Značilnosti in lastnosti
Titan je kemični element s simbolom Ti in atomsko številko 22. Je sijoča kovina srebrne barve, nizke gostote in visoke trdnosti. Odporna je proti koroziji v morski vodi in klor.
Element najdemo v številnih mineralnih nahajališčih, predvsem rutilu in ilmenitu, ki so razširjeni v skorji in litosferi.
Titan se uporablja za izdelavo trajnih lahkih zlitin. Dve najbolj uporabni lastnosti kovine sta odpornost proti koroziji in razmerje med trdoto in gostoto, ki je najvišja pri vseh kovinskih elementih. V svojem nelegiranem stanju je ta kovina močna kot nekatera jekla, vendar manj gosta.
Fizikalne lastnosti kovine
To je močna kovina z nizko gostoto, precej duktilno (zlasti v okolju brez kisika), sijoča in kovinsko-bela. Zaradi relativno visokega tališča več kot 1650 ° C (ali 3000 ° F) je uporabna kot ognjevarna kovina. Je paramagnetna in ima precej nizko električno in toplotno prevodnost.
Po Mohsovi lestvici je trdota titana 6. Po tem indikatorju je nekoliko slabša od kaljenega jekla in volframa.
Komercialno čisti (99, 2%) titani imajo končno natezno trdnost okoli 434 MPa, kar ustreza običajnim nizko-kakovostnim jeklenim zlitinam, hkrati pa je titan veliko lažji.
Kemijske lastnosti titana
Kot aluminij in magnezij se titan in njegove zlitine takoj izpostavijo zraku. Počasi reagira z vodo in zrakom pri sobni temperaturi, saj tvori pasivni oksidni premaz, ki ščiti večino kovine pred nadaljnjo oksidacijo.
Atmosferska pasivacija daje titanu odlično odpornost proti koroziji, ki je skoraj enaka platini. Titan je sposoben prenesti napad razredčenih žveplove in klorovodikove kisline, kloridne raztopine in večino organskih kislin.
Titan je eden redkih elementov, ki gori v čistem dušiku in reagira pri 800 ° C (1470 ° F), da tvori titanov nitrid. Zaradi visoke reaktivnosti s kisikom, dušikom in nekaterimi drugimi plini se titanovi filamenti uporabljajo v titanovih sublimacijskih črpalkah kot čistilci teh plinov. Tovrstne črpalke so poceni in zanesljivo proizvajajo izredno nizek tlak v sistemih z visokim vakuumom.
Skupni minerali, ki vsebujejo titan, so anataza, brookit, ilmenit, perovskit, rutil in titanit (sfen). Od teh mineralov sta le rutil in ilmenit gospodarskega pomena, vendar ju je težko najti tudi v visokih koncentracijah.
Titan se nahaja v meteoritih in je bil odkrit na soncu in z zvezdico tipa M s površinsko temperaturo 3200 ° C (5790 ° F).
Trenutno znane metode za ekstrakcijo titana iz različnih rud so dolgotrajne in drage.
Proizvodnja in proizvodnja
Trenutno je bilo razvitih in uporabljenih okoli 50 razredov titana in titanovih zlitin. Danes so priznane 31-titanove kovine in zlitine, od katerih so razredi 1-4 komercialno čisti (nedopirani). Zanje je značilna natezna trdnost, odvisno od vsebnosti kisika, razred 1 pa je najbolj plastičen (najmanjša natezna trdnost z vsebnostjo kisika 0, 18%), razred 4 pa najmanjša plastika (največja natezna trdnost z vsebnostjo kisika 0, 40%). ).
Preostali razredi so zlitine, od katerih ima vsaka posebne lastnosti:
- plastičnost;
- moč;
- trdoto
- električna upornost;
- specifična odpornost proti koroziji in njihove kombinacije.
Poleg teh specifikacij se izdelujejo tudi titanove zlitine za izpolnjevanje zahtev za vesoljsko in vojaško opremo (SAE-AMS, MIL-T), ISO-standarde in specifikacije za posamezne države ter zahteve končnih uporabnikov za vesoljsko, vojaško, medicinsko in industrijsko uporabo.
Komercialno čisti, ploski izdelek (pločevina) se lahko enostavno oblikuje, vendar je treba pri obdelavi upoštevati dejstvo, da ima kovina »spomin« in težnjo, da se vrne nazaj. To še posebej velja za nekatere zlitine visoke trdnosti.
Titan se pogosto uporablja za izdelavo zlitin:
- z aluminijem;
- z vanadijem;
- z bakrom (za utrjevanje);
- z železom;
- z manganom;
- z molibdenom in drugimi kovinami.
Področja uporabe
Titanove zlitine v obliki listov, plošč, palic, žic, ulitkov se uporabljajo v industrijskih, vesoljskih, rekreacijskih in nastajajočih trgih. Titan v prahu se v pirotehniki uporablja kot vir svetlo gorečih delcev.
Ker imajo titanske zlitine visoko razmerje med natezno trdnostjo in gostoto, visoko korozijsko odpornostjo, odpornostjo na utrujenost, visoko odpornostjo na razpoke in zmožnostjo prenašanja zmerno visokih temperatur, se uporabljajo pri letalih, pri rezervaciji, na ladjah, vesoljskih ladjah in raketah.
Za te aplikacije je titan legiran z aluminijem, cirkonijem, nikljem, vanadijem in drugimi elementi za proizvodnjo različnih komponent, vključno s kritičnimi konstrukcijskimi elementi, požarnimi zidovi, šasijo, izpušnimi cevmi (helikopterji) in hidravličnimi sistemi. Dejstvo je, da se približno dve tretjini proizvedenega kovinskega titana uporablja v letalskih motorjih in okvirjih.
Ker so titanove zlitine odporne proti koroziji z morsko vodo, se uporabljajo za izdelavo propelerskih osi, opremljanje izmenjevalcev toplote itd. Te zlitine se uporabljajo v ohišjih in komponentah naprav za opazovanje in spremljanje morja za znanost in vojsko.
Posebne zlitine se uporabljajo v vrtinah in naftnih vrtinah ter v hidrometalurgiji niklja za njihovo visoko trdnost. Industrija celuloze in papirja uporablja titan v procesni opremi, izpostavljeni agresivnim medijem, kot je natrijev hipoklorit ali mokri klorov plin (pri beljenju). Druge aplikacije vključujejo ultrazvočno varjenje, valovno spajkanje.
Poleg tega se te zlitine uporabljajo v avtomobilih, zlasti v avtomobilskih in motorističnih dirkah, kjer sta majhna teža, visoka trdnost in togost izjemno pomembni.
Titan se uporablja v številnih športnih izdelkih: teniških loparjih, golf klubih, lacrosse ramenih; čelade za kriket, hokej, lacrosse in nogomet, pa tudi okvirji za kolesa in komponente.
Zaradi svoje trajnosti je titan postal bolj priljubljen za oblikovalski nakit (zlasti titanove obroče). Zaradi svoje inertnosti je dobra izbira za ljudi z alergijami ali tiste, ki bodo nosili nakit v okoljih, kot so plavalni bazeni. Titan je zlitin zlitin za zlitino, ki se lahko prodaja kot 24-karatno zlato, ker 1% dopiranega Ti ni dovolj za nižjo stopnjo. Nastala zlitina je približno trdota 14-karatnega zlata in je trajnejša od čistega 24-karatnega zlata.
Varnostni ukrepi
Titan je nestrupen tudi v velikih odmerkih . V obliki prahu ali v obliki kovinskih ostružkov predstavlja resno požarno nevarnost in pri segrevanju na zraku obstaja nevarnost eksplozije.
Lastnosti in uporaba titanovih zlitin
Spodaj je pregled najpogostejših titanovih zlitin, ki so razdeljene na razrede, njihove lastnosti, prednosti in industrijske aplikacije.
Razred 7
Razred 7 je mehansko in fizično enakovreden razredu 2 čistega titana, razen dodatka vmesnega elementa paladija, zaradi česar je zlitina. Ima odlično varljivost in elastičnost, najbolj odporno proti koroziji vseh zlitin tega tipa.
Razred 7 se uporablja v kemičnih procesih in komponentah proizvodne opreme.
Razred 11
Razred 11 je zelo podoben razredu 1, razen dodatka paladija za povečanje odpornosti proti koroziji, zaradi česar je zlitina.
Druge uporabne lastnosti vključujejo optimalno duktilnost, trdnost, žilavost in odlično varljivost. Ta zlitina se lahko uporablja zlasti v primerih, ko korozija povzroča težave:
- kemična obdelava;
- proizvodnja klorata;
- razsoljevanje;
- morskih aplikacij.
Ti 6Al-4V, razred 5
Najpogosteje se uporablja zlitina Ti 6Al-4V ali titanov razred 5. Na svetovni ravni predstavlja 50% celotne porabe titana.
Enostavnost uporabe je v številnih prednostih. Ti 6Al-4V lahko toplotno obdelamo, da povečamo njegovo trdnost. Ta zlitina ima visoko trdnost z nizko maso.
Je najboljša zlitina za uporabo v več industrijskih panogah, kot so vesoljska, medicinska, morska in kemična industrija. Uporabite ga lahko za ustvarjanje:
- turbine na letalih;
- komponente motorja;
- strukturni elementi zrakoplova;
- aerospace pritrdilni elementi;
- visoko zmogljivi avtomatski deli;
- športna oprema.
Ti 6AL-4V ELI, razred 23
Razred 23 - kirurški titan. Ti 6AL-4V ELI zlitina ali razred 23 je različica Ti 6Al-4V, ki je bolj čist. Lahko je izdelan iz kolobarjev, žic, žic ali ploščatih žic. To je najboljša izbira za vsako situacijo, ko je potrebna kombinacija visoke trdnosti, nizke mase, dobre korozijske odpornosti in visoke viskoznosti. Ima odlično odpornost na poškodbe.
Uporablja se lahko v biomedicinskih aplikacijah, kot so implantati, zaradi svoje biokompatibilnosti, dobre utrujenosti. Lahko se uporablja tudi v kirurških postopkih za izdelavo takšnih struktur:
- ortopedski zatiči in vijaki;
- sponke za ligature;
- kirurške opornice;
- vzmeti;
- ortodontske naprave;
- kriogene posode;
- naprave za fiksiranje kosti.
Razred 12
Titanov razred 12 ima izjemno visoko kakovost varjenja. Je visoko trdna zlitina, ki zagotavlja visoko trdnost pri visokih temperaturah. Titan iz razreda 12 ima podobne lastnosti kot nerjavna jekla serije 300. \ t
Sposobnost oblikovanja na različne načine je uporabna v številnih aplikacijah. Zaradi visoke korozijske odpornosti te zlitine je tudi neprecenljiva za proizvodno opremo. Razred 12 se lahko uporablja v naslednjih panogah:
- izmenjevalniki toplote;
- hidrometalurške aplikacije;
- kemijska proizvodnja pri visoki temperaturi;
- morske in zračne komponente.
Ti 5Al-2, 5Sn
Ti 5Al-2, 5Sn je zlitina, ki lahko zagotavlja dobro varljivost z uporom. Ima tudi visoko temperaturno stabilnost in visoko trdnost.
Ti 5Al-2, 5Sn se uporablja predvsem v letalski industriji, kot tudi v kriogenih rastlinah.