ürünlerin imalatında kullanılır. Kompakt titanyum, ızgaraların ve yüksek sıcaklıklarda çalışan elektrovakum cihazlarının diğer parçalarının imalatında kullanılır.

Titanyumun mekanik gücü, korozyon direnci, özgül gücü, ısı direnci ve diğer özellikleri, mühendislikte yaygın olarak kullanılmasına izin verir. Bu metal ve alaşımların yüksek maliyeti, yüksek verimlilik ile telafi edilir. Bazı durumlarda, belirli koşullarda çalışabilen belirli ekipman veya yapıların imalatında kullanılan yalnızca titanyum alaşımlarıdır.

Başlangıçta, boya üretiminin ihtiyaçları için titanyum çıkarıldı. Bununla birlikte, bu metalin yapısal bir malzeme olarak kullanılması, titanyum cevheri madenciliğinin genişlemesine ve yeni yatakların araştırılmasına ve geliştirilmesine yol açtı.

Saf (%99,995) titanyum çubuk
Geçmişte titanyum bir yan üründü ve birçok durumda örneğin demir cevherinin çıkarılmasını engelledi. Günümüzde madenler sadece ana ürün olarak bu metali elde etmek için işletilmektedir.

Titanyum cevheri çıkarmak için özel ve karmaşık işlemler yapmanıza gerek yoktur. Kumlu tortularda titanyum mineralleri bulunursa, mavnalara bindikleri emme tarakları yardımıyla toplanır ve sırayla zenginleştirme tesisine teslim edilir. Ancak, kayalarda titanyum mineralleri bulunursa, burada madencilik ekipmanı bile artık kullanılmamaktadır.

Mineral bileşenlerin verimli bir şekilde ayrılmasını sağlamak için cevher ezilir. Daha sonra ilmeniti yabancı maddelerden ayırmak için düşük yoğunluklu ıslak manyetik ayırma uygulanır. Daha sonra kalan ilmenit, hidrolik sınıflandırıcılar ve tablolar kullanılarak zenginleştirilir. Daha sonra zenginleştirme, yüksek yoğunluğa sahip kuru manyetik ayırma yöntemiyle gerçekleştirilir.

Titanyum metalinin özelliği ve ürünlerdeki yeri

Titanyum doğada oldukça yaygın bulunan kimyasal bir elementtir. Metal, gümüşi gri ve sert; birçok mineralin bir parçasıdır ve hemen hemen her yerde mayınlı olabilir - Rusya titanyum üretiminde dünyada ikinci sırada yer almaktadır.

Titanyum demir cevherinde çok fazla titanyum var - karmaşık oksitlere ait olan ilmenit ve titanyum dioksitin polimorfik (çeşitli ve farklı kristal yapılarında bulunabilen) modifikasyonu olan altın-kırmızı rutil - kimyagerler böyle üç doğal biliyor Bileşikler.

Titanyum genellikle kayalarda bulunur, ancak topraklarda, özellikle kumlu olanlarda daha da fazladır. Titanyum içeren kayaçlar arasında perovskite adlandırılabilir - oldukça yaygın olarak kabul edilir; titanit, iyileştirici ve hatta büyülü özelliklere atfedilen bir titanyum ve kalsiyum silikatıdır; anataz - ayrıca bir polimorfik bileşik - basit bir oksit; ve brookite - genellikle Alplerde ve burada, Rusya'da - Urallarda, Altay'da ve Sibirya'da bulunan güzel bir kristal.

Titanyum keşfinin değeri aynı anda iki bilim adamına aittir - bir Alman ve bir İngiliz. İngiliz bilim adamı William MacGregor kimyager değildi, ancak minerallerle çok ilgileniyordu ve bir gün 18. yüzyılın sonunda Cornwall'ın siyah kumundan bilinmeyen bir metal izole etti ve kısa süre sonra bunun hakkında bir makale yazdı.

Bu makale ünlü Alman bilim adamı kimyager M.G. Klaproth ve McGregor'dan 4 yıl sonra, Macaristan'da yaygın olan kırmızı kumda titanyum oksidi (bu metal olarak adlandırdığı ve İngilizler onu menakkin olarak adlandırdı - bulunduğu yerin adından sonra) keşfetti. Bilim adamı siyah ve kırmızı kumda bulunan bileşikleri karşılaştırdığında, titanyum oksitler olduğu ortaya çıktı - bu metal her iki bilim adamı tarafından bağımsız olarak keşfedildi.

Bu arada, metalin adının antik Yunan Tanrıları Titanları ile hiçbir ilgisi yoktur (böyle bir versiyon olmasına rağmen), ancak Shakespeare'in yazdığı perilerin kraliçesi Titania'nın adını almıştır. Bu isim titanyumun hafifliği ile ilişkilidir - alışılmadık derecede düşük yoğunluğu.

Bu keşiflerden sonra, birçok bilim adamı bir kereden fazla saf titanyumu bileşiklerinden izole etmeye çalıştı, ancak 19. yüzyılda bunu zayıf bir şekilde yaptılar - büyük Mendeleev bile bu metali nadir ve bu nedenle yalnızca "saf" bilim için ilginç olarak kabul etti. pratik amaçlar. Ancak 20. yüzyılın bilim adamları, doğada çok fazla titanyum olduğunu fark ettiler - bileşimlerinde yaklaşık 70 mineral onu içeriyor ve bugün bu tür birçok tortu biliniyor. İnsan tarafından teknolojide yaygın olarak kullanılan metallerden bahsedersek, doğada titanyumdan daha fazla olan sadece üç tane bulabilirsiniz - bunlar magnezyum, demir ve alüminyumdur. Kimyacılar ayrıca, dünyanın zengin olduğu bakır, gümüş, altın, platin, kurşun, çinko, krom ve diğer bazı metallerin tüm rezervlerini nicel olarak birleştirirsek, titanyumun hepsinden daha fazla olacağını söylüyorlar.

Kimyacılar saf titanyumu bileşiklerden ayırmayı sadece 1940'ta öğrendi - bu Amerikalı bilim adamları tarafından yapıldı.
Titanyumun birçok özelliği halihazırda incelenmiştir ve çeşitli bilim ve endüstri alanlarında kullanılmaktadır, ancak uygulamasının bu yönünü burada ayrıntılı olarak ele almayacağız - titanyumun biyolojik önemi ile ilgileniyoruz.

Titanyumun tıpta ve gıda endüstrisinde kullanımı da bizi ilgilendiriyor - bu durumlarda titanyum doğrudan insan vücuduna giriyor veya onunla temas ediyor. Bu metalin özelliklerinden biri çok sevindirici: doktorlar da dahil olmak üzere bilim adamları, aşırı tüketilirse kronik akciğer hastalıkları ortaya çıkabilmesine rağmen, titanyumun insanlar için güvenli olduğunu düşünüyor.
Ürünlerde titanyum

Titanyum deniz suyunda, bitki ve hayvan dokularında ve dolayısıyla bitkisel ve hayvansal kaynaklı ürünlerde bulunur. Bitkiler, üzerinde büyüdükleri topraktan titanyum alırlar ve hayvanlar bu bitkileri yiyerek alırlar, ancak başlangıçta - zaten 19. yüzyılda - kimyagerler titanyumu hayvanların vücudunda ve ancak o zaman bitkilerde keşfettiler. Bu keşifler yine bir İngiliz ve bir Alman - G. Rees ve A. Adergold tarafından yapıldı.

İnsan vücudunda titanyum yaklaşık 20 mg'dır ve genellikle yiyecek ve su ile birlikte gelir. Titanyum yumurtalarda ve sütte, hayvanların ve bitkilerin etlerinde - yapraklarında, saplarında, meyvelerinde ve tohumlarında bulunur, ancak genel olarak yiyeceklerde fazla yoktur. Bitkiler, özellikle algler, hayvan dokularından daha fazla titanyum içerir; Cladophora'da birçoğu var - genellikle tatlı su ve denizlerde bulunan gür, parlak yeşil bir alg.
Titanyumun insan vücudu için değeri

İnsan vücudunun neden titanyuma ihtiyacı var? Bilim adamları biyolojik rolünün netlik kazanmadığını, ancak kemik iliğinde kırmızı kan hücrelerinin oluşumunda, hemoglobin sentezinde ve bağışıklık oluşumunda rol oynadığını söylüyor.

Titanyum insan beyninde, işitsel ve görsel merkezlerde; kadın sütünde her zaman ve belirli miktarlarda bulunur. Vücuttaki titanyum konsantrasyonu, metabolik süreçleri aktive eder ve kanın genel bileşimini iyileştirir, içindeki kolesterol ve üre içeriğini azaltır.

Bir kişi günde yaklaşık 0.85 mg titanyum, su ve yiyecek ve hava ile alır, ancak gastrointestinal sistemde zayıf bir şekilde emilir -% 1 ila 3.

İnsanlar için titanyum toksik değildir veya düşük toksiktir ve doktorlar ayrıca ölümcül bir doz hakkında veriye sahip değildir, ancak titanyum dioksitin düzenli solunması ile akciğerlerde birikir ve daha sonra nefes darlığı eşliğinde kronik hastalıklar gelişir. ve balgamla öksürük - tracheitis, alveolit, vb. Titanyumun diğer, daha toksik elementlerle birlikte birikmesi, iltihaplanmaya ve hatta granülomatozise neden olur - yaşamı tehdit eden ciddi bir vasküler hastalık.

Titanyum fazlalığı ve eksikliği

Vücutta aşırı titanyum alımını ne açıklayabilir? Daha önce de belirtildiği gibi, titanyum bilim ve endüstrinin birçok alanında kullanıldığı için, titanyum fazlalığı ve hatta onunla zehirlenme, genellikle çeşitli endüstrilerdeki işçileri tehdit eder: makine yapımı, metalurji, boya ve vernik vb. Titanyum klorür en toksik olanıdır: özellikle güvenlik önlemlerine uyulmadan yaklaşık 3 yıl böyle bir üretimde çalışmak yeterlidir ve kronik hastalıklar kendini göstermek için yavaşlamaz.

Bu tür hastalıklar genellikle antibiyotikler, köpük kesiciler, kortikosteroidler, vitaminler ile tedavi edilir; Hastalar dinlenmeli ve bol sıvı almalıdır.

Titanyum eksikliği - hem insanlarda hem de hayvanlarda tanımlanmadı ve tanımlanmadı ve bu durumda gerçekten var olmadığı varsayılabilir.

Tıpta titanyum son derece popülerdir: ondan mükemmel aletler yapılır ve aynı zamanda uygun fiyatlı ve ucuzdur - titanyum maliyeti kilogram başına 15 ila 25 dolar arasındadır. Titanyum ortopedistler, diş hekimleri ve hatta beyin cerrahları tarafından sevilir - ve buna şaşmamalı.

Titanyumun doktorlar için değerli bir kaliteye sahip olduğu ortaya çıktı - biyolojik atalet: bu, ondan yapılan yapıların insan vücudunda mükemmel şekilde davrandığı ve zamanla kazandıkları kas ve kemik dokuları için kesinlikle güvenli olduğu anlamına gelir. Dokuların yapısı değişmez: titanyum korozyona uğramaz ve mekanik özellikleri çok yüksektir. Bileşim olarak insan lenfine çok yakın olan deniz suyunda titanyumun 1000 yılda 0,02 mm oranında yok edilebileceğini ve alkali ve asit çözeltilerinde stabilite açısından platine benzer olduğunu söylemek yeterlidir.

Tıpta kullanılan tüm alaşımlar arasında, titanyum alaşımları saflıkları ile ayırt edilir ve içlerinde kobalt alaşımları veya paslanmaz çelik hakkında söylenemeyen neredeyse hiç safsızlık yoktur.

Titanyum alaşımlarından yapılan iç ve dış protezler, her zaman çalışma yüklerine dayanmalarına rağmen çökmez veya deforme olmaz: titanyumun mekanik mukavemeti saf demirden 2-4 kat, alüminyumdan 6-12 kat daha yüksektir. .

Titanyumun sünekliği, onunla her şeyi yapmanıza izin verir - kesme, delme, öğütme, düşük sıcaklıklarda dövme, rulo - ondan ince folyo bile elde edilir.

Ancak erime noktası oldukça yüksektir, 1670°C civarındadır.

Titanyumun elektrik iletkenliği çok düşüktür ve manyetik olmayan metallere aittir, bu nedenle vücutta titanyum yapıları olan hastalara fizyoterapi prosedürleri reçete edilebilir - bu güvenlidir.

Gıda endüstrisinde, titanyum dioksit, E171 olarak adlandırılan bir boya olarak kullanılır. Şekerleme ve sakız, şekerleme ve toz ürünler, erişte, yengeç çubukları, kıyma ürünleri; ayrıca sırları ve unu da hafifletirler.

Farmakolojide ilaçlar titanyum dioksit ve kozmetikte - kremler, jeller, şampuanlar ve diğer ürünler ile lekelenir.

metal titanyum metalin titanyum özelliği metal titanyumun özellikleri

Titanyum üretimde dağıtım açısından 4. sırada yer alıyor, ancak çıkarılması için etkili bir teknoloji sadece geçen yüzyılın 40'lı yıllarında geliştirildi. Düşük özgül ağırlık ve benzersiz özellikler ile karakterize edilen gümüş renkli bir metaldir. Endüstrideki ve diğer alanlardaki dağılım derecesini analiz etmek için titanyumun özelliklerini ve alaşımlarının kapsamını dile getirmek gerekir.

Temel özellikleri

Metalin özgül ağırlığı düşüktür - sadece 4,5 g/cm³. Korozyon önleyici özellikler, yüzeyde oluşan kararlı bir oksit filminden kaynaklanmaktadır. Bu kalite nedeniyle titanyum, suya, hidroklorik aside uzun süre maruz kaldığında özelliklerini değiştirmez. Çeliğin temel sorunu olan stres nedeniyle hasarlı alanlar oluşmaz.

Saf haliyle titanyum aşağıdaki niteliklere ve özelliklere sahiptir:

nominal erime noktası — 1660°С;
termal etki altında +3 227 ° С kaynar;
çekme mukavemeti - 450 MPa'ya kadar;
düşük esneklik indeksi ile karakterize edilir - 110.25 GPa'ya kadar;
HB ölçeğinde sertlik 103'tür;
akma dayanımı metaller arasında en uygun olanlardan biridir - 380 MPa'ya kadar;
katkı maddesi içermeyen saf titanyumun ısıl iletkenliği - 16.791 W / m * C;
minimum termal genleşme katsayısı;
bu eleman bir paramanyettir.

Karşılaştırma için, bu malzemenin gücü saf demirin 2 katı ve alüminyumun 4 katıdır. Titanyum ayrıca iki polimorfik faza sahiptir - düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık.

Endüstriyel ihtiyaçlar için yüksek maliyeti ve gerekli performansı nedeniyle saf titanyum kullanılmaz. Sertliği arttırmak için bileşime oksitler, melezler ve nitrürler eklenir. Korozyon direncini artırmak için malzemenin özelliklerini nadiren değiştirin. Alaşım elde etmek için ana katkı türleri: çelik, nikel, alüminyum. Bazı durumlarda, ek bir bileşenin işlevlerini yerine getirir.

Kullanım alanları

Düşük özgül ağırlık ve mukavemet parametreleri nedeniyle titanyum, havacılık ve uzay endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf haliyle ana yapı malzemesi olarak kullanılır. Özel durumlarda ısı direnci düşürülerek daha ucuz alaşımlar yapılır. Aynı zamanda, korozyon direnci ve mekanik mukavemeti değişmeden kalır.

Ayrıca titanyum katkılı malzeme aşağıdaki alanlarda uygulama bulmuştur:

Kimyasal endüstri. Organik asitler dışında neredeyse tüm agresif ortamlara karşı direnci, bakım gerektirmeyen hizmet ömrüne ilişkin iyi göstergelere sahip karmaşık ekipmanların üretilmesini mümkün kılar.
Araç üretimi. Bunun nedeni, düşük özgül ağırlık ve mekanik mukavemettir. Çerçeveler veya taşıyıcı yapı elemanları ondan yapılır.
İlaç. Özel amaçlar için özel bir alaşım nitinol (titanyum ve nikel) kullanılır. Ayırt edici özelliği şekil hafızasıdır. Hastalar üzerindeki yükü azaltmak ve vücut üzerindeki olumsuz etki olasılığını en aza indirmek için birçok tıbbi atel ve benzeri cihaz titanyumdan yapılmıştır.
Endüstride metal, kasaların ve bireysel ekipman elemanlarının üretimi için kullanılır.
Titanyum takıların benzersiz bir görünümü ve hissi vardır.

Çoğu durumda, malzeme fabrikada işlenir. Ancak bir takım istisnalar vardır - bu malzemenin özelliklerini bilmek, ürünün görünümünü ve özelliklerini değiştirme çalışmalarının bir kısmı ev atölyesinde gerçekleştirilebilir.

İşleme özellikleri

Ürüne istenilen şekli vermek için özel ekipman - torna ve freze makinesi - kullanmak gerekir. Titanyumun sertliği nedeniyle manuel olarak kesilmesi veya frezelenmesi mümkün değildir. Güç seçimine ve ekipmanın diğer özelliklerine ek olarak, doğru kesici aletlerin seçilmesi gerekir: frezeler, kesiciler, raybalar, matkaplar vb.

Bu, aşağıdaki nüansları dikkate alır:

Titanyum talaşları oldukça yanıcıdır. Parçanın yüzeyini soğutmaya zorlamak ve minimum hızlarda çalışmak gerekir.
Ürünün bükülmesi ancak yüzeyin ön ısıtılmasından sonra gerçekleştirilir. Aksi takdirde, çatlakların ortaya çıkması muhtemeldir.
Kaynak. Özel koşullara uyulmalıdır.

Titanyum, iyi performans ve teknik özelliklere sahip benzersiz bir malzemedir. Ancak işlenmesi için teknolojinin özelliklerini ve en önemlisi güvenlik önlemlerini bilmelisiniz.

Ebedi, gizemli, kozmik - tüm bunlar ve diğer birçok sıfat, çeşitli kaynaklarda titanyuma atanır. Bu metalin keşfinin tarihi önemsiz değildi: aynı zamanda, birkaç bilim adamı elementi saf haliyle izole etmeye çalıştı. Fiziksel, kimyasal özellikleri inceleme ve günümüzde uygulama alanlarını belirleme süreci. Titanyum geleceğin metalidir, insan yaşamındaki yeri henüz kesin olarak belirlenmemiştir, bu da modern araştırmacılara yaratıcılık ve bilimsel araştırma için geniş bir alan sağlar.

karakteristik

Kimyasal element, D. I. Mendeleev'in periyodik tablosunda Ti sembolü ile gösterilir. Dördüncü periyodun IV. grubunun sekonder alt grubunda yer alır ve 22 seri numarasına sahiptir. Titanyum beyaz-gümüş bir metaldir, hafif ve dayanıklıdır. Bir atomun elektronik konfigürasyonu şu yapıya sahiptir: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Buna göre titanyumun birkaç olası oksidasyon durumu vardır: 2, 3, 4; en kararlı bileşiklerde dört değerlidir.

Titanyum - alaşım mı yoksa metal mi?

Bu soru birçok kişiyi ilgilendiriyor. 1910'da Amerikalı kimyager Hunter ilk saf titanyumu elde etti. Metal, safsızlıkların sadece% 1'ini içeriyordu, ancak aynı zamanda miktarının ihmal edilebilir olduğu ortaya çıktı ve özelliklerini daha fazla incelemeyi mümkün kılmadı. Elde edilen maddenin plastisitesi sadece yüksek sıcaklıkların etkisi altında elde edildi, normal koşullar altında (oda sıcaklığı) numune çok kırılgandı. Aslında, bu unsur bilim adamlarının ilgisini çekmedi, çünkü kullanım beklentileri çok belirsiz görünüyordu. Elde etme ve araştırma zorluğu, uygulama potansiyelini daha da azalttı. Sadece 1925'te Hollanda I. de Boer ve A. Van Arkel'den kimyagerler, özellikleri dünyadaki mühendislerin ve tasarımcıların dikkatini çeken titanyum metal aldı. Bu elementin çalışmasının tarihi 1790'da başlar, tam olarak bu zamanda, paralel olarak, birbirinden bağımsız olarak, iki bilim adamı titanyumu kimyasal bir element olarak keşfeder. Her biri, metali saf haliyle izole edemeyen bir maddenin bir bileşiğini (oksidi) alır. Titanyumun kaşifi İngiliz mineralog keşiş William Gregor'dur. İngiltere'nin güneybatı kesiminde bulunan cemaatinin topraklarında, genç bilim adamı Menaken vadisinin siyah kumunu incelemeye başladı. Sonuç, bir titanyum bileşiği olan parlak tanelerin serbest bırakılmasıydı. Aynı zamanda, Almanya'da kimyager Martin Heinrich Klaproth, mineral rutilden yeni bir madde izole etti. 1797'de paralel olarak açılan elemanların benzer olduğunu da kanıtladı. Titanyum dioksit bir asırdan fazla bir süredir birçok kimyager için bir gizem olmuştur ve Berzelius bile saf metal elde edememiştir. 20. yüzyılın en son teknolojileri, söz konusu unsuru inceleme sürecini önemli ölçüde hızlandırdı ve kullanımı için ilk talimatları belirledi. Aynı zamanda, uygulama kapsamı sürekli genişlemektedir. Sadece saf titanyum gibi bir madde elde etme sürecinin karmaşıklığı kapsamını sınırlayabilir. Alaşımların ve metalin fiyatı oldukça yüksektir, bu nedenle bugün geleneksel demir ve alüminyumun yerini alamaz.

adın kökeni

Menakin, 1795 yılına kadar kullanılan titanyumun ilk adıdır. W. Gregor, bölgesel bağlılık yoluyla yeni öğeyi böyle adlandırdı. Martin Klaproth, elemente 1797'de "titanyum" adını verdi. Şu anda, oldukça saygın bir kimyager A. L. Lavoisier liderliğindeki Fransız meslektaşları, yeni keşfedilen maddeleri temel özelliklerine göre adlandırmayı önerdi. Alman bilim adamı bu yaklaşıma katılmadı, keşif aşamasında bir maddenin doğasında bulunan tüm özellikleri belirlemenin ve bunları isme yansıtmanın oldukça zor olduğuna oldukça makul bir şekilde inanıyordu. Bununla birlikte, Klaproth tarafından sezgisel olarak seçilen terimin metale tam olarak karşılık geldiği kabul edilmelidir - bu, modern bilim adamları tarafından defalarca vurgulanmıştır. Titanyum adının kökeni için iki ana teori vardır. Metal, Elf kraliçesi Titania'nın (Germen mitolojisinde bir karakter) onuruna atanabilirdi. Bu isim, maddenin hem hafifliğini hem de gücünü simgelemektedir. Çoğu bilim adamı, Gaia tanrıçasının güçlü oğullarının titans olarak adlandırıldığı antik Yunan mitolojisinin kullanımının versiyonunu kullanmaya meyillidir. Daha önce keşfedilen uranyum elementinin adı da bu versiyonun lehinde konuşuyor.

Doğada olmak

İnsanlar için teknik olarak değerli olan metallerden titanyum, yerkabuğunda en bol bulunan dördüncü metaldir. Sadece demir, magnezyum ve alüminyum, doğada büyük bir yüzde ile karakterize edilir. En yüksek titanyum içeriği, bazalt kabuğunda, granit tabakasında biraz daha az not edilir. Deniz suyunda bu maddenin içeriği düşüktür - yaklaşık 0.001 mg/l. Kimyasal element titanyum oldukça aktiftir, bu nedenle saf haliyle bulunamaz. Çoğu zaman, oksijenli bileşiklerde bulunurken, dört değerlik değerine sahiptir. Titanyum içeren minerallerin sayısı (çeşitli kaynaklarda) 63 ila 75 arasında değişirken, mevcut araştırma aşamasında bilim adamları, bileşiklerinin yeni formlarını keşfetmeye devam ediyor. Pratik kullanım için aşağıdaki mineraller çok önemlidir:

İlmenit (FeTiO 3).
Rutil (TiO 2).
Titanit (CaTiSiO 5).
Perovskit (CaTiO 3).
Titanomagnetit (FeTiO 3 + Fe 3 O 4), vb.

Mevcut tüm titanyum içeren cevherler, plaser ve bazik olarak ayrılmıştır. Bu element zayıf bir göçmendir, sadece kaya parçaları veya hareketli siltli dip kayaları şeklinde hareket edebilir. Biyosferde, en büyük miktarda titanyum alglerde bulunur. Karasal faunanın temsilcilerinde, element azgın dokularda, saçlarda birikir. İnsan vücudu, dalak, adrenal bezler, plasenta, tiroid bezinde titanyum varlığı ile karakterizedir.

Fiziksel özellikler

Titanyum, çelik gibi görünen gümüşi beyaz bir renge sahip demir dışı bir metaldir. 0 0 C sıcaklıkta yoğunluğu 4.517 g / cm3'tür. Madde, alkali metaller (kadmiyum, sodyum, lityum, sezyum) için tipik olan düşük bir özgül ağırlığa sahiptir. Yoğunluk açısından titanyum, demir ve alüminyum arasında bir ara konumda yer alırken, performansı her iki elementten daha yüksektir. Uygulama kapsamı belirlenirken dikkate alınan metallerin ana özellikleri sertliktir. Titanyum, alüminyumdan 12 kat, demir ve bakırdan 4 kat daha güçlü ve çok daha hafiftir. Plastisite ve akma mukavemeti, diğer metallerde olduğu gibi, örneğin perçinleme, dövme, kaynak, haddeleme gibi düşük ve yüksek sıcaklıklarda işlemeye izin verir. Titanyumun ayırt edici bir özelliği, düşük termal ve elektrik iletkenliğidir, bu özellikler 500 0 C'ye kadar yüksek sıcaklıklarda korunur. Bir manyetik alanda titanyum paramanyetik bir elementtir, demir gibi çekilmez ve itilmez. bakır gibi çıktı. Agresif ortamlarda ve mekanik stres altında çok yüksek korozyon önleme performansı benzersizdir. 10 yıldan fazla deniz suyunda bulunması titanyum levhanın görünümünü ve bileşimini değiştirmedi. Bu durumda demir korozyonla tamamen yok olur.

Titanyumun termodinamik özellikleri

Yoğunluk (normal koşullar altında) 4.54 g/cm3'tür.
Atom numarası 22'dir.
Metal grubu - refrakter, hafif.
Titanyumun atom kütlesi 47.0'dır.
Kaynama noktası (0 C) - 3260.
Molar hacim cm3 / mol - 10.6.
Titanyumun (0 C) erime noktası 1668'dir.
Özgül buharlaşma ısısı (kJ / mol) - 422.6.
Elektrik direnci (20 0 C'de) Ohm * cm * 10 -6 - 45.

Kimyasal özellikler

Elementin artan korozyon direnci, yüzeyde küçük bir oksit filminin oluşmasıyla açıklanır. Titanyum metal gibi bir elementin çevresindeki atmosferdeki gazlardan (oksijen, hidrojen) (normal şartlar altında) korur. Özellikleri sıcaklığın etkisi altında değişir. 600 0 C'ye yükseldiğinde, oksijen ile bir etkileşim reaksiyonu meydana gelir ve bu da titanyum oksit (TiO 2) oluşumuna neden olur. Atmosferik gazların emilmesi durumunda, pratik uygulaması olmayan kırılgan bileşikler oluşur, bu nedenle titanyumun kaynaklanması ve eritilmesi vakum koşullarında gerçekleştirilir. Tersinir reaksiyon, hidrojenin metal içinde çözünme işlemidir, sıcaklıkta bir artışla (400 0 C ve üzeri) daha aktif olarak gerçekleşir. Titanyum, özellikle küçük parçacıkları (ince plaka veya tel), nitrojen atmosferinde yanar. Etkileşimin kimyasal reaksiyonu, yalnızca 700 0 C'lik bir sıcaklıkta mümkündür, bu da TiN nitrür oluşumuyla sonuçlanır. Genellikle bir alaşım elementi olarak birçok metalle oldukça sert alaşımlar oluşturur. Halojenlerle (krom, brom, iyot) sadece katalizör varlığında (yüksek sıcaklık) reaksiyona girer ve kuru bir madde ile etkileşime girer. Bu durumda çok sert refrakter alaşımlar oluşur. Çoğu alkali ve asidin çözeltileri ile titanyum, konsantre sülfürik (uzun süreli kaynama ile), hidroflorik, sıcak organik (formik, oksalik) dışında kimyasal olarak aktif değildir.

Doğum yeri

İlmenit cevherleri doğada en yaygın olanlarıdır - rezervlerinin 800 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir. Rutil yatakları çok daha mütevazıdır, ancak toplam hacim - üretimin büyümesini sürdürürken - önümüzdeki 120 yıl boyunca insanlığa titanyum gibi bir metal sağlamalıdır. Bitmiş ürünün fiyatı talebe ve üretilebilirlik seviyesindeki artışa bağlı olacaktır, ancak ortalama olarak 1200 ila 1800 ruble/kg arasında değişmektedir. Sürekli teknik iyileştirme koşullarında, zamanında modernizasyonları ile tüm üretim süreçlerinin maliyeti önemli ölçüde azalır. Çin ve Rusya en büyük rezervlere sahiptir, Japonya, Güney Afrika, Avustralya, Kazakistan, Hindistan, Güney Kore, Ukrayna, Seylan da bir mineral kaynak tabanına sahiptir. Mevduatlar, üretim hacimleri ve cevherdeki titanyum yüzdesi bakımından farklılık gösterir, jeolojik araştırmalar devam etmektedir, bu da metalin piyasa değerinde ve daha geniş kullanımda bir düşüş varsaymayı mümkün kılmaktadır. Rusya açık ara en büyük titanyum üreticisidir.

Fiş

Titanyum üretimi için, minimum miktarda safsızlık içeren titanyum dioksit en sık kullanılır. İlmenit konsantrelerinin veya rutil cevherlerinin zenginleştirilmesiyle elde edilir. Elektrik ark ocağında, demirin ayrılması ve titanyum oksit içeren cüruf oluşumu ile birlikte cevherin ısıl işlemi gerçekleşir. Demir içermeyen fraksiyonu işlemek için sülfat veya klorür yöntemi kullanılır. Titanyum oksit gri bir tozdur (resme bakın). Titanyum metal, aşamalı olarak işlenmesiyle elde edilir.

İlk aşama, cürufun kok ile sinterlenmesi ve klor buharına maruz bırakılması işlemidir. Elde edilen TiCl4, 850 0 C'lik bir sıcaklığa maruz bırakıldığında magnezyum veya sodyum ile indirgenir. Bir kimyasal reaksiyon sonucunda elde edilen titanyum sünger (gözenekli kaynaşmış kütle) saflaştırılır veya külçeler halinde eritilir. Diğer kullanım yönüne bağlı olarak, bir alaşım veya saf metal oluşur (katışıklıklar 1000 0 C'ye ısıtılarak çıkarılır). %0.01 safsızlık içeriğine sahip bir maddenin üretimi için iyodür yöntemi kullanılır. Halojen ile önceden işlenmiş titanyum süngerden buharlarının buharlaştırılması işlemine dayanır.

Uygulamalar

Titanyumun erime sıcaklığı oldukça yüksektir ve bu, metalin hafifliği göz önüne alındığında, onu yapısal bir malzeme olarak kullanmanın paha biçilmez bir avantajıdır. Bu nedenle, gemi yapımı, havacılık endüstrisi, roket üretimi ve kimya endüstrilerinde en büyük uygulamayı bulur. Titanyum, artan sertlik ve ısı direnci özelliklerine sahip çeşitli alaşımlarda alaşım katkı maddesi olarak oldukça sık kullanılır. Yüksek korozyon önleyici özellikler ve en agresif ortamlara dayanma yeteneği, bu metali kimya endüstrisi için vazgeçilmez kılar. Titanyum (alaşımları), asitlerin ve diğer kimyasal olarak aktif maddelerin damıtılmasında ve taşınmasında kullanılan boru hatları, tanklar, valfler, filtreler yapmak için kullanılır. Yüksek sıcaklık göstergeleri koşullarında çalışan cihazlar oluştururken talep edilmektedir. Titanyum bileşikleri dayanıklı kesici aletler, boyalar, plastikler ve kağıtlar, cerrahi aletler, implantlar, mücevherler, kaplama malzemeleri yapmak için kullanılır ve gıda endüstrisinde kullanılır. Tüm yönleri tarif etmek zordur. Modern tıp, tam biyolojik güvenlik nedeniyle genellikle titanyum metal kullanır. Fiyat, şimdiye kadar bu unsurun uygulama genişliğini etkileyen tek faktördür. İnsanlığın yeni bir gelişim aşamasına geçeceğini inceleyerek titanyumun geleceğin malzemesi olduğunu söylemek doğru olur.

Titanyum ilk olarak 1791'de keşfeden İngiliz kimyager Rahip William Gregor tarafından "gregorit" olarak adlandırıldı. Titanyum daha sonra 1793'te Alman kimyager M. H. Klaproth tarafından bağımsız olarak keşfedildi. Ona Yunan mitolojisindeki titanların onuruna bir titan adını verdi - "doğal gücün somutlaşmışı". Klaproth, titanyumunun daha önce Gregor tarafından keşfedilen bir element olduğunu 1797'ye kadar keşfetmedi.

Özellikler ve özellikler

Titanyum, sembolü Ti ve atom numarası 22 olan kimyasal bir elementtir. Gümüş rengi, düşük yoğunluklu ve yüksek mukavemetli parlak bir metaldir. Deniz suyunda ve klorda korozyona dayanıklıdır.

Eleman karşılar yerkabuğunda ve litosferde yaygın olarak dağılmış olan, başta rutil ve ilmenit olmak üzere bir dizi maden yatağında bulunur.

Titanyum, güçlü hafif alaşımlar üretmek için kullanılır. Bir metalin en kullanışlı iki özelliği, korozyon direnci ve herhangi bir metalik elementin en yükseği olan sertlik-yoğunluk oranıdır. Alaşımsız halde bu metal, bazı çelikler kadar güçlüdür, ancak yoğunluğu daha azdır.

Metalin fiziksel özellikleri

güçlü bir metaldir düşük yoğunluklu, oldukça sünek (özellikle anoksik ortamda), parlak ve metaloid beyaz. 1650°C (veya 3000°F) üzerindeki nispeten yüksek erime noktası, onu refrakter bir metal olarak kullanışlı kılar. Paramanyetiktir ve oldukça düşük elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir.

Mohs ölçeğinde titanyumun sertliği 6'dır. Bu göstergeye göre, sertleştirilmiş çelik ve tungstenden biraz daha düşüktür.

Ticari olarak saf (%99.2) titanyum, geleneksel düşük dereceli çelik alaşımları ile uyumlu olan yaklaşık 434 MPa'lık bir çekme mukavemetine sahiptir, ancak titanyum çok daha hafiftir.

Titanyumun kimyasal özellikleri

Alüminyum ve magnezyum gibi titanyum ve alaşımları havaya maruz kaldıklarında hemen oksitlenir. Ortam sıcaklığında su ve hava ile yavaş reaksiyona girer, pasif bir oksit kaplama oluşturduğu için Bu, dökme metali daha fazla oksidasyondan korur.

Atmosferik pasivasyon, titanyuma platine neredeyse eşdeğer mükemmel korozyon direnci verir. Titanyum, seyreltik sülfürik ve hidroklorik asitlerin, klorür çözeltilerinin ve çoğu organik asidin saldırısına dayanabilir.

Titanyum, saf nitrojen içinde yanan ve 800°C'de (1470°F) titanyum nitrür oluşturmak üzere reaksiyona giren birkaç elementten biridir. Oksijen, azot ve diğer bazı gazlarla yüksek reaktiviteleri nedeniyle titanyum filamentler, titanyum süblimasyon pompalarında bu gazlar için emici olarak kullanılır. Bu pompalar ucuzdur ve UHV sistemlerinde son derece düşük basınçları güvenilir bir şekilde üretir.

Yaygın titanyum içeren mineraller anataz, brokit, ilmenit, perovskit, rutil ve titanittir (sfen). Bu minerallerden sadece rutil ve ilmenit ekonomik öneme sahiptir, ancak bunları bile yüksek konsantrasyonlarda bulmak zordur.

Titanyum göktaşlarında bulunur ve yüzey sıcaklığı 3200°C (5790°F) olan Güneş ve M-tipi yıldızlarda bulunmuştur.

Çeşitli cevherlerden titanyum çıkarmak için şu anda bilinen yöntemler zahmetli ve pahalıdır.

Üretim ve imalat

Şu anda, yaklaşık 50 kalite titanyum ve titanyum alaşımı geliştirilmiş ve kullanılmaktadır. Bugüne kadar, 1-4 sınıfları ticari olarak saf (alaşımsız) olan 31 titanyum metal ve alaşım sınıfı kabul edilmiştir. Oksijen içeriğine bağlı olarak gerilme mukavemetinde farklılık gösterirler, 1. Derece en sünek (%0.18 oksijen ile en düşük gerilme mukavemeti) ve 4. Derece en az sünek (%0.40 oksijen ile maksimum gerilme mukavemeti).

Kalan sınıflar, her biri belirli özelliklere sahip olan alaşımlardır:

plastik;
kuvvet;
sertlik;
elektrik direnci;
spesifik korozyon direnci ve bunların kombinasyonları.

Bu spesifikasyonlara ek olarak titanyum alaşımları da havacılık ve askeri gereksinimleri (SAE-AMS, MIL-T), ISO standartlarını ve ülkeye özgü spesifikasyonları ve havacılık, askeri, tıbbi ve endüstriyel uygulamalar için son kullanıcı gereksinimlerini karşılamak üzere üretilmektedir.

Ticari olarak saf bir yassı ürün (levha, levha) kolayca oluşturulabilir, ancak işleme, metalin bir "hafızası" ve geri dönme eğilimi olduğu gerçeğini hesaba katmalıdır. Bu, özellikle bazı yüksek mukavemetli alaşımlar için geçerlidir.

Titanyum genellikle alaşım yapmak için kullanılır:

alüminyum ile;
vanadyum ile;
bakır ile (sertleştirme için);
demir ile;
manganez ile;
molibden ve diğer metaller ile.

Kullanım alanları

Sac, levha, çubuk, tel, döküm formundaki titanyum alaşımları endüstriyel, havacılık, eğlence ve gelişmekte olan pazarlarda uygulama bulmaktadır. Toz haline getirilmiş titanyum, piroteknikte parlak yanan parçacıkların kaynağı olarak kullanılır.

Titanyum alaşımları yüksek bir çekme mukavemeti-yoğunluk oranına, yüksek korozyon direncine, yorulma direncine, yüksek çatlak direncine ve orta derecede yüksek sıcaklıklara dayanma kabiliyetine sahip olduğundan, uçaklarda, zırhlarda, gemilerde, uzay araçlarında ve roketlerde kullanılır.

Bu uygulamalar için titanyum, kritik yapısal elemanlar, yangın duvarları, iniş takımları, egzoz boruları (helikopterler) ve hidrolik sistemler dahil olmak üzere çeşitli bileşenler üretmek için alüminyum, zirkonyum, nikel, vanadyum ve diğer elementlerle alaşımlanır. Aslında üretilen titanyum metalin yaklaşık üçte ikisi uçak motorlarında ve çerçevelerinde kullanılmaktadır.

Titanyum alaşımları deniz suyu korozyonuna karşı dirençli olduğundan, pervane şaftları, ısı eşanjörü armatürleri vb. yapmak için kullanılırlar. Bu alaşımlar, bilim ve askeriye için okyanus gözlem ve izleme cihazlarının kasalarında ve bileşenlerinde kullanılır.

Yüksek mukavemetleri için kuyu içi ve petrol kuyularında ve nikel hidrometalurjide özel alaşımlar uygulanır. Kağıt hamuru ve kağıt endüstrisi, sodyum hipoklorit veya ıslak klor gazı (ağartmada) gibi zorlu ortamlara maruz kalan proses ekipmanlarında titanyum kullanır. Diğer uygulamalar arasında ultrasonik kaynak, dalga lehimleme bulunur.

Ayrıca bu alaşımlar otomobillerde, özellikle düşük ağırlık, yüksek mukavemet ve sertliğin gerekli olduğu otomobil ve motosiklet yarışlarında kullanılmaktadır.

Titanyum birçok spor ürününde kullanılmaktadır: tenis raketleri, golf sopaları, lakros silindirleri; kriket, hokey, lakros ve futbol kasklarının yanı sıra bisiklet çerçeveleri ve bileşenleri.

Dayanıklılığı nedeniyle titanyum, tasarımcı takıları (özellikle titanyum yüzükler) için daha popüler hale geldi. Hareketsizliği, alerjisi olan veya yüzme havuzu gibi ortamlarda takı takacak kişiler için iyi bir seçimdir. Titanyum ayrıca 24 ayar altın olarak satılabilen bir alaşım üretmek için altınla alaşımlanır, çünkü %1 alaşımlı Ti daha düşük bir kalite gerektirmek için yeterli değildir. Ortaya çıkan alaşım yaklaşık 14 ayar altının sertliğine sahiptir ve saf 24 ayar altından daha güçlüdür.

İhtiyati önlemler

Titanyum yüksek dozlarda bile toksik değildir. Toz halinde veya metal talaşı halinde ciddi bir yangın tehlikesi ve havada ısıtılırsa patlama tehlikesi oluşturur.

Titanyum Alaşımlarının Özellikleri ve Uygulamaları

Aşağıda, sınıflara, özelliklerine, avantajlarına ve endüstriyel uygulamalarına ayrılan en sık karşılaşılan titanyum alaşımlarına genel bir bakış yer almaktadır.

7. sınıf

Grade 7, bir alaşım yapan paladyum ara elementinin eklenmesi dışında, Grade 2 saf titanyuma mekanik ve fiziksel olarak eşdeğerdir. Bu türdeki tüm alaşımlar arasında en yüksek korozyon direnci olan mükemmel kaynaklanabilirlik ve esnekliğe sahiptir.

Sınıf 7, kimyasal işlemlerde ve imalat ekipmanı bileşenlerinde kullanılır.

Derece 11

Sınıf 11, korozyon direncini artırmak için paladyum eklenmesi dışında, onu bir alaşım haline getirmek dışında, Sınıf 1'e çok benzer.

Diğer faydalı özellikler optimum süneklik, mukavemet, tokluk ve mükemmel kaynaklanabilirlik içerir. Bu alaşım, özellikle korozyonun sorun olduğu uygulamalarda kullanılabilir:

kimyasal işleme;
klorat üretimi;
tuzdan arındırma;
deniz uygulamaları.

Ti 6Al-4V sınıf 5

Alaşım Ti 6Al-4V veya 5. sınıf titanyum en yaygın kullanılanıdır. Dünya çapındaki toplam titanyum tüketiminin %50'sini oluşturur.

Kullanım kolaylığı, birçok avantajında yatmaktadır. Ti 6Al-4V, gücünü artırmak için ısıl işleme tabi tutulabilir. Bu alaşım düşük ağırlıkta yüksek mukavemete sahiptir.

Bu kullanılacak en iyi alaşımdır birkaç endüstride havacılık, tıp, denizcilik ve kimyasal işleme endüstrileri gibi. Şunları oluşturmak için kullanılabilir:

havacılık türbinleri;
motor bileşenleri;
uçak yapısal elemanları;
havacılık bağlantı elemanları;
yüksek performanslı otomatik parçalar;
Spor ekipmanları.

Ti 6AL-4V ELI sınıfı 23

23. sınıf - cerrahi titanyum. Ti 6AL-4V ELI veya Grade 23, Ti 6Al-4V'nin daha yüksek saflıkta bir versiyonudur. Rulolardan, şeritlerden, tellerden veya düz tellerden yapılabilir. Yüksek mukavemet, düşük ağırlık, iyi korozyon direnci ve yüksek tokluğun bir kombinasyonunun gerekli olduğu her durum için en iyi seçimdir. Mükemmel hasar direncine sahiptir.

Biyouyumluluğu, iyi yorulma mukavemeti nedeniyle implante edilebilir bileşenler gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılabilir. Bu yapıları imal etmek için cerrahi prosedürlerde de kullanılabilir:

ortopedik pimler ve vidalar;
ligatür için kelepçeler;
cerrahi zımbalar;
yaylar;
ortodontik aletler;
kriyojenik kaplar;
kemik sabitleme cihazları.

12.sınıf

12. sınıf titanyum, mükemmel yüksek kalitede kaynaklanabilirliğe sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda iyi mukavemet sağlayan yüksek mukavemetli bir alaşımdır. 12. sınıf titanyum, 300 serisi paslanmaz çeliklere benzer özelliklere sahiptir.

Çeşitli şekillerde oluşturulabilmesi, onu birçok uygulamada faydalı kılar. Bu alaşımın yüksek korozyon direnci, aynı zamanda üretim ekipmanı için paha biçilmez hale getirir. Sınıf 12 aşağıdaki endüstrilerde kullanılabilir:

ısı eşanjörleri;
hidrometalurjik uygulamalar;
yüksek sıcaklıkta kimyasal üretim;
deniz ve hava bileşenleri.

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn, stabilite ile birlikte iyi kaynaklanabilirlik sağlayabilen bir alaşımdır. Aynı zamanda yüksek sıcaklık stabilitesine ve yüksek mukavemete sahiptir.

Ti 5Al-2.5Sn, ağırlıklı olarak havacılık endüstrisinde ve ayrıca kriyojenik tesislerde kullanılmaktadır.

Titanyum. Kimyasal element, sembol Ti (lat. Titanyum, 1795'te keşfedildi yıl ve Yunan destanı Titan'ın kahramanının adını almıştır.) . seri numarası var 22, atom ağırlığı 47.90, yoğunluk 4.5 g/cm3, erime noktası 1668° C, kaynama noktası 3300 °C

Titanyum 70'den fazla mineralin bir parçasıdır ve en yaygın elementlerden biridir - yer kabuğundaki içeriği yaklaşık %0,6'dır. Görünüşte titanyum çeliğe benzer. Saf metal sünektir ve basınçla kolayca işlenebilir.

Titanyum iki modifikasyonda mevcuttur: bir modifikasyon olarak 882°С'ye kadarα altıgen yoğun bir şekilde paketlenmiş kristal kafes ile ve 882 ° C'nin üzerinde değişiklik stabildirβ vücut merkezli kübik kafes ile.

Titanyum, yüksek mukavemeti düşük yoğunluk ve yüksek korozyon direnci ile birleştirir. Bu nedenle, birçok durumda çelik gibi temel yapısal malzemelere göre önemli avantajlara sahiptir. ve alüminyum . Bir dizi titanyum alaşımı, çok daha düşük yoğunluğa ve daha iyi korozyon direncine sahip çelikten iki kat daha güçlüdür. Bununla birlikte, düşük ısı iletkenliği nedeniyle, büyük sıcaklık farklılıkları koşullarında çalışan yapılar ve parçalar için ve termal yorulma üzerinde çalışırken kullanılması zordur. Titanyumun yapısal bir malzeme olarak dezavantajları, nispeten düşük bir normal elastikiyet modülünü içerir.

Mekanik özellikler büyük ölçüde metalin saflığına ve önceki mekanik ve ısıl işleme bağlıdır. Yüksek saflıkta titanyum iyi plastik özelliklere sahiptir.

Titanyumun karakteristik bir özelliği, gazları aktif olarak emme yeteneğidir - oksijen, azot ve hidrojen. Bu gazlar titanyum içinde bilinen sınırlara kadar çözünür. Zaten küçük oksijen ve nitrojen safsızlıkları titanyumun plastik özelliklerini azaltır. Hafif bir hidrojen karışımı (%0.01-0.005) titanyumun kırılganlığını önemli ölçüde artırır.

Titanyum normal sıcaklıklarda havada stabildir. 400-550'ye ısıtıldığında° Metal ile metal üzerinde sıkıca tutulan ve onu daha fazla oksidasyondan koruyan bir oksit-nitrür filmi ile kaplanmıştır. Daha yüksek sıcaklıklarda, titanyumdaki oksijenin oksidasyon ve çözünme hızı artar.

Titanyum, 600'ün üzerindeki sıcaklıklarda nitrojen ile etkileşime girer.° Bir nitrür filmi oluşumu ile C ( Teneke) ve titanyumdaki katı nitrojen çözeltileri. Titanyum nitrür yüksek bir sertliğe sahiptir ve 2950'de erir°C

Titanyum, katı çözeltiler ve melezler oluşturmak için hidrojeni emer(TiH ve TiH 2 ) . Oksijen ve nitrojenden farklı olarak, neredeyse tüm emilen hidrojen titanyumdan vakumda 1000-1200°C'de ısıtılarak uzaklaştırılabilir.°C

Karbon ve karbonlu gazlar ( CO, CH 4) titanyum ile yüksek sıcaklıkta reaksiyona girer (1000'den fazla° C) sert ve refrakter titanyum karbür oluşumu ile TiC (erime noktası 3140°C ). Karbonun safsızlığı titanyumun mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkiler.

Flor, klor, brom ve iyot, titanyum ile nispeten düşük sıcaklıklarda (100-200° İTİBAREN). Bu durumda uçucu titanyum halojenürler oluşur.

Titanyumun mekanik özellikleri, diğer metallerden çok daha büyük ölçüde, yükün uygulanma hızına bağlıdır. Bu nedenle titanyumun mekanik testi, diğer yapısal malzemelerin testinden daha sıkı düzenlenmiş ve sabit koşullar altında yapılmalıdır.

Titanyumun darbe dayanımı, 200-300 aralığında tavlama üzerine önemli ölçüde artar.° C, diğer özelliklerde gözle görülür bir değişiklik gözlenmez. Titanyumun plastisitesindeki en büyük artış, polimorfik dönüşümün sıcaklığını aşan sıcaklıklardan söndürme ve ardından tavlamadan sonra elde edilir.

Saf titanyum, ısıya dayanıklı malzemelere ait değildir, çünkü artan sıcaklıkla gücü keskin bir şekilde azalır.

Titanyumun önemli bir özelliği, atmosferik gazlar ve hidrojen ile katı çözeltiler oluşturma yeteneğidir. Titanyum havada ısıtıldığında, yüzeyinde, olağan ölçeğe ek olarak, katı bir çözeltiden oluşan bir katman oluşur.α-Ti (alfit tabakası), kalınlığı sıcaklığa ve ısıtma süresine bağlı olan oksijen ile stabilize edilir. Bu katman, ana metal katmandan daha yüksek bir dönüşüm sıcaklığına sahiptir ve parçaların veya yarı mamul ürünlerin yüzeyinde oluşumu kırılgan kırılmaya neden olabilir.

Titanyum ve titanyum bazlı alaşımlar, havada, doğal soğuk ve sıcak tatlı suda, deniz suyunda yüksek korozyon direnci ile karakterize edilir (10 yıl deniz suyuna maruz kalma boyunca titanyum plaka üzerinde pas izi görülmedi), ayrıca kaynatıldığında bile alkali çözeltilerde, inorganik tuzlarda, organik asitlerde ve bileşiklerde olduğu gibi. Titanyum, krom-nikel paslanmaz çeliğe korozyon direncinde benzer. Paslanmaz çelik ve bakır-nikel alaşımları ile temasında deniz suyunda paslanma yapmaz. Titanyumun yüksek korozyon direnci, yüzeyinde metali çevre ile daha fazla etkileşimden koruyan yoğun homojen bir film oluşumu ile açıklanır. Yani seyreltilmiş sülfürik asit (%5'e kadar) titanyum oda sıcaklığında stabildir. Korozyon hızı asit konsantrasyonunun artmasıyla artar, %40'ta maksimuma ulaşır, ardından %60'ta minimuma düşer, %80'de ikinci maksimuma ulaşır ve sonra tekrar düşer.

Seyreltik hidroklorik asitte (%5-10) oda sıcaklığında titanyum oldukça stabildir. Asit konsantrasyonu ve sıcaklık arttıkça titanyumun korozyon hızı hızla artar. Titanyumun hidroklorik asit içindeki korozyonu, küçük miktarlarda oksitleyici ajanların eklenmesiyle büyük ölçüde azaltılabilir.(HNO 3, KMnO 4, K 2 CrO 4, bakır tuzları, demir). Titanyum hidroflorik asitte yüksek oranda çözünür. Alkali çözeltilerde (%20'ye kadar konsantrasyonlar) soğukta ve ısıtıldığında titanyum stabildir.

Yapısal bir malzeme olarak titanyum en yaygın olarak havacılıkta, roket teknolojisinde, gemi yapımında, alet yapımında ve makine mühendisliğinde kullanılmaktadır. Titanyum ve alaşımları yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet özelliklerini korur ve bu nedenle yüksek sıcaklıkta ısıtmaya maruz kalan parçaların imalatında başarıyla kullanılabilir. Bu nedenle, uçağın dış parçaları (motor naselleri, kanatçıklar, dümenler) ve diğer birçok bileşen ve parça, motordan cıvata ve somunlara kadar alaşımlarından yapılır. Örneğin, motorlardan birinde çelik cıvatalar titanyum olanlarla değiştirilirse, motorun kütlesi neredeyse 100 kg azalacaktır.

Titanyum oksit, titanyumu beyaz yapmak için kullanılır. Bu tür badana, aynı miktarda kurşun veya çinko badanadan birkaç kat daha büyük bir yüzeyi boyayabilir. Ayrıca titanyum beyazı zehirli değildir. Titanyum, paslanmaz ve ısıya dayanıklı çeliklerde alaşım elementi olarak dahil olmak üzere metalurjide yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum, nikel ve bakır alaşımlarına titanyum ilavesi, mukavemetlerini arttırır. Kesici aletler için sert alaşımların ayrılmaz bir parçasıdır ve titanyum alaşımlarından yapılmış cerrahi aletler de başarılıdır. Kaynak elektrotlarını kaplamak için titanyum dioksit kullanılır. Titanyum tetraklorür (tetraklorür) askeri işlerde duman perdeleri oluşturmak için ve barış zamanında bahar donlarında bitkileri dezenfekte etmek için kullanılır.

Elektrik ve radyo mühendisliğinde, toz haline getirilmiş titanyum gaz emici olarak kullanılır - 500 ° C'ye ısıtıldığında titanyum gazları kuvvetli bir şekilde emer ve böylece kapalı bir hacimde yüksek bir vakum sağlar.

Titanyum bazı durumlarda kimya endüstrisinde ve gemi yapımında vazgeçilmez bir malzemedir. Agresif sıvıları pompalamaya yönelik parçalar, aşındırıcı ortamlarda çalışan ısı eşanjörleri, çeşitli parçaların anotlanmasında kullanılan süspansiyon cihazları ondan yapılır. Titanyum elektrolitler ve diğer galvanik sıvılarda inerttir ve bu nedenle galvanik banyoların çeşitli parçalarının imalatı için uygundur. Nikel ve kobalt bulamaçları ile yüksek sıcaklık ve basınçlarda temas halinde korozyon ve erozyona karşı yüksek dirence sahip olduğundan, nikel-kobalt tesisleri için hidrometalurjik ekipmanların imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Titanyum oksitleyici ortamlarda en kararlı olanıdır. İndirgeyici ortamda titanyum, koruyucu oksit filminin tahrip olması nedeniyle oldukça hızlı bir şekilde aşınır.

Teknik titanyum ve alaşımları, bilinen tüm basınç işleme yöntemlerine uygundur. Soğuk ve sıcak halde haddelenebilir, damgalanabilir, kıvrılabilir, derin çekilebilir, alevlenebilir. Titanyum ve alaşımlarından çubuklar, çubuklar, şeritler, çeşitli haddelenmiş profiller, dikişsiz borular, tel ve folyo elde edilir.

Titanyumun deformasyon direnci, yapısal çeliklerden veya bakır ve alüminyum alaşımlarından daha yüksektir. Titanyum ve alaşımları, östenitik paslanmaz çeliklerle aynı şekilde basınçla işlenir. Çoğu zaman titanyum 800-1000°C'de dövülür. Titanyumun gaz kontaminasyonundan korunması için ısıtma ve basınç işlemi mümkün olan en kısa sürede gerçekleştirilir. 500°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda hidrojenin titanyum ve alaşımlarına yüksek oranda yayılması nedeniyle, ısıtma oksitleyici bir atmosferde gerçekleştirilir.

Titanyum ve alaşımları, östenitik kalite paslanmaz çeliklere benzer şekilde işlenebilirliği azaltmıştır. Her türlü kesme işleminde en başarılı sonuçlar, düşük hızlarda ve büyük kesme derinliklerinde ve ayrıca yüksek hız çeliklerinden veya sert alaşımlardan yapılmış kesici takımlar kullanıldığında elde edilir. Titanyumun yüksek sıcaklıklardaki yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle, inert gazların (helyum, argon) bir atmosferinde kaynaklanır. Aynı zamanda, sadece erimiş kaynak metalini atmosfer ve gazlarla etkileşimden değil, kaynak yapılacak ürünlerin tüm yüksek derecede ısınan kısımlarını korumak gerekir.

Titanyum ve alaşımlarından döküm üretiminde bazı teknolojik zorluklar ortaya çıkmaktadır.