titaaniseokset. Titaanimetallin käyttö teollisuudessa ja rakentamisessa

19.10.2019

Titaanin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, titaanin saaminen

Titaanin käyttö puhtaassa muodossa ja seosten muodossa, titaanin käyttö yhdisteiden muodossa, titaanin fysiologinen vaikutus

Osa 1. Titaanin historia ja esiintyminen luonnossa.

Titan -Tämä on neljännen ryhmän toissijaisen alaryhmän, D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän neljännen periodin alkuaine, atominumerolla 22. Yksinkertainen aine titaani (CAS-numero: 7440-32-6) on vaalean hopeanvalkoinen metalli. Sitä esiintyy kahdessa kiteisessä muunnelmassa: α-Ti kuusikulmainen tiiviisti tiivistetty hila, β-Ti kuutiomainen kappalekeskeinen tiiviste, polymorfisen muunnoksen α↔β lämpötila on 883 °C. Sulamispiste 1660±20 °C.

Titaanin historia ja esiintyminen luonnossa

Titan on nimetty antiikin kreikkalaisten hahmojen Titaanien mukaan. Saksalainen kemisti Martin Klaproth nimesi sen tällä tavalla henkilökohtaisista syistään, toisin kuin ranskalaiset, jotka yrittivät antaa nimiä alkuaineen kemiallisten ominaisuuksien mukaan, mutta sen jälkeen alkuaineen ominaisuuksia ei tiedetty, joten tällainen nimi valittiin.

Titaani on 10. alkuaine sen lukumäärällä mitattuna planeetallamme. Titaanin määrä maankuoressa on 0,57 painoprosenttia ja 0,001 milligrammaa litrassa merivettä. Titaaniesiintymät sijaitsevat seuraavien alueiden alueella: Etelä-Afrikan tasavalta, Ukraina, Venäjä, Kazakstan, Japani, Australia, Intia, Ceylon, Brasilia ja Etelä-Korea.

Fysikaalisten ominaisuuksien osalta titaani on kevyt hopeanhohtoinen metalli, lisäksi sille on ominaista korkea viskositeetti koneistuksen aikana ja se on taipuvainen tarttumaan leikkuutyökaluun, joten tämän vaikutuksen poistamiseksi käytetään erityisiä voiteluaineita tai ruiskutusta. Huoneenlämmössä se on peitetty läpikuultavalla TiO2-oksidikalvolla, minkä ansiosta se kestää korroosiota useimmissa aggressiivisissa ympäristöissä, paitsi emäksissä. Titaanipölyllä on kyky räjähtää, ja sen leimahduspiste on 400 °C. Titaanilastut ovat syttyviä.

Puhtaan titaanin tai sen seosten valmistukseen käytetään useimmissa tapauksissa titaanidioksidia, johon sisältyy pieni määrä yhdisteitä. Esimerkiksi rutiilikonsentraatti, joka on saatu rikastamalla titaanimalmeja. Mutta rutiilin varat ovat erittäin pienet, ja tässä yhteydessä käytetään ilmeniittirikasteiden käsittelyn aikana saatua ns. synteettistä rutiilia tai titaanikuonaa.

Titaanin löytäjänä pidetään 28-vuotiasta englantilaista munkkia William Gregoria. Vuonna 1790 suorittaessaan mineralogisia tutkimuksia seurakunnassaan hän kiinnitti huomion mustan hiekan yleisyyteen ja epätavallisiin ominaisuuksiin Menakenin laaksossa Lounais-Englannissa ja alkoi tutkia sitä. Hiekasta pappi löysi mustan kiiltävän mineraalin jyviä, joita veti puoleensa tavallinen magneetti. Van Arkelin ja de Boerin vuonna 1925 jodimenetelmällä hankkima puhtain titaani osoittautui sitkeäksi ja teknologiseksi metalliksi, jossa on monia arvokkaita ominaisuuksia, joka herätti monenlaisten suunnittelijoiden ja insinöörien huomion. Vuonna 1940 Croll ehdotti magnesiumtermistä menetelmää titaanin uuttamiseksi malmeista, joka on edelleen tärkein menetelmä. Vuonna 1947 valmistettiin ensimmäiset 45 kg kaupallisesti puhdasta titaania.

Mendelejevin jaksollisessa alkuainejärjestelmässä titaanin sarjanumero on 22. Luonnon titaanin atomimassa sen isotooppien tutkimustuloksista laskettuna on 47.926. Joten neutraalin titaaniatomin ydin sisältää 22 protonia. Neutronien eli neutraalien varautumattomien hiukkasten lukumäärä on erilainen: useammin 26, mutta voi vaihdella välillä 24-28. Siksi titaani-isotooppien määrä on erilainen. Alkuaineen nro 22 isotooppeja tunnetaan nyt yhteensä 13. Luonnon titaani koostuu viiden stabiilin isotoopin seoksesta, titaani-48 on eniten edustettuna, sen osuus luonnonmalmeista on 73,99 %. Titaani ja muut IVB-alaryhmän alkuaineet ovat ominaisuuksiltaan hyvin samanlaisia kuin IIIB-alaryhmän (scandium-ryhmä) elementit, vaikka ne eroavatkin jälkimmäisistä kyvyssään osoittaa suurta valenssia. Titaanin samankaltaisuus skandiumin, yttriumin sekä VB-alaryhmän alkuaineiden - vanadiinin ja niobiumin kanssa ilmenee myös siinä, että titaania löytyy usein luonnollisista mineraaleista yhdessä näiden alkuaineiden kanssa. Yksiarvoisilla halogeeneilla (fluori, bromi, kloori ja jodi) se voi muodostaa di-tri- ja tetrayhdisteitä rikin ja sen ryhmän alkuaineiden (seleeni, telluuri) - mono- ja disulfidien kanssa, hapen kanssa - oksideja, dioksidia ja trioksideja .

Titaani muodostaa myös yhdisteitä vedyn (hydridit), typen (nitridit), hiilen (karbidit), fosforin (fosfidit), arseenin (arsidit) kanssa sekä yhdisteitä monien metallien kanssa - metallien välisiä yhdisteitä. Titaani ei muodosta vain yksinkertaisia, vaan myös lukuisia monimutkaisia yhdisteitä, joista monet sisältävät eloperäinen aine. Kuten voidaan nähdä luettelosta yhdisteistä, joihin titaani voi osallistua, se on kemiallisesti erittäin aktiivinen. Ja samalla titaani on yksi harvoista metalleista, joilla on poikkeuksellisen korkea korroosionkestävyys: se on käytännössä ikuista ilmakehässä, kylmässä ja kiehuvassa vedessä ja kestää hyvin korroosiota. merivettä, useiden suolojen, epäorgaanisten ja orgaanisten happojen liuoksissa. Meriveden korroosionkestävyydeltään se ylittää kaikki metallit, paitsi jalometallit - kulta, platina jne., useimmat ruostumattoman teräksen tyypit, nikkeli, kupari ja muut metalliseokset. Vedessä, monissa aggressiivisissa ympäristöissä, puhdas titaani ei ole alttiina korroosiolle. Kestää titaania ja eroosiokorroosiota, joka johtuu metalliin kohdistuvien kemiallisten ja mekaanisten vaikutusten yhdistelmästä. Tässä suhteessa se ei ole huonompi kuin ruostumattomien terästen, kuparipohjaisten metalliseosten ja muiden rakennemateriaalien parhaat laatuluokat. Titaani kestää myös väsymiskorroosiota, joka usein ilmenee metallin eheyden ja lujuuden rikkomisena (halkeilu, paikalliset korroosiokeskukset jne.). Titaanin käyttäytyminen monissa aggressiivisissa ympäristöissä, kuten typessä, suolahapossa, rikkihapossa, "aqua regiassa" ja muissa hapoissa ja emäksissä, on yllättävää ja ihailtavaa tälle metallille.

Titaani on erittäin tulenkestävä metalli. Kauan sen uskottiin sulavan 1800 °C:ssa, mutta 50-luvun puolivälissä. Englantilaiset tiedemiehet Diardorf ja Hayes määrittelivät sulamispisteen puhtaalle alkuainetitaanille. Sen lämpötila oli 1668 ± 3 °C. Tulenkestävästi titaani on toisella sijalla metallien, kuten volframin, tantaalin, niobiumin, reniumin, molybdeenin, platinoidien, zirkoniumin, jälkeen, ja tärkeimmistä rakennemetalleista se on ensimmäisellä sijalla. Titaanin tärkein ominaisuus metallina ovat sen ainutlaatuiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet: alhainen tiheys, suuri lujuus, kovuus jne. Pääasia, että nämä ominaisuudet eivät muutu merkittävästi korkeissa lämpötiloissa.

Titaani on kevytmetalli, sen tiheys 0°C:ssa on vain 4,517 g/cm8 ja 100°C:ssa 4,506 g/cm3. Titaani kuuluu metallien ryhmään, jonka ominaispaino on alle 5 g/cm3. Tämä sisältää kaikki alkalimetallit(natrium, kadium, litium, rubidium, cesium), joiden ominaispaino on 0,9–1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), alumiini (2,7 g/cm3) jne. Titaani yli 1,5 kertaa raskaampaa kuin alumiini, ja tässä se tietysti häviää, mutta se on 1,5 kertaa kevyempi kuin rauta (7,8 g / cm3). Kuitenkin ottaen tietty painovoima titaani on alumiinin ja raudan välissä, ja se ylittää ne monta kertaa mekaanisilta ominaisuuksiltaan.). Titaanilla on merkittävä kovuus: se on 12 kertaa kovempaa kuin alumiini, 4 kertaa kovempi kuin rauta ja kupari. Toinen metallin tärkeä ominaisuus on sen myötöraja. Mitä korkeampi se on, sitä paremmin tästä metallista valmistetut osat kestävät käyttökuormia. Titaanin myötöraja on lähes 18 kertaa korkeampi kuin alumiinin. Titaaniseosten ominaislujuutta voidaan lisätä kertoimella 1,5–2. Sen korkeat mekaaniset ominaisuudet säilyvät hyvin useiden satojen asteiden lämpötiloissa. Puhdas titaani soveltuu kaikenlaiseen käsittelyyn kuumassa ja kylmässä: sitä voidaan takoa kuten rautaa, vetää ja jopa tehdä lankaksi, rullata levyiksi, teipeiksi ja kalvoiksi jopa 0,01 mm paksuiksi.

Toisin kuin useimmat metallit, titaanilla on merkittävä sähkövastus: jos hopean sähkönjohtavuus on 100, niin kuparin sähkönjohtavuus on 94, alumiinin 60, raudan ja platinan -15 ja titaanin vain 3,8. Titaani on paramagneettinen metalli, se ei magnetisoidu kuten rauta magneettikentässä, mutta sitä ei työnnetä ulos kuin kuparia. Sen magneettinen herkkyys on erittäin heikko, tätä ominaisuutta voidaan käyttää rakentamisessa. Titaanilla on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus, vain 22,07 W / (mK), mikä on noin 3 kertaa pienempi kuin raudan lämmönjohtavuus, 7 kertaa pienempi kuin magnesiumilla, 17-20 kertaa pienempi kuin alumiinilla ja kuparilla. Näin ollen titaanin lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin muiden rakennemateriaalien: 20 C:ssa se on 1,5 kertaa pienempi kuin raudalla, 2 - kuparilla ja melkein 3 - alumiinilla. Siten titaani johtaa huonosti sähköä ja lämpöä.

Meriveden korkean korroosionkestävyyden vuoksi titaania ja sen seoksia käytetään laivanrakennuksessa potkureiden, laivojen pinnoitteiden, sukellusveneiden, torpedojen jne. valmistukseen. Kuoret eivät tartu titaaniin ja sen seoksiin, mikä lisää jyrkästi aluksen vastusta sen liikkuessa. Vähitellen titaanin käyttöalueet laajenevat. Titaania ja sen seoksia käytetään kemian-, petrokemian-, massa- ja paperi- ja elintarviketeollisuudessa, ei-rautametalliteollisuudessa, energiatekniikassa, elektroniikassa, ydinteknologiassa, galvanoinnissa, aseiden valmistuksessa, panssarilevyjen, kirurgisten instrumenttien valmistuksessa, kirurgiset implantit, suolanpoistolaitokset, kilpa-autojen osat, urheiluvälineet (golfmailat, kiipeilyvälineet), kellojen osia ja jopa koruja. Titaanin typpitys johtaa kultaisen kalvon muodostumiseen sen pinnalle, joka ei ole kauneudeltaan huonompi kuin todellinen kulta.

Englantilainen W. Gregor ja saksalainen kemisti M. G. Klaproth löysivät TiO2:n lähes samanaikaisesti ja itsenäisesti. W. Gregor, tutkiessaan magneettisen rautapitoisen hiekan koostumusta (Creed, Cornwall, Englanti, 1791), eristi uuden "maan" (oksidin) tuntemattomasta metallista, jota hän kutsui menakeniksi. Vuonna 1795 saksalainen kemisti Klaproth löysi rutiilista uuden alkuaineen ja antoi sille nimen titaani. Kaksi vuotta myöhemmin Klaproth totesi, että rutiili ja menaken-maa ovat saman alkuaineen oksideja, joiden taakse Klaprothin ehdottama nimi "titaani" jäi. 10 vuoden kuluttua titaanin löytö tapahtui kolmannen kerran. Ranskalainen tiedemies L. Vauquelin löysi titaanin anataasista ja osoitti, että rutiili ja anataasi ovat identtisiä titaanioksideja.

Ensimmäisen metallisen titaanin näytteen hankki vuonna 1825 J. Ya. Berzelius. Titaanin korkean kemiallisen aktiivisuuden ja sen puhdistuksen monimutkaisuuden vuoksi hollantilaiset A. van Arkel ja I. de Boer saivat vuonna 1925 puhtaan Ti-näytteen titaanijodidi TiI4-höyryn lämpöhajotuksella.

Titaani on 10. runsain luonnossa. Maankuoren pitoisuus on 0,57 massaprosenttia, merivedessä 0,001 mg / l. Ultraemäksisessä kivessä 300 g/t, emäksisessä kivessä 9 kg/t, happamassa kivessä 2,3 kg/t, savessa ja liuskeessa 4,5 kg/t. Maankuoressa titaani on lähes aina neliarvoista ja sitä on vain happiyhdisteissä. Se ei esiinny vapaassa muodossa. Titaanilla on sään ja sateen olosuhteissa geokemiallinen affiniteetti Al2O3:lle. Se on keskittynyt säänkuoren bauksiitteihin ja meren savimaisiin sedimentteihin. Titaanin siirto tapahtuu mineraalien mekaanisten fragmenttien ja kolloidien muodossa. Joihinkin saveihin kertyy jopa 30 painoprosenttia TiO2:ta. Titaanimineraalit ovat säänkestäviä ja muodostavat suuria pitoisuuksia paikoilleen. Yli 100 titaania sisältävää mineraalia tunnetaan. Tärkeimmät niistä ovat: rutiili TiO2, ilmeniitti FeTiO3, titanomagnetiitti FeTiO3 + Fe3O4, perovskiitti CaTiO3, titaniitti CaTiSiO5. On olemassa primaarisia titaanimalmeja - ilmeniitti-titanomagnetiitti ja sijoittaja - rutiili-ilmeniitti-zirkoni.

Päämalmit: ilmeniitti (FeTiO3), rutiili (TiO2), titaniitti (CaTiSiO5).

Vuonna 2002 louhitusta titaanista 90 % käytettiin titaanidioksidin TiO2:n valmistukseen. Maailman titaanidioksidin tuotanto oli 4,5 miljoonaa tonnia vuodessa. Vahvistetut titaanidioksidivarannot (ilman Venäjää) ovat noin 800 miljoonaa tonnia.Vuodelle 2006 titaanidioksidilla mitattuna ja ilman Venäjää ilmeniittimalmivarat ovat 603-673 miljoonaa tonnia ja rutiilia. - 49,7- 52,7 miljoonaa tonnia, joten nykyisellä tuotantovauhdilla maailman todistetut titaanivarat (pois lukien Venäjä) riittävät yli 150 vuodeksi.

Venäjällä on maailman toiseksi suurimmat titaanivarat Kiinan jälkeen. Titaanin mineraalivarasto Venäjällä koostuu 20 esiintymästä (joista 11 on primaarisia ja 9 tulvia), jotka ovat melko tasaisesti hajallaan koko maassa. Suurin tutkituista esiintymistä (Jaregskoje) sijaitsee 25 km:n päässä Ukhtan kaupungista (Komin tasavalta). Esiintymän varannon arvioidaan olevan 2 miljardia tonnia malmia, jonka keskimääräinen titaanidioksidipitoisuus on noin 10 %.

Maailman suurin titaanin tuottaja - venäläinen yritys"VSMPO-AVISMA".

Pääsääntöisesti lähtöaine titaanin ja sen yhdisteiden valmistuksessa on titaanidioksidi, jossa on suhteellisen vähän epäpuhtauksia. Erityisesti se voi olla rutiilirikaste, joka saadaan titaanimalmien rikastamisen aikana. Maailman rutiilivarat ovat kuitenkin hyvin rajalliset, ja ilmeniittirikasteiden käsittelyssä saatua ns. synteettistä rutiilia tai titaanikuonaa käytetään useammin. Titaanikuonan saamiseksi ilmeniittirikastetta pelkistetään valokaariuunissa, kun taas rauta erotetaan metallifaasiksi (valurauta), eivätkä pelkistyneet titaanioksidit ja epäpuhtaudet muodostavat kuonafaasia. Rikas kuona käsitellään kloridi- tai rikkihappomenetelmällä.

Puhtaassa muodossa ja seosten muodossa

Titaaninen monumentti Gagarinille Leninski Prospektilla Moskovassa

Metallia käytetään: kemianteollisuudessa (reaktorit, putkistot, pumput, putkiliittimet), sotateollisuudessa (vartalopanssari, panssari ja paloesteet ilmailussa, sukellusveneiden rungot), teolliset prosessit(suolanpoistolaitokset, massa- ja paperiprosessit), autoteollisuus, maatalousteollisuus, elintarviketeollisuus, lävistyskorut, lääketeollisuus (proteesit, osteoproteesit), hammas- ja endodontiset instrumentit, hammasimplantit, urheiluvälineet, korut (Alexander Khomov), matkapuhelimet, kevytmetalliseokset jne. On tärkein rakennemateriaali lentokoneiden, rakettien ja laivanrakennuksessa.

Titaanivalu suoritetaan tyhjiöuuneissa grafiittimuotteissa. Myös tyhjiösijoitusvalua käytetään. Teknisistä vaikeuksista johtuen sitä käytetään taiteellisessa valussa rajoitetusti. Maailman ensimmäinen monumentaalinen valettu titaaniveistos on Juri Gagarinin muistomerkki hänen mukaansa nimetyllä aukiolla Moskovassa.

Titaani on seosteinen lisäaine monissa seosteräksissä ja useimmissa erikoisseoksissa.

Nitinoli (nikkeli-titaani) on muotomuistiseos, jota käytetään lääketieteessä ja tekniikassa.

Titaanialuminidit ovat erittäin hapettumisen- ja lämmönkestäviä, mikä puolestaan määräsi niiden käytön lento- ja autoteollisuudessa rakennemateriaaleina.

Titaani on yksi yleisimmistä suurtyhjiöpumpuissa käytetyistä sitojamateriaaleista.

Valkoista titaanidioksidia (TiO2) käytetään maaleissa (kuten titaanivalkoisessa) sekä paperin ja muovin valmistuksessa. Elintarvikelisäaine E171.

Orgaanisia taaniyhdisteitä (esim. tetrabutoksititaania) käytetään katalyyttinä ja kovettimena kemian- ja maaliteollisuudessa.

Epäorgaanisia titaaniyhdisteitä käytetään kemian-, elektroniikka- ja lasikuituteollisuudessa lisäaineina tai pinnoitteina.

Titaanikarbidi, titaanidiboridi, titaanikarbonitridi ovat tärkeitä komponentteja erittäin kovissa metallien käsittelyssä.

Titaaninitridia käytetään työkalujen, kirkkokupolien päällystämiseen ja pukukorujen valmistukseen, koska. on kullan värinen.

Bariumtitanaatti BaTiO3, lyijytitanaatti PbTiO3 ja monet muut titanaatit ovat ferrosähköisiä aineita.

On olemassa monia titaaniseoksia, joissa on erilaisia metalleja. Lejeerausaineet jaetaan kolmeen ryhmään riippuen niiden vaikutuksesta polymorfisen muunnoslämpötilaan: beeta-stabilisaattorit, alfastabilisaattorit ja neutraalit kovettimet. Ensimmäiset alentavat muunnoslämpötilaa, jälkimmäiset lisäävät sitä, ja jälkimmäiset eivät vaikuta siihen, vaan johtavat matriisin liuoskovettumiseen. Esimerkkejä alfastabilisaattoreista: alumiini, happi, hiili, typpi. Beeta-stabilisaattorit: molybdeeni, vanadiini, rauta, kromi, nikkeli. Neutraalit kovettimet: zirkonium, tina, silikoni. Beeta-stabilisaattorit puolestaan jaetaan beeta-isomorfisiin ja beeta-eutektoideja muodostaviin. Yleisin titaaniseos on Ti-6Al-4V-seos (Venäjän luokituksessa - VT6).

60% - maali;

20% - muovi;

13 % - paperi;

7 % - konetekniikka.

15-25 dollaria kilolta puhtaudesta riippuen.

Karkean titaanin (titaanisienen) puhtaus ja laatu määräytyy yleensä sen kovuuden mukaan, joka riippuu epäpuhtauksien pitoisuudesta. Yleisimmät merkit ovat TG100 ja TG110.

Ferrotitaanin (vähintään 70 % titaania) hinta 22.12.2010 on 6,82 dollaria kilogrammalta. 01.01.2010 hinta oli 5,00 dollarin tasolla kilolta.

Venäjällä titaanin hinnat olivat vuoden 2012 alussa 1200-1500 ruplaa/kg.

Edut:

pieni tiheys (4500 kg / m3) auttaa vähentämään käytetyn materiaalin massaa;

korkea mekaaninen lujuus. On syytä huomata, että klo kohonneet lämpötilat(250-500 °C) titaaniseokset ovat lujuudeltaan parempia kuin lujat alumiini- ja magnesiumseokset;

epätavallisen korkea korroosionkestävyys johtuen titaanin kyvystä muodostaa ohuita (5-15 mikronin) jatkuvia TiO2-oksidikalvoja pinnalle, jotka ovat tiukasti kiinni metallimassaan;

parhaiden titaaniseosten ominaislujuus (lujuuden ja tiheyden suhde) saavuttaa 30-35 tai enemmän, mikä on lähes kaksi kertaa seostettujen terästen ominaislujuus.

Virheet:

korkeat tuotantokustannukset, titaani on paljon kalliimpaa kuin rauta, alumiini, kupari, magnesium;

aktiivinen vuorovaikutus korkeissa lämpötiloissa, erityisesti nestemäisessä tilassa, kaikkien ilmakehän muodostavien kaasujen kanssa, minkä seurauksena titaani ja sen seokset voivat sulaa vain tyhjiössä tai ympäristössä inertit kaasut;

titaanijätteen tuotantoon liittyvät vaikeudet;

huonot kitkanestoominaisuudet johtuen titaanista, joka tarttuu moniin materiaaleihin, titaanin ja titaanin pariksi yhdistetty titaani ei voi toimia kitkan kanssa;

titaanin ja monien sen seosten suuri taipumus vetyhaurastumiseen ja suolakorroosioon;

huono työstettävyys, joka on samanlainen kuin austeniittisten ruostumattomien terästen;

korkea reaktiivisuus, taipumus rakeiden kasvuun korkeassa lämpötilassa ja faasimuutokset hitsausjakson aikana aiheuttavat vaikeuksia titaanin hitsauksessa.

Pääosa titaanista käytetään ilmailu- ja rakettiteknologian sekä laivanrakennuksen tarpeisiin. Titaania (ferrotitaania) käytetään korkealaatuisten terästen seosaineena ja hapettumisenestoaineena. Teknistä titaania käytetään säiliöiden, kemiallisten reaktorien, putkien, liitososien, pumppujen, venttiilien ja muiden aggressiivisissa ympäristöissä toimivien tuotteiden valmistukseen. Korkeissa lämpötiloissa toimivien sähkötyhjiölaitteiden ristikot ja muut osat on valmistettu kompaktista titaanista.

Rakennemateriaalina käytettäessä titaani on neljännellä sijalla, toiseksi vain Al:n, Fe:n ja Mg:n jälkeen. Titaanialuminidit ovat erittäin hapettumisen- ja lämmönkestäviä, mikä puolestaan määräsi niiden käytön lento- ja autoteollisuudessa rakennemateriaaleina. Titaanin biologinen turvallisuus tekee siitä erinomaisen materiaalin elintarviketeollisuuteen ja korjaavaan kirurgiaan.

Titaania ja sen seoksia käytetään laajalti tekniikassa niiden korkean mekaanisen lujuuden, joka säilyy korkeissa lämpötiloissa, korroosionkestävyyden, lämmönkestävyyden, ominaislujuuden, alhaisen tiheyden ja muiden hyödyllisten ominaisuuksien vuoksi. Titaanin ja sen seosten korkeita kustannuksia kompensoi monissa tapauksissa niiden parempi suorituskyky, ja joissakin tapauksissa ne ovat ainoa materiaali, josta on mahdollista valmistaa laitteita tai rakenteita, jotka voivat toimia tietyissä olosuhteissa.

Titaaniseokset ovat tärkeässä roolissa lentotekniikassa, jossa tavoitteena on saada kevyin muotoilu yhdistettynä vaadittavaan lujuuteen. Titaani on muihin metalleihin verrattuna kevyttä, mutta samalla se voi toimia korkeissa lämpötiloissa. Titaaniseoksia käytetään ihon, kiinnitysosien, tehosarjan, alustan osien ja erilaisten yksiköiden valmistukseen. Näitä materiaaleja käytetään myös lentokoneiden suihkumoottoreiden rakentamisessa. Tämän avulla voit vähentää niiden painoa 10-25%. Titaaniseoksia käytetään kompressorin levyjen ja siipien, ilmanotto- ja ohjaussiipien osien sekä kiinnikkeiden valmistukseen.

Titaania ja sen seoksia käytetään myös rakettitieteessä. Silmällä pitäen lyhytaikaista työtä moottorit ja ilmakehän tiheiden kerrosten nopea kulkeminen rakettitieteessä, väsymislujuuden, staattisen kestävyyden ja osittain virumisen ongelmat poistetaan suurelta osin.

Riittämättömän korkean lämmönkestävyyden vuoksi tekninen titaani ei sovellu käytettäväksi ilmailussa, mutta poikkeuksellisen korkean korroosionkestävyyden vuoksi se on joissain tapauksissa korvaamaton kemianteollisuudessa ja laivanrakennuksessa. Joten sitä käytetään kompressorien ja pumppujen valmistuksessa aggressiivisten väliaineiden, kuten rikki- ja suolahappo ja niiden suolat, putkistot, venttiilit, autoklaavit, erilaiset säiliöt, suodattimet jne. Vain titaanilla on korroosionkestävyys sellaisissa väliaineissa kuin märkä kloori, vesi ja happamat liuokset klooria, joten klooriteollisuuden laitteet valmistetaan tästä metallista. Titaanista valmistetaan lämmönvaihtimia, jotka toimivat syövyttävissä ympäristöissä, esim typpihappo(ei savuinen). Laivanrakennuksessa titaania käytetään potkureiden valmistukseen, laivojen, sukellusveneiden, torpedojen jne. Kuoret eivät tartu titaaniin ja sen seoksiin, mikä lisää jyrkästi aluksen vastusta sen liikkuessa.

Titaaniseokset ovat lupaavia käytettäväksi monissa muissa sovelluksissa, mutta niiden käyttöä tekniikassa rajoittaa titaanin korkea hinta ja niukkuus.

Titaaniyhdisteitä käytetään myös laajasti eri teollisuudenaloilla. Titaanikarbidilla on korkea kovuus, ja sitä käytetään leikkaustyökalujen ja hiomamateriaalien valmistuksessa. Valkoista titaanidioksidia (TiO2) käytetään maaleissa (kuten titaanivalkoisessa) sekä paperin ja muovin valmistuksessa. Orgaanisia taaniyhdisteitä (esim. tetrabutoksititaania) käytetään katalyyttinä ja kovettimena kemian- ja maaliteollisuudessa. Epäorgaanisia titaaniyhdisteitä käytetään kemian-, elektroniikka- ja lasikuituteollisuudessa lisäaineena. Titaanidiboridi on tärkeä komponentti erittäin kovissa metallityöstömateriaaleissa. Titaaninitridia käytetään työkalujen pinnoittamiseen.

Titaanin nykyisten korkeiden hintojen vuoksi sitä käytetään pääasiassa sotilasvarusteiden valmistukseen, jossa päärooli ei kuulu kustannuksiin, vaan teknisiin ominaisuuksiin. Käyttökohteita on kuitenkin tiedossa ainutlaatuisia ominaisuuksia titaani kansalaisten tarpeisiin. Kun titaanin hinta laskee ja sen tuotanto kasvaa, tämän metallin käyttö sotilas- ja siviilitarkoituksiin laajenee yhä enemmän.

Ilmailu. Titaanin ja sen seosten alhainen ominaispaino ja suuri lujuus (etenkin korkeissa lämpötiloissa) tekevät niistä erittäin arvokkaita lentomateriaaleja. Lentokoneiden rakentamisessa ja lentokoneiden moottoreiden tuotannossa titaani korvaa yhä enemmän alumiinia ja ruostumatonta terästä. Lämpötilan noustessa alumiini menettää nopeasti lujuutensa. Toisaalta titaanilla on selvä etu lujuuden suhteen jopa 430 °C:n lämpötiloissa, ja tämän luokan kohonneita lämpötiloja esiintyy suuret nopeudet aerodynaamisen lämmityksen takia. Teräksen korvaaminen titaanilla ilmailussa etuna on painon vähentäminen lujuudesta tinkimättä. Yleinen painon aleneminen ja lisääntynyt suorituskyky korotetuissa lämpötiloissa mahdollistavat lentokoneen hyötykuorman, kantomatkan ja ohjattavuuden lisäämisen. Tämä selittää ponnistelut, joilla pyritään laajentamaan titaanin käyttöä lentokoneiden rakentamisessa moottoreiden valmistuksessa, runkojen rakentamisessa, nahkojen ja jopa kiinnikkeiden valmistuksessa.

Suihkumoottoreiden valmistuksessa titaania käytetään pääasiassa kompressorin siipien, turbiinilevyjen ja monien muiden meistettyjen osien valmistukseen. Täällä titaani korvaa ruostumattomat ja lämpökäsitellyt seosteräkset. Kilon säästö moottorin painossa säästää jopa 10 kg koneen kokonaispainossa rungon keventämisen ansiosta. Tulevaisuudessa on tarkoitus käyttää titaanilevyä moottorin polttokammioiden koteloiden valmistukseen.

Lentokoneiden rakentamisessa titaania käytetään laajalti rungon osissa, jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa. Titaanilevyä käytetään kaikenlaisten koteloiden, kaapelien suojavaippojen ja ammusten ohjaimien valmistukseen. Erilaisia jäykistyselementtejä, rungon runkoja, ripoja jne. on valmistettu seostetuista titaanilevyistä.

Suojukset, läpät, kaapelin vaipat ja ammuksen ohjaimet on valmistettu seostamattomasta titaanista. Seostettua titaania käytetään rungon rungon, runkojen, putkistojen ja paloesteiden valmistukseen.

Titaania käytetään yhä enemmän F-86- ja F-100-lentokoneiden valmistuksessa. Jatkossa titaanista valmistetaan laskutelineiden ovia, hydrauliputkia, pakoputkia ja suuttimia, särmiä, läppäjä, taittotukia jne.

Titaanista voidaan valmistaa panssarilevyjä, potkurin lapoja ja kuorilaatikoita.

Tällä hetkellä titaania käytetään sotilaslentokoneiden Douglas X-3 for skin, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 ja Boeing B-52 rakentamisessa.

Titaania käytetään myös siviililentokoneiden DC-7 rakentamisessa. Korvaamalla alumiiniseoksia ja ruostumatonta terästä titaanilla moottorin konepellin ja paloesteiden valmistuksessa Douglas-yhtiö on saavuttanut jo noin 90 kg:n säästöjä lentokonerakenteen painossa. Tällä hetkellä titaaniosien paino tässä lentokoneessa on 2 %, ja tämän luvun odotetaan nousevan 20 prosenttiin lentokoneen kokonaispainosta.

Titaanin käyttö mahdollistaa helikopterien painon vähentämisen. Titaanilevyä käytetään lattioissa ja ovissa. Helikopterin painon (noin 30 kg) merkittävä pudotus saavutettiin korvaamalla seostettu teräs titaanilla sen roottoreiden siipien päällystämiseksi.

Laivasto. Titaanin ja sen seosten korroosionkestävyys tekee niistä erittäin arvokkaan materiaalin merellä. Yhdysvaltain merivoimien ministeriö tutkii laajasti titaanin korroosionkestävyyttä savukaasuille, höyrylle, öljylle ja merivedelle. Titaanin korkealla ominaislujuudella on lähes sama merkitys laivastoasioissa.

Metallin alhainen ominaispaino yhdistettynä korroosionkestävyyteen lisää laivojen ohjattavuutta ja kantamaa sekä alentaa materiaaliosan ylläpito- ja korjauskustannuksia.

Titaanin sovelluksia laivastossa ovat pakoputket sukellusveneiden dieselmoottoreille, instrumenttilevyt, ohutseinäiset putket lauhduttimille ja lämmönvaihtimille. Asiantuntijoiden mukaan titaani, kuten mikään muu metalli, pystyy pidentämään sukellusveneiden pakokaasuvaimentimien käyttöikää. Titaani tarjoaa paremman kestävyyden mittarilevyille, jotka ovat alttiina suolavedelle, bensiinille tai öljylle. Selvitetään mahdollisuutta käyttää titaania lämmönvaihdinputkien valmistukseen, jonka tulisi olla korroosionkestävää putkia ulkoa pesevässä merivedessä ja samalla kestää niiden sisällä virtaavan pakokaasun lauhteen vaikutukset. Harkitaan mahdollisuutta valmistaa titaanista antenneja ja tutkalaitteistojen komponentteja, joiden edellytetään kestävän savukaasujen ja meriveden vaikutuksia. Titaania voidaan käyttää myös osien, kuten venttiilien, potkureiden, turbiinin osien jne., valmistukseen.

Tykistö. Ilmeisesti suurin mahdollinen titaanin kuluttaja voi olla tykistö, jossa eri prototyyppejä tutkitaan parhaillaan intensiivisesti. Tällä alueella vain yksittäisten osien ja titaanista valmistettujen osien valmistus on kuitenkin standardoitua. Erittäin rajoitettu käyttö titaani tykistössä, jolla on laaja tutkimusalue, selittyy sen korkeilla kustannuksilla.

Erilaisia yksityiskohtia on tutkittu tykistö varusteet Mitä tulee mahdollisuuteen korvata tavanomaiset materiaalit titaanilla titaanin hintojen alenemisen perusteella. Päähuomio kiinnitettiin osiin, joissa painonpudotus on olennaista (käsin kuljetettavat ja lentoteitse kuljetettavat osat).

Laastin pohjalevy valmistettu titaanista teräksen sijaan. Tällaisella vaihdolla ja joidenkin muutosten jälkeen kahdesta puolikkaasta koostuvan teräslevyn sijasta, joiden kokonaispaino oli 22 kg, oli mahdollista luoda yksi 11 kg painava osa. Tämän vaihdon ansiosta on mahdollista vähentää huoltohenkilöstön määrää kolmesta kahteen. Mahdollisuutta käyttää titaania aseiden liekinsammuttimien valmistukseen harkitaan.

Titaanista valmistettuja aseen kiinnikkeitä, vaunuristejä ja rekyylisylintereitä testataan. Laaja sovellus titaania voidaan saada ohjattujen ammusten ja ohjusten tuotannossa.

Ensimmäiset titaanin ja sen metalliseosten tutkimukset osoittivat mahdollisuuden valmistaa niistä panssarilevyjä. Teräspanssarin vaihto (paksuus 12,7 mm) titaaninen panssari Sama ammuksen vastus (paksuus 16 mm) mahdollistaa näiden tutkimusten mukaan jopa 25 % painon säästämisen.

Laadukkaat titaaniseokset antavat toivoa mahdollisuudesta korvata teräslevyt samanpaksuisilla titaanilevyillä, mikä säästää painoa jopa 44 %. Teollinen sovellus titaani tarjoaa paremman ohjattavuuden, lisää aseen kuljetusaluetta ja kestävyyttä. Lentoliikenteen nykyinen kehitystaso tekee ilmeisiksi kevyiden panssaroitujen autojen ja muiden titaanista valmistettujen ajoneuvojen edut. Tykistöosasto aikoo varustaa jalkaväen jatkossa titaanista valmistetuilla kypärillä, pistimillä, kranaatinheittimillä ja kädessä pidettävillä liekinheittimillä. Titaaniseosta käytettiin ensimmäisen kerran tykistössä joidenkin automaattisten aseiden mäntien valmistukseen.

Kuljetus. Monet titaanin käytön eduista panssaroitujen materiaalien tuotannossa koskevat myös ajoneuvoja.

Kuljetusalan yritysten tällä hetkellä kuluttamien rakennemateriaalien korvaamisen titaanilla pitäisi johtaa polttoaineen kulutuksen vähenemiseen, hyötykuormakapasiteetin kasvuun, kampimekanismien osien väsymisrajan nousuun jne. rautatiet on välttämätöntä vähentää kuollutta painoa. Liikkuvan kaluston kokonaispainon merkittävä väheneminen titaanin käytöstä säästää pitoa, pienentää kaulan ja akselilaatikoiden mittoja.

Paino on tärkeä myös perävaunuille. Ajoneuvo. Myös teräksen korvaaminen titaanilla akseleiden ja pyörien tuotannossa lisäisi hyötykuormitusta.

Kaikki nämä mahdollisuudet voitaisiin toteuttaa alentamalla titaanin hintaa 15:stä 2-3 dollariin titaanipuolivalmisteiden kilolta.

Kemianteollisuus. Kemianteollisuuden laitteiden valmistuksessa metallin korroosionkestävyys on äärimmäisen tärkeää. On myös välttämätöntä vähentää painoa ja lisätä laitteen lujuutta. Loogisesti pitäisi olettaa, että titaani voisi tarjota useita etuja laitteiden valmistuksessa happojen, alkalien ja epäorgaanisten suolojen kuljettamiseksi siitä. Lisää mahdollisuuksia titaanin käytölle avautuu muun muassa tankkien, pylväiden, suodattimien ja kaikenlaisten korkeapainesylintereiden valmistuksessa.

Titaaniputkien käyttö voi parantaa laboratorioautoklaavien ja lämmönvaihtimien lämmityspatterien tehokkuutta. Titaanin soveltuvuus sylintereiden valmistukseen, joissa kaasuja ja nesteitä varastoidaan paineen alaisena pitkään, on todistettu palamistuotteiden mikroanalyysissä raskaamman lasiputken sijaan (näkyy kuvan yläosassa). Pienen seinämänpaksuutensa ja pienen ominaispainonsa ansiosta tätä putkea voidaan punnita pienemmillä, herkemmillä analyysivaaoilla. Tässä keveyden ja korroosionkestävyyden yhdistelmä parantaa kemiallisen analyysin tarkkuutta.

Muut sovellukset. Titaanin käyttö on tarkoituksenmukaista elintarvike-, öljy- ja sähköteollisuudessa sekä kirurgisten instrumenttien valmistuksessa ja itse kirurgiassa.

Titaanista valmistetut ruoanvalmistuspöydät, höyrytyspöydät ovat laadultaan terästuotteita parempia.

Öljy- ja kaasuporausteollisuudessa korroosion torjunta on erittäin tärkeää, joten titaanin käyttö mahdollistaa korroosion aiheuttamien laitteiden tankojen vaihtamisen harvemmin. Katalyyttisessä tuotannossa ja öljyputkien valmistuksessa on toivottavaa käyttää titaania, joka säilyttää mekaaniset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa ja jolla on hyvä korroosionkestävyys.

Sähköteollisuudessa titaania voidaan käyttää kaapeleiden panssariin sen hyvän ominaislujuuden, korkean sähkövastuksen ja ei-magneettisten ominaisuuksien ansiosta.

Eri teollisuudenaloilla aletaan käyttää titaanista valmistettuja kiinnikkeitä. Titaanin käytön laajentaminen edelleen on mahdollista kirurgisten instrumenttien valmistuksessa pääasiassa sen korroosionkestävyyden vuoksi. Titaaniset instrumentit ovat tässä suhteessa parempia kuin perinteiset kirurgiset instrumentit toistuvasti keitettyinä tai autoklaavina.

Kirurgian alalla titaani osoittautui paremmaksi kuin vitallium ja ruostumattomat teräkset. Titaanin esiintyminen kehossa on melko hyväksyttävää. Levy ja titaanista valmistetut ruuvit luiden kiinnittämiseksi olivat eläimen ruumiissa useita kuukausia ja luu kasvoi ruuvien kierteisiin ja levyn reikään.

Titaanin etu on myös siinä, että levylle muodostuu lihaskudosta.

Noin puolet maailmassa valmistetuista titaanituotteista lähetetään yleensä siviililentokoneteollisuuteen, mutta sen taantuminen tunnettujen traagisten tapahtumien jälkeen pakottaa monet alan toimijat etsimään uusia sovelluksia titaanille. Tämä materiaali edustaa ensimmäistä osaa ulkomaisen metallurgisen lehdistön julkaisujen valikoimasta, joka on omistettu titaanin tulevaisuudennäkymiin nykyaikaisissa olosuhteissa. Yhden johtavista amerikkalaisista titaani RT1 -valmistajista mukaan ilmailu- ja avaruussegmentin osuus titaanin kokonaistuotannosta maailmanlaajuisesti, 50-60 tuhatta tonnia vuodessa, on jopa 40 kulutusta, teollista sovellusta ja sovellusta. osuus on 34 ja sotilasalue 16 ja noin 10 osuus titaanin käytöstä kulutustuotteissa. Titaanin teollisia sovelluksia ovat kemialliset prosessit, energia, öljy- ja kaasuteollisuus sekä suolanpoistolaitokset. Sotilaallisiin ei-ilmailusovelluksiin kuuluu pääasiassa käyttö tykistössä ja taisteluajoneuvoissa. Aloja, joilla titaania käytetään merkittävästi, ovat autoteollisuus, arkkitehtuuri ja rakentaminen, urheiluvälineet ja korut. Melkein kaikki harkoissa oleva titaani tuotetaan Yhdysvalloissa, Japanissa ja IVY-maissa – Euroopan osuus on vain 3,6 maailman kokonaisvolyymista. Titaanin alueelliset loppukäyttömarkkinat vaihtelevat suuresti – useimmat loistava esimerkki Ainutlaatuinen on Japani, jossa siviili-avaruussektorin osuus on vain 2-3 ja se käyttää 30 prosenttia kemiantehtaiden laitteissa ja rakenneosissa käytetystä titaanista. Noin 20 Japanin kokonaiskysynnästä tulee sieltä ydinvoima ja kiinteän polttoaineen voimalaitoksissa loput ovat arkkitehtuurissa, lääketieteessä ja urheilussa. Päinvastainen kuva on havaittavissa Yhdysvalloissa ja Euroopassa, joissa yksinomaan hyvin tärkeä on kulutus ilmailualalla - 60-75 ja 50-60 kullekin alueelle. Yhdysvalloissa perinteisesti vahvoja loppumarkkinoita ovat kemikaalit, lääketieteelliset laitteet, teollisuuslaitteet, kun taas Euroopassa suurin osuus on öljy- ja kaasuteollisuudessa sekä rakennusteollisuudessa. Voimakas riippuvuus ilmailu-avaruusteollisuudesta on ollut pitkään huolenaihe titaaniteollisuudelle, joka yrittää laajentaa titaanisovelluksia erityisesti nykyisessä maailmanlaajuisessa siviili-ilmailun taantumassa. US Geological Surveyn mukaan vuoden 2003 ensimmäisellä neljänneksellä titaanisienen tuonti väheni merkittävästi - vain 1319 tonnia, mikä on 62 tonnia vähemmän kuin 3431 tonnia vuoden 2002 vastaavana ajanjaksona. Ilmailu- ja avaruusteollisuus tulee aina olemaan yksi johtavista titaanimarkkinoista, mutta meidän titaaniteollisuuden on kohdattava haaste ja tehtävä kaikkemme varmistaaksemme, ettei teollisuutemme kehitys- ja taantumasta ilmailualalla. Jotkut titaaniteollisuuden johtavista valmistajista näkevät kasvavia mahdollisuuksia olemassa olevilla markkinoilla, joista yksi on merenalaisten laitteiden ja materiaalien markkinat. RT1:n myynti- ja jakelupäällikön Martin Prokon mukaan titaania on käytetty energia- ja merenalaisessa teollisuudessa pitkään, 1980-luvun alusta lähtien, mutta vasta viimeisen viiden vuoden aikana nämä alueet ovat kehittyneet tasaisesti ja vastaavasti kasvussa. markkinarako. Merenalaisella sektorilla kasvua vetää ensisijaisesti poraukset suuremmissa syvyyksissä, joissa titaani on sopivin materiaali. Sen niin sanotusti vedenalainen elinkaari on viisikymmentä vuotta, mikä vastaa vedenalaisten projektien tavanomaista kestoa. Olemme jo listanneet alueet, joilla titaanin käytön lisääntyminen on todennäköistä. Howmet Ti-Castin myyntipäällikkö Bob Funnell huomauttaa, että markkinoiden nykytilanne voidaan nähdä kasvavina mahdollisuuksina uusilla alueilla, kuten kuorma-autojen, rakettien ja pumppujen turboahtimen pyörivät osat.

Yksi meneillään olevista projekteistamme on BAE Butitzer XM777 -kevyiden tykistöjärjestelmien kehittäminen kaliiperilla 155 mm. Newmet toimittaa 17 28 rakenteellisesta titaanikokoonpanosta kuhunkin aseen kiinnitykseen, ja toimitukset Yhdysvaltain merijalkaväelle on määrä toimittaa elokuussa 2004. Kun aseen kokonaispaino on 9 800 paunaa ja noin 4,44 tonnia, titaani muodostaa noin 2 600 paunaa ja noin 1,18 tonnia titaania sen suunnittelussa - käytetään 6A14U metalliseosta, jossa on suuri määrä valukappaleita, kertoo palotukijärjestelmien johtaja Frank Hrster. BAE Sy81et8. Tämä XM777-järjestelmä korvaa nykyisen M198 Newitzer -järjestelmän, joka painaa noin 17 000 puntaa ja noin 7,71 tonnia. Massatuotantoa suunnitellaan vuosille 2006-2010 - toimitukset on aluksi suunniteltu Yhdysvaltoihin, Iso-Britanniaan ja Italiaan, mutta ohjelmaa on mahdollista laajentaa toimituksiin Naton jäsenmaihin. John Barber Timetista huomauttaa, että esimerkit sotilasvarusteet, joiden suunnittelussa käytetään merkittäviä määriä titaania, ovat Abramé-säiliö ja taistelukone Bradley. Kahden viime vuoden ajan Naton, Yhdysvaltojen ja Britannian yhteinen ohjelma on ollut käynnissä titaanin käytön tehostamiseksi aseissa ja puolustusjärjestelmissä. Kuten useammin kuin kerran on todettu, titaani soveltuu erittäin hyvin käytettäväksi autoteollisuudessa, mutta tämän suunnan osuus on melko vaatimaton - noin 1 kulutetun titaanin kokonaismäärästä eli 500 tonnia vuodessa, italialaisen mukaan. yritys Poggipolini, joka valmistaa titaanisia komponentteja ja osia Formula-1- ja kilpa-moottoripyöriin. Daniele Stoppolini, tämän yrityksen tutkimus- ja kehitysjohtaja, uskoo, että titaanin kysyntä tällä markkinasegmentillä on tällä hetkellä 500 tonnin tasolla, ja tätä materiaalia käytetään massiivisesti venttiilien, jousien, pakojärjestelmien ja voimansiirron rakentamisessa. akselit, pultit, voisivat mahdollisesti nousta tasolle, joka ei ole lähes 16 000 tonnia vuodessa. Hän lisäsi, että hänen yrityksensä on vasta alkamassa kehittää automatisoitua titaanipulttien tuotantoa tuotantokustannusten alentamiseksi. Hänen mukaansa rajoittavia tekijöitä, joiden vuoksi titaanin käyttö ei autoteollisuudessa laajene merkittävästi, ovat kysynnän arvaamattomuus ja epävarmuus raaka-aineiden saatavuudesta. Samaan aikaan autoteollisuudessa on edelleen suuri potentiaalinen markkinarako titaanille, jossa yhdistyvät kierrejousien ja pakokaasujärjestelmien optimaaliset paino- ja lujuusominaisuudet. Valitettavasti Yhdysvaltojen markkinoilla titaanin laajalle käytölle näissä järjestelmissä on ominaista vain melko eksklusiivinen puoliurheilumalli Chevrolet Corvette Z06, joka ei voi millään tavalla väittää olevansa massaauto. Polttoainetalouden ja korroosionkestävyyden jatkuvien haasteiden vuoksi titaanin näkymät ovat kuitenkin edelleen olemassa. Muiden kuin ilmailu- ja ei-sotilaallisten sovellusten markkinoilla hyväksyntää varten sen nimeksi perustettiin äskettäin yhteisyritys UNITI, jonka nimeksi soitetaan sana yhtenäisyys - unity ja Ti - titaanin nimitys jaksollisessa taulukossa osana maailman johtavat titaanin tuottajat - American Allegheny Technologies ja venäläinen VSMPO-Avisma. Nämä markkinat on tarkoituksella suljettu pois, sanoi uuden yrityksen toimitusjohtaja Carl Moulton, koska aiomme tehdä uudesta yrityksestä johtavan toimittajan teollisuudelle, joka käyttää titaanisia osia ja osakokoonpanoja, pääasiassa petrokemianteollisuudessa ja sähköntuotannossa. Lisäksi aiomme markkinoida aktiivisesti suolanpoistolaitteiden, ajoneuvojen, kuluttajatuotteiden ja elektroniikan aloilla. Uskon, että tuotantolaitoksemme täydentävät toisiaan hyvin - VSMPO:lla on erinomaiset valmiudet lopputuotteiden valmistukseen, Alleghenyllä on erinomaiset perinteet kylmä- ja kuumatitaanivalssattujen tuotteiden valmistuksessa. UNITIn osuuden maailmanlaajuisista titaanituotteiden markkinoista odotetaan olevan 45 miljoonaa puntaa eli noin 20 411 tonnia. Lääketieteellisten laitteiden markkinoita voidaan pitää vakaasti kehittyvänä markkinana - British Titanium International Groupin mukaan titaanin vuotuinen pitoisuus eri implanteissa ja proteeseissa on maailmanlaajuisesti noin 1000 tonnia, ja tämä luku kasvaa, kun leikkauksen mahdollisuudet korvata. ihmisten nivelet onnettomuuksien tai vammojen jälkeen. Joustavuuden, lujuuden ja keveyden ilmeisten etujen lisäksi titaani on erittäin yhteensopiva kehon kanssa biologisessa mielessä, koska ihmiskehossa ei ole korroosiota kudoksiin ja nesteisiin. Hammaslääketieteessä myös proteesien ja implanttien käyttö on huimaa vauhtia - kolme kertaa viimeisen kymmenen vuoden aikana, American Dental Associationin mukaan, suurelta osin titaanin ominaisuuksien vuoksi. Vaikka titaanin käyttö arkkitehtuurissa on jo yli 25 vuotta vanha, sen laaja käyttö tällä alueella alkoi vasta vuonna viime vuodet. Arabiemiirikuntien Abu Dhabin lentokentän laajennus, joka on määrä valmistua vuonna 2006, käyttää jopa 1,5 miljoonaa puntaa noin 680 tonnia titaania. Melko paljon erilaisia titaania käyttäviä arkkitehtuuri- ja rakennusprojekteja suunnitellaan toteutettavaksi paitsi kehittyneissä maissa Yhdysvalloissa, Kanadassa, Isossa-Britanniassa, Saksassa, Sveitsissä, Belgiassa, Singaporessa, mutta myös Egyptissä ja Perussa.

Kuluttajatuotteiden markkinasegmentti on tällä hetkellä nopeimmin kasvava segmentti titaanimarkkinoilla. Kun 10 vuotta sitten tämä segmentti oli vain 1-2 titaanimarkkinoista, nyt se on kasvanut 8-10 markkinaosaan. Kaiken kaikkiaan kulutustavarateollisuudessa titaanin kulutus kasvoi noin kaksinkertaisesti koko titaanimarkkinoiden vauhtia. Titaanin käyttö urheilussa on pisin, ja sillä on suurin osuus titaanin käytöstä kuluttajatuotteissa. Syy titaanin suosioon urheiluvälineissä on yksinkertainen - sen avulla voit saada paino- ja voimasuhteen, joka on parempi kuin mitä tahansa muuta metallia. Titaanin käyttö polkupyörissä alkoi noin 25-30 vuotta sitten ja oli ensimmäinen titaanin käyttö urheiluvälineissä. Pääasiassa käytetään Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 metalliseosputkia. Muita titaaniseoksesta valmistettuja osia ovat jarrut, ketjupyörät ja istuinjouset. Titaanin käyttö golfmailojen valmistuksessa alkoi 80-luvun lopulla ja 90-luvun alussa Japanin mailojen valmistajien toimesta. Ennen vuosia 1994-1995 tämä titaanin käyttö oli käytännössä tuntematon Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Tilanne muuttui, kun Callaway esitteli Ruger Titanium -titaanikuvan, nimeltään Great Big Bertha. Callawayn ilmeisten etujen ja hyvin harkitun markkinoinnin ansiosta titaanitikuista tuli välitön hitti. Lyhyessä ajassa titaanimailat ovat muuttuneet pienen golfaajaryhmän eksklusiivisista ja kalliista laitteista useimpien golfaajien laajaan käyttöön, vaikka ne ovat edelleen kalliimpia kuin teräsmailat. Haluaisin antaa mielestäni tärkeimmät golfmarkkinoiden kehitystrendit; se siirtyi korkeasta teknologiasta massatuotantoon lyhyessä 4-5 vuodessa seuraten muiden korkean työvoimakustannusten alojen polkua kuten vaatteiden, lelujen ja kulutuselektroniikan tuotanto, golfmailojen valmistus meni halvimman työvoiman maihin ensin Taiwaniin, sitten Kiinaan, ja nyt tehtaita rakennetaan maihin, joissa on vielä halvempaa työvoimaa, kuten Vietnam ja Thaimaa. , titaania käytetään ehdottomasti kuljettajiin, joissa sen ylivoimaiset ominaisuudet antavat selkeän edun ja oikeuttavat korkeamman hinnan. Titaani ei kuitenkaan ole vielä löytänyt kovin laajaa käyttöä myöhemmissä mailoissa, koska merkittävää kustannusten nousua ei vastaa vastaava pelin parantuminen.Tällä hetkellä ohjaimet valmistetaan pääosin taotulla iskupinnalla, taotulla tai valetulla kannella ja valulla. Hiljattain Golfammattiliiton ROA salli nostaa ns. paluukertoimen ylärajaa, jonka yhteydessä kaikki mailojen valmistajat yrittävät lisätä iskupinnan jousiominaisuuksia. Tätä varten on tarpeen vähentää iskupinnan paksuutta ja käyttää siihen vahvempia metalliseoksia, kuten SP700, 15-3-3-3 ja VT-23. Keskitytään nyt titaanin ja sen seosten käyttöön muissa urheiluvälineissä. Kilpapyörän putket ja muut osat on valmistettu ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V seoksesta. Sukellusveitsien valmistuksessa käytetään yllättävän paljon titaanilevyä. Useimmat valmistajat käyttävät Ti6Al-4V-seosta, mutta tämä seos ei tarjoa terän reunojen kestävyyttä kuten muut vahvemmat seokset. Jotkut valmistajat ovat siirtymässä käyttämään BT23-seosta.

Titaanisten sukellusveitsien vähittäismyyntihinta on noin 70-80 dollaria. Valetut titaanihevosenkengät vähentävät merkittävästi painoa teräkseen verrattuna ja tarjoavat samalla tarvittavan lujuuden. Valitettavasti tämä titaanin käyttö ei toteutunut, koska titaanihevosenkengät kimmelsivät ja pelottivat hevosia. Harvat suostuvat käyttämään titaanihevosenkenkiä ensimmäisten epäonnistuneiden kokeiden jälkeen. Titanium Beach, jonka kotipaikka on Newport Beach, Kalifornia, Newport Beach, Kalifornia, on kehittänyt Ti6Al-4V-seoksesta valmistettuja luistinteriä. Valitettavasti tässäkin ongelmana on terien reunan kestävyys. Uskon, että tällä tuotteella on mahdollisuus elää, jos valmistajat käyttävät vahvempia metalliseoksia, kuten 15-3-3-3 tai BT-23. Titaania käytetään laajalti vuorikiipeilyssä ja patikoinnissa, lähes kaikissa tavaroissa, joita kiipeilijät ja retkeilijät kantavat repuissaan pullot, kupit vähittäismyyntihinta 20-30 dollaria, ruoanlaittosarjat vähittäismyyntihinta noin 50 dollaria, astiasto on valmistettu enimmäkseen kaupallisesti puhtaasta 1. ja 2. titaanista. Muita esimerkkejä kiipeily- ja retkeilyvarusteista ovat kompaktit uunit, telttatelineet ja -telineet, jääkirjeet ja jääruuvit. Asevalmistajat ovat hiljattain alkaneet tuottaa titaanisia pistooleja sekä urheiluammuntaan että lainvalvontatarkoituksiin.

Kulutuselektroniikka on melko uusi ja nopeasti kasvava markkina-alue titaanille. Monissa tapauksissa titaanin käyttö kulutuselektroniikassa ei johdu sen erinomaisista ominaisuuksista, vaan myös tuotteiden houkuttelevasta ulkonäöstä. Kaupallisesti puhdasta Grade 1 titaania käytetään kannettavien tietokoneiden, matkapuhelimien, plasma-taulutelevisioiden ja muiden elektronisten laitteiden koteloiden valmistukseen. Titaanin käyttö kaiuttimien rakenteessa tarjoaa paremmat akustiset ominaisuudet, koska titaani on terästä kevyempää, mikä lisää akustista herkkyyttä. Titaanikellot, jotka japanilaiset valmistajat toivat markkinoille ensimmäisen kerran, ovat nyt yksi edullisimmista ja tunnetuimmista kuluttajatitaanituotteista. Maailmanlaajuinen titaanin kulutus perinteisten ja niin sanottujen puettavien korujen valmistuksessa mitataan useissa kymmenissä tonneissa. Yhä useammin voit löytää titaania hääsormukset, ja tietysti ihmiset, jotka käyttävät koruja vartalollaan, ovat yksinkertaisesti velvollisia käyttämään titaania. Titaania käytetään laajalti merikiinnikkeiden ja liitosten valmistuksessa, jossa korkean korroosionkestävyyden ja lujuuden yhdistelmä on erittäin tärkeä. Los Angelesissa sijaitseva Atlas Ti valmistaa laajan valikoiman näitä tuotteita VTZ-1-seoksesta. Titaanin käyttö työkalujen valmistuksessa alkoi Neuvostoliitossa ensimmäisen kerran 80-luvun alussa, jolloin hallituksen ohjeiden mukaan tehtiin kevyitä ja käteviä työkaluja helpottamaan työntekijöiden työtä. Neuvostoliiton titaanituotannon jättiläinen, Verkhne-Saldinskoye Metal Processing Production Association, tuotti tuolloin titaanilapioita, naulanvetäjiä, kiinnikkeitä, kirvejä ja avaimia.

Myöhemmin japanilaiset ja amerikkalaiset työkaluvalmistajat alkoivat käyttää titaania tuotteissaan. Ei niin kauan sitten VSMPO allekirjoitti sopimuksen Boeingin kanssa titaanilevyjen toimittamisesta. Tällä sopimuksella oli epäilemättä erittäin myönteinen vaikutus titaanituotannon kehitykseen Venäjällä. Titaania on käytetty laajasti lääketieteessä useiden vuosien ajan. Edut ovat lujuus, korroosionkestävyys ja mikä tärkeintä, jotkut ihmiset ovat allergisia nikkelille, joka on ruostumattomien terästen olennainen ainesosa, kun taas kukaan ei ole allerginen titaanille. Käytetyt seokset ovat kaupallisesti puhdasta titaania ja Ti6-4Eliä. Titaania käytetään kirurgisten instrumenttien, sisäisten ja ulkoisten proteesien valmistuksessa, mukaan lukien kriittiset, kuten sydänläppä. Kaivosauvat ja pyörätuolit on valmistettu titaanista. Titaanin käyttö taiteessa juontaa juurensa vuoteen 1967, jolloin Moskovaan pystytettiin ensimmäinen titaanimonumentti.

Tällä hetkellä lähes kaikille mantereille on pystytetty huomattava määrä titaanimonumentteja ja -rakennuksia, mukaan lukien sellaisia kuuluisia kuin Guggenheim-museo, jonka arkkitehti Frank Gehry rakensi Bilbaoon. Materiaali on erittäin suosittu taiteen ihmisten keskuudessa värinsä vuoksi, ulkomuoto, lujuus ja korroosionkestävyys. Näistä syistä titaania käytetään matkamuistoissa ja pukukorujen lyhyttavaratuotteissa, joissa se kilpailee menestyksekkäästi jalometallien, kuten hopean ja jopa kullan, kanssa. RTi:n Martin Prokon mukaan titaanisienen keskihinta Yhdysvalloissa on 3,80 puntaa, Venäjällä 3,20 puntaa. Lisäksi metallin hinta on erittäin riippuvainen kaupallisen ilmailuteollisuuden syklisyydestä. Monien projektien kehitys voi nopeutua dramaattisesti, jos löydetään keinoja alentaa titaanin tuotannon ja käsittelyn, romun käsittely- ja sulatustekniikoiden kustannuksia, sanoi Markus Holz, saksalaisen Deutshe Titanin toimitusjohtaja. British Titanium on samaa mieltä siitä, että korkeat tuotantokustannukset estävät titaanituotteiden laajentumista ja että monia parannuksia on tehtävä ennen kuin titaania voidaan valmistaa massatuotantona. nykyaikaiset tekniikat.

Yksi askel tähän suuntaan on ns. FFC-prosessin kehittäminen, joka on uusi elektrolyyttinen prosessi metallisen titaanin ja metalliseosten valmistukseen, jonka kustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat. Daniele Stoppolinin mukaan titaaniteollisuuden kokonaisstrategia edellyttää kullekin uudelle markkina-alueelle sopivimpien metalliseosten, tuotantoteknologian ja titaanin sovelluksen kehittämistä.

Lähteet

Wikipedia - vapaa tietosanakirja, Wikipedia

metotech.ru - Metotekniikka

housetop.com - Talon alkuun

atomsteel.com – Atom-tekniikka

domremstroy.ru - DomRemStroy

- jakson ryhmän 4 elementti 4. Siirtymämetallilla on sekä emäksisiä että happamia ominaisuuksia, se on melko laajalle levinnyt luonnossa - 10. sija. Kansantalouden kannalta kiinnostavin on metallin korkean kovuuden ja keveyden yhdistelmä, mikä tekee siitä välttämättömän elementin lentokoneteollisuudelle. Tämä artikkeli kertoo sinulle titaanimetallin merkinnöistä, seostamisesta ja muista ominaisuuksista, antaa yleiskuvauksen ja mielenkiintoisia faktoja siitä.

Ulkonäöltään metalli muistuttaa eniten terästä, mutta sen mekaaniset ominaisuudet ovat korkeammat. Samalla titaani erottuu pienestä painostaan - molekyylipainosta 22. Alkuaineen fysikaalisia ominaisuuksia on tutkittu melko hyvin, mutta ne riippuvat voimakkaasti metallin puhtaudesta, mikä johtaa merkittäviin poikkeamiin.

Lisäksi sen erityisillä kemiallisilla ominaisuuksilla on merkitystä. Titaani kestää emäksiä, typpihappoa ja on samalla kiivaasti vuorovaikutuksessa kuivien halogeenien ja korkeammissa lämpötiloissa hapen ja typen kanssa. Vielä pahempaa, se alkaa imeä vetyä jopa huoneenlämpötilassa, jos siellä on aktiivinen pinta. Ja sulassa se imee happea ja vetyä niin voimakkaasti, että sulatus on suoritettava tyhjiössä.

Toinen tärkeä fyysiset ominaisuudet määräävä ominaisuus on tilan 2 vaiheen olemassaolo.

Matala lämpötila- α-Ti:ssä on kuusikulmainen tiiviisti pakattu hila, aineen tiheys on 4,55 g / cu. cm (20 C:ssa).
korkea lämpötila- β-Ti:lle on ominaista kehokeskeinen kuutiohila, faasitiheys on vastaavasti pienempi - 4,32 g / cu. katso (900 C:ssa).

Faasimuutoslämpötila - 883 C.

Normaaleissa olosuhteissa metalli on peitetty suojaavalla oksidikalvolla. Sen puuttuessa titaani on suuri vaara. Joten titaanipöly voi räjähtää, tällaisen salaman lämpötila on 400 C. Titaanisirut ovat palovaarallisia aineita ja niitä varastoidaan erityisessä ympäristössä.

Alla oleva video kertoo titaanin rakenteesta ja ominaisuuksista:

Titaanin ominaisuudet ja ominaisuudet

Titaani on ylivoimaisesti vahvin kaikista olemassa olevista tekniset materiaalit, joten huolimatta hankinnan monimutkaisuudesta ja korkeista turvallisuusvaatimuksista, sitä käytetään melko laajasti. Elementin fyysiset ominaisuudet ovat melko epätavallisia, mutta riippuvat suuresti puhtaudesta. Siten puhdasta titaania ja seoksia käytetään aktiivisesti raketti- ja lentokoneteollisuudessa, kun taas tekninen titaani ei sovellu, koska se menettää lujuutta korkeissa lämpötiloissa epäpuhtauksien takia.

metallin tiheys

Aineen tiheys vaihtelee lämpötilan ja faasin mukaan.

Lämpötiloissa 0 °C:sta sulamispisteeseen se laskee 4,51:stä 4,26 g:aan / cu. cm, ja vaihesiirron aikana lisäät sitä 0,15% ja pienennät sitten uudelleen.
Nestemäisen metallin tiheys on 4,12 g/cu. cm ja laskee sitten lämpötilan noustessa.

Sulamis- ja kiehumispisteet

Faasimuutos erottaa kaikki metallin ominaisuudet ominaisuuksiin, joita α- ja β-faasit voivat osoittaa. Joten tiheys 883 C asti viittaa a-faasin ominaisuuksiin ja sulamis- ja kiehumispisteet - β-faasin parametreihin.

Titaanin sulamispiste (asteina) on 1668+/-5 C;
Kiehumispiste saavuttaa 3227 C.

Tässä videossa käsitellään titaanin palamista:

Mekaaniset ominaisuudet

Titaani on noin 2 kertaa vahvempaa kuin rauta ja 6 kertaa vahvempi kuin alumiini, mikä tekee siitä niin arvokkaan rakennemateriaalin. Eksponentit viittaavat α-vaiheen ominaisuuksiin.

Aineen vetolujuus on 300–450 MPa. Indikaattoria voidaan nostaa 2000 MPa:iin lisäämällä joitain elementtejä sekä turvautumalla erityiseen käsittelyyn - kovettumiseen ja vanhenemiseen.

Mielenkiintoista on, että titaani säilyttää korkean ominaislujuuden jopa alhaisissa lämpötiloissa. Lisäksi lämpötilan laskeessa taivutuslujuus kasvaa: +20 C:ssa indikaattori on 700 MPa ja -196 - 1100 MPa.

Metallin elastisuus on suhteellisen alhainen, mikä on aineen merkittävä haittapuoli. Kimmomoduuli klo normaaleissa olosuhteissa 110,25 GPa. Lisäksi titaanille on ominaista anisotropia: elastisuus eri suuntiin saavuttaa eri arvot.
Aineen kovuus HB-asteikolla on 103. Lisäksi tämä indikaattori on keskiarvo. Metallin puhtaudesta ja epäpuhtauksien luonteesta riippuen kovuus voi olla suurempi.
Ehdollinen myötöraja on 250–380 MPa. Mitä korkeampi tämä indikaattori, sitä paremmin aineen tuotteet kestävät kuormituksia ja sitä paremmin ne kestävät kulumista. Titaanin indeksi ylittää alumiinin indeksin 18 kertaa.

Verrattuna muihin metalleihin, joissa on sama hila, metallilla on erittäin hyvä sitkeys ja muokattavuus.

Lämpökapasiteetti

Metallille on ominaista alhainen lämmönjohtavuus, joten asiaankuuluvilla alueilla - esimerkiksi lämpöelektrodien valmistusta ei käytetä.

Sen lämmönjohtavuus on 16,76 l, W / (m × deg). Tämä on 4 kertaa vähemmän kuin rauta ja 12 kertaa vähemmän kuin rauta.
Mutta titaanin lämpölaajenemiskerroin on mitätön normaalilämpötilassa ja kasvaa lämpötilan noustessa.
Metallin lämpökapasiteetti on 0,523 kJ/(kg K).

Sähköiset ominaisuudet

Kuten usein tapahtuu, alhainen lämmönjohtavuus johtaa alhaiseen sähkönjohtavuuteen.

Metallin sähkövastus on erittäin korkea - 42,1·10 -6 ohm·cm normaaleissa olosuhteissa. Jos pidämme hopean johtavuutta 100%, niin titaanin johtavuus on 3,8%.
Titaani on paramagneetti, eli sitä ei voida magnetoida kentällä, kuten rautaa, vaan myös työntää pois kentästä, koska se ei tule. Tämä ominaisuus pienenee lineaarisesti lämpötilan laskiessa, mutta ylitettyään minimin, kasvaa jonkin verran. Ominaismagneettinen suskeptibiliteetti on 3,2 10 -6 G -1. On huomattava, että herkkyys, samoin kuin elastisuus, muodostaa anisotropiaa ja muuttuu suunnasta riippuen.

3,8 K:n lämpötilassa titaanista tulee suprajohde.

Korroosionkestävyys

Normaaleissa olosuhteissa titaanilla on erittäin korkeat korroosionesto-ominaisuudet. Ilmassa se on peitetty 5–15 mikronia paksulla titaanioksidikerroksella, joka tarjoaa erinomaisen kemiallisen inertin. Metalli ei syöpy ilmassa, meri-ilmassa, merivedessä, märässä kloorissa, kloorivedessä ja monissa muissa teknisissä ratkaisuissa ja reagensseissa, mikä tekee materiaalista välttämättömän kemian-, paperi- ja öljyteollisuudessa.

Kun lämpötila nousee tai metallia hiotaan voimakkaasti, kuva muuttuu dramaattisesti. Metalli reagoi lähes kaikkien ilmakehän muodostavien kaasujen kanssa, ja nestemäisessä tilassa se myös absorboi niitä.

Turvallisuus

Titaani on yksi biologisesti inertteimmistä metalleista. Lääketieteessä sitä käytetään proteesien valmistukseen, koska se on korroosionkestävä, kevyt ja kestävä.

Titaanidioksidi ei ole niin turvallinen, vaikka sitä käytetään paljon useammin - esimerkiksi kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudessa. Joidenkin raporttien mukaan - UCLA, patologian professori Robert Shistlen tutkimus, titaanidioksidin nanohiukkaset vaikuttavat geneettiseen laitteistoon ja voivat edistää syövän kehittymistä. Lisäksi aine ei tunkeudu ihon läpi, joten dioksidia sisältävien aurinkovoiteiden käyttö ei aiheuta vaaraa, mutta elimistön sisälle - elintarvikevärien, biologisten lisäaineiden kanssa - pääsevä aine voi olla vaarallista.

Titaani on ainutlaatuisen vahva, kova ja kevyt metalli, jolla on erittäin mielenkiintoisia kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia. Tämä yhdistelmä on niin arvokas, että edes titaanin sulatuksen ja jalostuksen vaikeudet eivät estä valmistajia.

Tämä video kertoo kuinka erottaa titaani teräksestä:

Osa 1. Titaanin historia ja esiintyminen luonnossa.

Titaani — Tämä on neljännen ryhmän sivualaryhmän elementti, D. I. Dmitri Ivanovitš Mendelejevin jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän neljäs jakso, atominumerolla 22. Yksinkertainen aine titaani(CAS-numero: 7440-32-6) - vaalean hopeanvalkoinen. Sitä esiintyy kahdessa kiteisessä muunnelmassa: α-Ti kuusikulmainen tiiviisti tiivistetty hila, β-Ti kuutiomainen kappalekeskeinen tiiviste, polymorfisen muunnoksen α↔β lämpötila on 883 °C. Sulamispiste 1660±20 °C.

Titaanin historia ja esiintyminen luonnossa

Titaani on nimetty antiikin kreikkalaisten hahmojen Titaanien mukaan. Saksalainen kemisti Martin Klaproth nimesi sen tällä tavalla henkilökohtaisista syistään, toisin kuin ranskalaiset, jotka yrittivät antaa nimiä alkuaineen kemiallisten ominaisuuksien mukaan, mutta sen jälkeen alkuaineen ominaisuuksia ei tiedetty, joten tällainen nimi valittiin.

Titaani on 10. alkuaine sen lukumäärällä mitattuna planeetallamme. Titaanin määrä maankuoressa on 0,57 painoprosenttia ja 0,001 milligrammaa litrassa merivettä. Titaaniesiintymät sijaitsevat seuraavien alueiden alueella: Etelä-Afrikan tasavalta, Ukraina, Venäjän federaatio, Kazakstan, Japani, Australia, Intia, Ceylon, Brasilia ja Etelä-Korea.

Fysikaalisten ominaisuuksiensa mukaan titaani on vaaleanhopeaa metalli- Lisäksi sille on ominaista korkea viskositeetti koneistuksen aikana ja se on taipuvainen tarttumaan leikkuutyökaluun, joten tämän vaikutuksen poistamiseksi käytetään erityisiä voiteluaineita tai ruiskutusta. Huoneenlämmössä se on peitetty läpikuultavalla TiO2-oksidikalvolla, minkä ansiosta se kestää korroosiota useimmissa aggressiivisissa ympäristöissä, paitsi emäksissä. Titaanipölyllä on kyky räjähtää, ja sen leimahduspiste on 400 °C. Titaanilastut ovat syttyviä.

Titaanin löytäjänä pidetään 28-vuotiasta englantilaista munkkia William Gregoria. Suorittaessaan mineralogisia tutkimuksia seurakunnassaan vuonna 1790 hän kiinnitti huomion mustan hiekan yleisyyteen ja epätavallisiin ominaisuuksiin Menakenin laaksossa Lounais-Britanniassa ja alkoi tutkia sitä. AT hiekka pappi löysi mustan kiiltävän mineraalin rakeita, joita veti puoleensa tavallinen magneetti. Van Arkelin ja de Boerin vuonna 1925 jodimenetelmällä hankkima puhtain titaani osoittautui sitkeäksi ja teknologiseksi. metalli- monia arvokkaita ominaisuuksia, jotka herättivät monenlaisten suunnittelijoiden ja insinöörien huomion. Vuonna 1940 Croll ehdotti magnesiumtermistä menetelmää titaanin uuttamiseksi malmeista, joka on edelleen tärkein menetelmä. Vuonna 1947 valmistettiin ensimmäiset 45 kg kaupallisesti puhdasta titaania.

Elementtien jaksollisessa taulukossa Mendelejev Dmitri Ivanovitš titaanin sarjanumero on 22. Luonnontitaanin atomimassa sen isotooppien tutkimustuloksista laskettuna on 47.926. Joten neutraalin titaaniatomin ydin sisältää 22 protonia. Neutronien eli neutraalien varautumattomien hiukkasten lukumäärä on erilainen: useammin 26, mutta voi vaihdella välillä 24-28. Siksi titaani-isotooppien määrä on erilainen. Alkuaineen nro 22 isotooppeja tunnetaan nyt yhteensä 13. Luonnon titaani koostuu viiden stabiilin isotoopin seoksesta, titaani-48 on eniten edustettuna, sen osuus luonnonmalmeista on 73,99 %. Titaani ja muut IVB-alaryhmän alkuaineet ovat ominaisuuksiltaan hyvin samanlaisia kuin IIIB-alaryhmän (scandium-ryhmä) elementit, vaikka ne eroavatkin jälkimmäisistä kyvyssään osoittaa suurta valenssia. Titaanin samankaltaisuus skandiumin, yttriumin sekä VB-alaryhmän alkuaineiden - vanadiinin ja niobiumin kanssa ilmenee myös siinä, että titaania löytyy usein luonnollisista mineraaleista yhdessä näiden alkuaineiden kanssa. Yksiarvoisilla halogeeneilla (fluori, bromi, kloori ja jodi) se voi muodostaa di-tri- ja tetrayhdisteitä rikin ja sen ryhmän alkuaineiden (seleeni, telluuri) - mono- ja disulfidien kanssa, hapen kanssa - oksideja, dioksidia ja trioksideja .

Titaani muodostaa myös yhdisteitä vedyn (hydridit), typen (nitridit), hiilen (karbidit), fosforin (fosfidit), arseenin (arsidit) kanssa sekä yhdisteitä monien metallien kanssa - metallien välisiä yhdisteitä. Titaani ei muodosta vain yksinkertaisia, vaan myös lukuisia monimutkaisia yhdisteitä; monet sen yhdisteet orgaanisten aineiden kanssa tunnetaan. Kuten voidaan nähdä luettelosta yhdisteistä, joihin titaani voi osallistua, se on kemiallisesti erittäin aktiivinen. Ja samalla titaani on yksi harvoista metalleista, joilla on poikkeuksellisen korkea korroosionkestävyys: se on käytännössä ikuista ilmassa, kylmässä ja kiehuvassa vedessä, se on erittäin kestävä merivedessä, monien suolojen liuoksissa, epäorgaanisissa ja orgaanisissa hapot. Meriveden korroosionkestävyydeltään se ylittää kaikki metallit, paitsi jalometallit - kulta, platina jne., useimmat ruostumattoman teräksen tyypit, nikkeli, kupari ja muut metalliseokset. Vedessä, monissa aggressiivisissa ympäristöissä, puhdas titaani ei ole alttiina korroosiolle. Kestää titaania ja eroosiokorroosiota, joka syntyy kemiallisten ja mekaanisten vaikutusten yhdistelmän seurauksena. Tässä suhteessa se ei ole huonompi kuin ruostumattomien terästen, kuparipohjaisten metalliseosten ja muiden rakennemateriaalien parhaat laatuluokat. Titaani kestää myös väsymiskorroosiota, joka usein ilmenee metallin eheyden ja lujuuden rikkomisena (halkeilu, paikalliset korroosiokeskukset jne.). Titaanin käyttäytyminen monissa aggressiivisissa ympäristöissä, kuten typessä, suolahapossa, rikkihapossa, "aqua regiassa" ja muissa hapoissa ja emäksissä, on yllättävää ja ihailtavaa tälle metallille.

Titaani on kevytmetalli, sen tiheys 0°C:ssa on vain 4,517 g/cm8 ja 100°C:ssa 4,506 g/cm3. Titaani kuuluu metallien ryhmään, jonka ominaispaino on alle 5 g/cm3. Tämä sisältää kaikki alkalimetallit (natrium, kadium, litium, rubidium, cesium), joiden ominaispaino on 0,9-1,5 g / cm3, magnesium (1,7 g / cm3), (2,7 g / cm3) jne. Titaani on enemmän kuin 1,5 kertaa raskaampi alumiini, ja tässä hän tietysti häviää hänelle, mutta toisaalta se on 1,5 kertaa kevyempi kuin rauta (7,8 g / cm3). Kuitenkin miehittää väliaseman suhteen ominaistiheys välillä alumiini ja rauta, titaani ylittää ne moninkertaisesti mekaanisilta ominaisuuksiltaan.). Titaanilla on merkittävä kovuus: se on 12 kertaa kovempaa kuin alumiini, 4 kertaa rauhanen ja cuprum. Toinen metallin tärkeä ominaisuus on sen myötöraja. Mitä korkeampi se on, sitä paremmin tästä metallista valmistetut osat kestävät käyttökuormia. Titaanin myötöraja on lähes 18 kertaa korkeampi kuin alumiinin. Titaaniseosten ominaislujuutta voidaan lisätä 1,5-2 kertaa. Sen korkeat mekaaniset ominaisuudet säilyvät hyvin useiden satojen asteiden lämpötiloissa. Puhdas titaani soveltuu kaikenlaisiin töihin kuumissa ja kylmissä olosuhteissa: sitä voidaan takoa mm rauta-, vedä ja tee siitä jopa lanka, rullaa se levyiksi, teipeiksi, kalvoksi, jonka paksuus on enintään 0,01 mm.

Toisin kuin useimmat metallit, titaanilla on merkittävä sähköinen resistanssi: jos hopean sähkönjohtavuus on 100, niin sähkönjohtavuus cuprum yhtä suuri kuin 94, alumiini - 60, rauta ja platina-15, kun taas titaani on vain 3,8. Titaani on paramagneettinen metalli, se ei ole magnetoitu, kuten magneettikentässä, mutta sitä ei työnnetä ulos siitä, kuten. Sen magneettinen herkkyys on erittäin heikko, tätä ominaisuutta voidaan käyttää rakentamisessa. Titaanilla on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus, vain 22,07 W / (mK), mikä on noin 3 kertaa pienempi kuin raudan, 7 kertaa magnesiumin, 17-20 kertaa alumiinin ja kuprin lämmönjohtavuus. Näin ollen titaanin lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin muiden rakennemateriaalien: 20 C:ssa se on 1,5 kertaa pienempi kuin raudalla, 2 - kuprumilla ja melkein 3 - alumiinilla. Siten titaani johtaa huonosti sähköä ja lämpöä.

Englantilainen W. Gregor ja saksalainen kemisti M. G. Klaproth löysivät TiO2:n lähes samanaikaisesti ja itsenäisesti. W. Gregor, tutkimassa magneettisen rauhasen koostumusta hiekka(Creed, Cornwall, Englanti, 1791), eristi uuden "maan" (oksidin) tuntemattomasta metallista, jota hän kutsui menakeniksi. Vuonna 1795 saksalainen kemisti Klaproth löysi vuonna 1795 mineraali rutiili uudeksi elementiksi ja kutsui sitä titaaniksi. Kaksi vuotta myöhemmin Klaproth totesi, että rutiili ja menakeenioksidit ovat saman alkuaineen oksideja, joiden taakse Klaprothin ehdottama nimi "titaani" jäi. 10 vuoden kuluttua titaanin löytö tapahtui kolmannen kerran. Ranskalainen tiedemies L. Vauquelin löysi titaanin anataasista ja osoitti, että rutiili ja anataasi ovat identtisiä titaanioksideja.

Englantilainen W. Gregor ja saksalainen kemisti M. G. Klaproth löysivät TiO2:n lähes samanaikaisesti ja itsenäisesti. W. Gregor, tutkiessaan magneettisen rautapitoisen hiekan koostumusta (Creed, Cornwall, Englanti, 1791), eristi uuden "maan" (oksidin) tuntemattomasta metallista, jota hän kutsui menakeniksi. Vuonna 1795 saksalainen kemisti Klaproth löysi vuonna 1795 mineraali rutiili uudeksi elementiksi ja kutsui sitä titaaniksi. Kaksi vuotta myöhemmin Klaproth totesi, että rutiili ja menaken-maa ovat saman alkuaineen oksideja, joiden taakse Klaprothin ehdottama nimi "titaani" jäi. 10 vuoden kuluttua titaanin löytö tapahtui kolmannen kerran. Ranskalainen tiedemies L. Vauquelin löysi titaanin anataasista ja osoitti, että rutiili ja anataasi ovat identtisiä titaanioksideja.

Titaani on 10. runsain luonnossa. Maankuoren pitoisuus on 0,57 massaprosenttia, merivedessä 0,001 mg / l. Ultraemäksisessä kivissä 300 g/t, emäksisessä 9 kg/t, happamassa 2,3 kg/t, savessa ja liuskeessa 4,5 kg/t. Maankuoressa titaani on lähes aina neliarvoista ja sitä on vain happiyhdisteissä. Se ei esiinny vapaassa muodossa. Titaanilla on sään ja sateen olosuhteissa geokemiallinen affiniteetti Al2O3:lle. Se on keskittynyt säänkuoren bauksiitteihin ja meren savimaisiin sedimentteihin. Titaanin siirto tapahtuu mineraalien mekaanisten fragmenttien ja kolloidien muodossa. Joihinkin saveihin kertyy jopa 30 painoprosenttia TiO2:ta. Titaanimineraalit ovat säänkestäviä ja muodostavat suuria pitoisuuksia paikoilleen. Yli 100 titaania sisältävää mineraalia tunnetaan. Tärkeimmät niistä ovat: rutiili TiO2, ilmeniitti FeTiO3, titanomagnetiitti FeTiO3 + Fe3O4, perovskiitti CaTiO3, titaniitti CaTiSiO5. On olemassa primaarisia titaanimalmeja - ilmeniitti-titanomagnetiitti ja sijoittaja - rutiili-ilmeniitti-zirkoni.

Päämalmit: ilmeniitti (FeTiO3), rutiili (TiO2), titaniitti (CaTiSiO5).

Vuonna 2002 louhitusta titaanista 90 % käytettiin titaanidioksidin TiO2:n valmistukseen. Maailman titaanidioksidin tuotanto oli 4,5 miljoonaa tonnia vuodessa. Todistetut titaanidioksidivarat (ilman Venäjän federaatio) ovat noin 800 miljoonaa tonnia. Vuoden 2006 osalta US Geological Surveyn mukaan titaanidioksidin ja ilman Venäjän federaatio, ilmeniittimalmivarannot ovat 603-673 miljoonaa tonnia ja rutiilin 49,7-52,7 miljoonaa tonnia. Näin ollen maailman todistettujen titaanivarantojen nykyisellä tuotantonopeudella (lukuun ottamatta Venäjän federaatiota) sitä riittää yli 150 vuotta.

Venäjällä on maailman toiseksi suurimmat titaanivarat Kiinan jälkeen. Venäjän federaation titaanin mineraalivarasto koostuu 20 esiintymästä (joista 11 on primaari- ja 9 sijoittumaa), jotka ovat melko tasaisesti hajallaan koko maassa. Suurin tutkituista esiintymistä (Jaregskoje) sijaitsee 25 km:n päässä Ukhtan kaupungista (Komin tasavalta). Esiintymän varannon arvioidaan olevan 2 miljardia tonnia malmia, jonka keskimääräinen titaanidioksidipitoisuus on noin 10 %.

Maailman suurin titaanin tuottaja venäläinen järjestö"VSMPO-AVISMA".

Pääsääntöisesti lähtöaine titaanin ja sen yhdisteiden valmistuksessa on titaanidioksidi, jossa on suhteellisen vähän epäpuhtauksia. Erityisesti se voi olla rutiilirikaste, joka saadaan titaanimalmien rikastamisen aikana. Maailman rutiilivarat ovat kuitenkin hyvin rajalliset, ja ilmeniittirikasteiden käsittelyssä saatua ns. synteettistä rutiilia tai titaanikuonaa käytetään useammin. Titaanikuonan saamiseksi ilmeniittirikastetta pelkistetään valokaariuunissa, kun taas rauta erotetaan metallifaasiksi (), eivätkä pelkistyneet titaanioksidit ja epäpuhtaudet muodostavat kuonafaasia. Rikas kuona käsitellään kloridi- tai rikkihappomenetelmällä.

Puhtaassa muodossa ja seosten muodossa

Titaaninen monumentti Gagarinille Leninski Prospektilla Moskovassa

metallia käytetään: kemianteollisuudessa ala(reaktorit, putkistot, pumput, putkiliittimet), armeija ala(vartalopanssari, panssari ja paloesteet ilmailussa, sukellusveneiden rungot), teolliset prosessit (suolanpoistolaitokset, prosessit massa ja paperi), autoteollisuus, maatalousteollisuus, elintarviketeollisuus, lävistyskorut, lääketeollisuus (proteesit, osteoproteesit), hammas- ja endodonttiset instrumentit, hammasimplantit, urheilutarvikkeet, korukauppatavarat (Aleksandri Khomov), matkapuhelimet, kevytmetalliseokset jne. Se on tärkein rakennemateriaali lentokone-, raketti- ja laivanrakennuksessa.

Titaani on seosaineena monissa seosaineissa teräkset ja useimmat erikoisseokset.

Nitinoli (nikkeli-titaani) on muotomuistiseos, jota käytetään lääketieteessä ja tekniikassa.

Titaanialuminidit ovat erittäin hapettumisen- ja lämmönkestäviä, mikä puolestaan määräsi niiden käytön lento- ja autoteollisuudessa rakennemateriaaleina.

Titaani on yksi yleisimmistä suurtyhjiöpumpuissa käytetyistä sitojamateriaaleista.

Valkoista titaanidioksidia (TiO2) käytetään maaleissa (kuten titaanivalkoisessa) sekä paperin ja muovin valmistuksessa. Elintarvikelisäaine E171.

Orgaanisia taaniyhdisteitä (esim. tetrabutoksititaania) käytetään katalyyttinä ja kovettimena kemian- ja maaliteollisuudessa.

Epäorgaanisia titaaniyhdisteitä käytetään kemian-, elektroniikka- ja lasikuituteollisuudessa lisäaineina tai pinnoitteina.

Titaanikarbidi, titaanidiboridi, titaanikarbonitridi ovat tärkeitä komponentteja erittäin kovissa metallien käsittelyssä.

Titaaninitridia käytetään työkalujen, kirkkokupolien päällystämiseen ja pukukorujen valmistukseen, koska. on samanlainen väri kuin .

Bariumtitanaatti BaTiO3, lyijytitanaatti PbTiO3 ja monet muut titanaatit ovat ferrosähköisiä aineita.

On olemassa monia titaaniseoksia, joissa on erilaisia metalleja. Lejeerausaineet jaetaan kolmeen ryhmään riippuen niiden vaikutuksesta polymorfisen muunnoslämpötilaan: beeta-stabilisaattorit, alfastabilisaattorit ja neutraalit kovettimet. Ensimmäiset alentavat muunnoslämpötilaa, jälkimmäiset lisäävät sitä, ja jälkimmäiset eivät vaikuta siihen, vaan johtavat matriisin liuoskovettumiseen. Esimerkkejä alfastabilisaattoreista: , happi, hiili, typpi. Beeta-stabilisaattorit: molybdeeni, vanadiini, rauta, kromi, Ni. Neutraalit kovettimet: zirkonium, silikoni. Beeta-stabilisaattorit puolestaan jaetaan beeta-isomorfisiin ja beeta-eutektoideja muodostaviin. Yleisin titaaniseos on Ti-6Al-4V seos (VT6 venäläisessä luokituksessa).

Vuonna 2005 yritys Titanium Corporation on julkaissut seuraavan arvion titaanin kulutuksesta maailmassa:

13 % - paperi;

7 % - konetekniikka.

15-25 dollaria kilolta puhtaudesta riippuen.

Karkean titaanin (titaanisienen) puhtaus ja laatu määräytyy yleensä sen kovuuden mukaan, joka riippuu epäpuhtauksien pitoisuudesta. Yleisimmät merkit ovat TG100 ja TG110.

Kuluttajatuotteiden markkinasegmentti on tällä hetkellä nopeimmin kasvava segmentti titaanimarkkinoilla. Kun 10 vuotta sitten tämä segmentti oli vain 1-2 titaanimarkkinoista, nyt se on kasvanut 8-10 markkinaosaan. Kaiken kaikkiaan kulutustavarateollisuudessa titaanin kulutus kasvoi noin kaksinkertaisesti koko titaanimarkkinoiden vauhtia. Titaanin käyttö urheilussa on pisin, ja sillä on suurin osuus titaanin käytöstä kuluttajatuotteissa. Syy titaanin suosioon urheiluvälineissä on yksinkertainen - sen avulla voit saada paino- ja voimasuhteen, joka on parempi kuin mitä tahansa muuta metallia. Titaanin käyttö polkupyörissä alkoi noin 25-30 vuotta sitten ja oli ensimmäinen titaanin käyttö urheiluvälineissä. Pääasiassa käytetään Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 metalliseosputkia. Muita titaaniseoksesta valmistettuja osia ovat jarrut, ketjupyörät ja istuinjouset. Titaanin käyttö golfmailojen valmistuksessa alkoi 80-luvun lopulla ja 90-luvun alussa Japanin mailojen valmistajien toimesta. Ennen vuosia 1994-1995 tämä titaanin käyttö oli käytännössä tuntematon Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Tilanne muuttui, kun Callaway toi markkinoille Ruger-titaanikuvan, nimeltään Great Big Bertha. Callawayn ilmeisten etujen ja hyvin harkitun markkinoinnin ansiosta titaanitikuista tuli välitön hitti. Lyhyessä ajassa titaanimailat ovat muuttuneet pienen keinottelijoiden joukon eksklusiivisista ja kalliista varastoista useimpien golfaajien laajaan käyttöön, vaikka ne ovat edelleen kalliimpia kuin teräsmailat. Haluaisin mainita mielestäni tärkeimmät golfmarkkinoiden kehitystrendit: se on noussut huipputeknologiasta massatuotantoon lyhyessä 4-5 vuodessa seuraten muiden korkean työvoimakustannusten alojen, kuten esim. vaatteiden, lelujen ja kulutuselektroniikan valmistukseen on menty golfmailojen tuotantoon maat halvin työvoima ensin Taiwaniin, sitten Kiinaan, ja nyt tehtaita rakennetaan maihin, joissa on vielä halvempaa työvoimaa, kuten Vietnamissa ja Thaimaassa, titaania käytetään ehdottomasti kuljettajiin, missä sen ylivoimaiset ominaisuudet antavat selkeän edun ja oikeuttavat korkeamman hinta. Titaani ei kuitenkaan ole vielä löytänyt kovin laajaa käyttöä myöhemmissä mailoissa, koska merkittävää kustannusten nousua ei vastaa vastaava pelin parantuminen.Tällä hetkellä ohjaimet valmistetaan pääasiassa taotulla iskupinnalla, taotulla tai valetulla kannella ja valettu pohja.ns. paluukertoimen raja, jonka yhteydessä kaikki mailojen valmistajat yrittävät lisätä iskupinnan jousiominaisuuksia. Tätä varten on tarpeen vähentää iskupinnan paksuutta ja käyttää siihen vahvempia metalliseoksia, kuten SP700, 15-3-3-3 ja VT-23. Keskitytään nyt titaanin ja sen seosten käyttöön muissa urheiluvälineissä. Kilpapyörän putket ja muut osat on valmistettu ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V seoksesta. Sukellusveitsien valmistuksessa käytetään yllättävän paljon titaanilevyä. Useimmat valmistajat käyttävät Ti6Al-4V-seosta, mutta tämä seos ei tarjoa terän reunojen kestävyyttä kuten muut vahvemmat seokset. Jotkut valmistajat ovat siirtymässä käyttämään BT23-seosta.

Monet ovat kiinnostuneita hieman salaperäisestä ja ei täysin ymmärrettävästä titaanista - metallista, jonka ominaisuudet ovat hieman epäselviä. Metalli on sekä vahvin että haurain.

Vahvin ja haurain metalli

Sen löysi kaksi tiedemiestä kuuden vuoden erolla - englantilainen W. Gregor ja saksalainen M. Klaproth. Titaanin nimi yhdistetään toisaalta myyttisiin titaaneihin, yliluonnollisiin ja pelottomiin, toisaalta Titaniaan, keijujen kuningattareen.
Tämä on yksi yleisimmistä materiaaleista luonnossa, mutta puhtaan metallin saaminen on erityisen vaikeaa.

22 kemiallinen alkuaine D. Mendelejevin taulukko Titanium (Ti) kuuluu 4. periodin 4. ryhmään.

Titaanin väri on hopeanvalkoinen, jossa on voimakas kiilto. Sen kohokohdat hohtavat kaikilla sateenkaaren väreillä.

Se on yksi tulenkestävistä metalleista. Se sulaa +1660°C (±20°). Titaani on paramagneettista: sitä ei magnetisoidu magneettikentässä eikä sitä työnnetä ulos siitä.
Metallille on ominaista alhainen tiheys ja korkea lujuus. Mutta tämän materiaalin erikoisuus piilee siinä, että jopa vähäiset muiden kemiallisten alkuaineiden epäpuhtaudet muuttavat radikaalisti sen ominaisuuksia. Muiden metallien merkityksettömän osan läsnä ollessa titaani menettää lämmönkestävyyden, ja sen koostumuksessa olevien ei-metallisten aineiden vähimmäismäärä tekee seoksesta hauraan.
Tämä ominaisuus määrittää kahden tyyppisen materiaalin läsnäolon: puhtaan ja teknisen.

Puhdasta titaania käytetään, kun tarvitaan erittäin kevyttä ainetta, joka kestää raskaita kuormia ja erittäin korkeita lämpötiloja.
Teknistä materiaalia käytetään, kun arvostetaan sellaisia parametreja kuin keveys, lujuus ja korroosionkestävyys.

Aineella on anisotropian ominaisuus. Tämä tarkoittaa, että metalli voi muuttaa fysikaalisia ominaisuuksiaan käytetyn voiman perusteella. Tämä ominaisuus tulee ottaa huomioon materiaalin käyttöä suunniteltaessa.

Titaani menettää lujuutensa, kun siinä on pienintäkään muiden metallien epäpuhtauksia.

Suoritetut tutkimukset titaanin ominaisuuksista normaaleissa olosuhteissa vahvistavat sen inerttyyden. Aine ei reagoi ympäröivän ilmakehän elementteihin.
Parametrien muutos alkaa, kun lämpötila nousee +400°C:een ja sen yläpuolelle. Titaani reagoi hapen kanssa, voi syttyä typessä, imee kaasuja.
Nämä ominaisuudet vaikeuttavat puhtaan aineen ja sen seosten saamista. Titaanin tuotanto perustuu kalliiden tyhjiölaitteiden käyttöön.

Titaani ja kilpailu muiden metallien kanssa

Tätä metallia verrataan jatkuvasti alumiiniin ja rautaseoksiin. Monet titaanin kemiallisista ominaisuuksista ovat huomattavasti parempia kuin kilpailijoiden:

Mekaanisen lujuuden suhteen titaani ylittää raudan kaksinkertaisesti ja alumiinin kuusi kertaa. Sen lujuus kasvaa lämpötilan laskiessa, mitä ei havaita kilpailijoilla.
Titaanin korroosionesto-ominaisuudet ovat huomattavasti korkeammat kuin muiden metallien.
Ympäristön lämpötiloissa metalli on ehdottoman inertti. Mutta kun lämpötila nousee yli +200 °C, aine alkaa imeä vetyä ja muuttaa sen ominaisuuksia.
Korkeammissa lämpötiloissa titaani reagoi muiden kemiallisten alkuaineiden kanssa. Sillä on korkea ominaislujuus, joka on 2 kertaa korkeampi kuin parhaiden rautaseosten ominaisuudet.
Titaanin korroosionesto-ominaisuudet ylittävät merkittävästi alumiinin ja ruostumattoman teräksen ominaisuudet.
Aine johtaa huonosti sähköä. Titaanin ominaisvastus on 5 kertaa raudan, 20 kertaa alumiinin ja 10 kertaa magnesiumin ominaisvastus.
Titaanille on ominaista alhainen lämmönjohtavuus, mikä johtuu alhaisesta lämpölaajenemiskertoimesta. Se on 3 kertaa vähemmän kuin raudalla ja 12 kertaa pienempi kuin alumiinilla.

Miten titaania saadaan?

Aineisto on 10. sijalla levinneisyydessä luonnossa. Titaania titaanihapon tai sen dioksidin muodossa sisältäviä mineraaleja on noin 70. Yleisimmät niistä ja sisältävät suuren prosenttiosuuden metallijohdannaisia:

ilmeniitti;
rutiili;
anataasi;
perovskiitti;
brookite.

Tärkeimmät titaanimalmiesiintymät sijaitsevat Yhdysvalloissa, Isossa-Britanniassa, Japanissa, suuria talletuksia ne ovat avoinna Venäjällä, Ukrainassa, Kanadassa, Ranskassa, Espanjassa ja Belgiassa.

Titaanin louhinta on kallis ja työvoimavaltainen prosessi

Metallin saaminen heiltä on erittäin kallista. Tutkijat ovat kehittäneet neljä tapaa tuottaa titaania, joista jokainen toimii ja käytetään tehokkaasti teollisuudessa:

Magnesium menetelmä. Uutetut titaaniepäpuhtauksia sisältävät raaka-aineet käsitellään ja niistä saadaan titaanidioksidia. Tämä aine käy läpi kloorauksen kaivoksissa tai suolaklooraattoreissa kohonneessa lämpötilajärjestelmä. Prosessi on hyvin hidas ja se suoritetaan hiilikatalyytin läsnä ollessa. Tässä tapauksessa kiinteä dioksidi muunnetaan kaasumaiseksi aineeksi - titaanitetrakloridiksi. Saatu materiaali pelkistetään magnesiumilla tai natriumilla. Reaktion aikana muodostunut metalliseos kuumennetaan tyhjiöyksikössä ultrakorkeisiin lämpötiloihin. Reaktion seurauksena tapahtuu magnesiumin ja sen yhdisteiden haihtumista kloorin kanssa. Prosessin lopussa saadaan sienimäinen materiaali. Se sulatetaan ja saadaan korkealaatuista titaania.
Hydridi-kalsium-menetelmä. Malmi on alistettu kemiallinen reaktio ja hanki titaanihydridiä. Seuraava vaihe on aineen erottaminen komponenteiksi. Tyhjiölaitoksissa lämmitettäessä vapautuu titaania ja vetyä. Prosessin lopussa saadaan kalsiumoksidia, joka pestään heikoilla hapoilla. Kaksi ensimmäistä menetelmää liittyvät teolliseen tuotantoon. Niiden avulla on mahdollista saada puhdasta titaania mahdollisimman lyhyessä ajassa suhteellisen alhaisin kustannuksin.
elektrolyysimenetelmä. Titaaniyhdisteet altistuvat suurelle virralle. Raaka-aineesta riippuen yhdisteet jaetaan komponentteihin: kloori, happi ja titaani.
Jodimenetelmä tai jalostus. Mineraalista saatu titaanidioksidi kastetaan jodihöyryllä. Reaktion seurauksena muodostuu titaanijodidia, joka kuumennetaan korkeaan lämpötilaan - + 1300 ... + 1400 ° C ja vaikuttaa siihen sähköisku. Samaan aikaan komponentit eristetään lähdemateriaalista: jodi ja titaani. Tällä menetelmällä saadussa metallissa ei ole epäpuhtauksia tai lisäaineita.

Käyttöalueet

Titaanin käyttö riippuu sen puhdistumisesta epäpuhtauksista. Jopa pieni määrä muita kemiallisia alkuaineita titaaniseoksen koostumuksessa muuttaa radikaalisti sen fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia.

Titaania, jossa on tietty määrä epäpuhtauksia, kutsutaan tekniseksi. Sillä on korkea korroosionkestävyys, se on kevyt ja erittäin kestävä materiaali. Sen soveltaminen riippuu näistä ja muista indikaattoreista.

Kemianteollisuudessa titaanista ja sen seoksista valmistetaan lämmönvaihtimia, halkaisijaltaan erikokoisia putkia, liittimiä, koteloita ja pumppujen osia eri tarkoituksiin. Aine on välttämätön paikoissa, joissa vaaditaan suurta lujuutta ja happojen kestävyyttä.
Kuljetuksissa titaania käytetään polkupyörien, autojen, junavaunujen ja junien osien ja kokoonpanojen valmistukseen. Materiaalin käyttö vähentää liikkuvan kaluston ja autojen painoa, tekee polkupyörän osista kevyempiä ja vahvempia.
Titaani on tärkeä merivoimien osastolla. Siitä valmistetaan sukellusveneiden runkojen osia ja elementtejä, veneiden potkureita ja helikoptereita.
Rakennusalalla käytetään sinkki-titaaniseosta. Sitä käytetään julkisivujen ja kattojen viimeistelymateriaalina. Tällä erittäin vahvalla metalliseoksella on tärkeä ominaisuus: siitä voidaan tehdä upeimman kokoonpanon arkkitehtonisia yksityiskohtia. Se voi olla missä tahansa muodossa.
Viime vuosikymmenen aikana titaania on käytetty laajalti öljyteollisuudessa. Sen seoksia käytetään erittäin syväporauksen laitteiden valmistukseen. Materiaalia käytetään öljyn ja kaasun tuotantoon tarkoitettujen laitteiden valmistukseen offshore-hyllyillä.

Titaanilla on erittäin laaja valikoima sovelluksia.

Puhtaalla titaanilla on käyttötarkoituksensa. Sitä tarvitaan siellä, missä vaaditaan kestävyyttä korkeille lämpötiloille ja samalla metallin lujuus on säilytettävä.

Sitä sovelletaan sisään :

lentokone- ja avaruusteollisuus nahkaosien, runkojen, kiinnikkeiden, alustan valmistukseen;
lääkkeet proteeseihin ja sydänläppien ja muiden laitteiden valmistukseen;
tekniikka kryogeenisellä alueella työskentelyyn (tässä he käyttävät titaanin ominaisuutta - lämpötilan laskulla metallin lujuus kasvaa ja sen plastisuus ei katoa).

Prosentteina titaanin käyttö eri materiaalien valmistukseen näyttää tältä:

60 % käytetään maalin valmistukseen;
muovi kuluttaa 20%;
13 % käytetään paperin tuotannossa;
koneenrakennus kuluttaa 7 % tuloksena olevasta titaanista ja sen seoksista.

Raaka-aineet ja titaanin hankintaprosessi ovat kalliita, sen tuotantokustannukset kompensoidaan ja maksetaan pois tästä aineesta valmistettujen tuotteiden käyttöiällä, sen kyvyllä olla muuttamatta ulkonäköään koko toiminta-ajan.

TITAANI JA SEN SEOKSET

Titaani kuuluu tulenkestävien metallien ryhmään, sen sulamispiste on 1668°C. Titaanilla on kaksi allotrooppista muunnelmaa α ja ß. Modifikaatio α on matalalämpöinen ja olemassa 882,5 °C:seen kuumennettaessa, ja siinä on kuusikulmainen hila. 882,5°C:n lämpötilassa α-modifikaatio muuttuu ß-modifikaatioksi, jossa on kehokeskeinen kuutiohila. α-titaanin siirtyessä ß-titaaniksi metallin tilavuus pienenee jonkin verran ja sähkönjohtavuus kasvaa äkillisesti.

Titaanin tärkeimmät edut ovat tiheys (4,5 g/cm3), korkea korroosionkestävyys ja korkea mekaaninen lujuus. Huolimatta siitä, että titaani on kemiallisesti erittäin aktiivinen ja reagoi helposti useiden alkuaineiden kanssa, sillä on korkea korroosionkestävyys sen pinnalle muodostuneen vahvan ja tiheän oksidikalvon suojaavan vaikutuksen ansiosta. Useimmissa syövyttävissä ympäristöissä titaanilla ja sen seoksilla on korkeampi kestävyys kuin haponkestävällä teräksellä ja alumiinilla.

Seoselementtien käyttöönotolla on mahdollista saada metalliseoksia, joilla on korkea mekaaninen lujuus. Tärkeimmät seosaineet ovat Al, Sn, Mn, Cr, Mo, V. Seosalkuaineet vaikuttavat titaanin allotrooppisten modifikaatioiden stabiilisuuteen. Seosalkuaineiden vaikutuksen mukaan allotrooppisiin muutoksiin titaaniseokset luokitellaan rakenteensa mukaan seuraavasti:

1) a-titaaniseokset, joiden rakenne koostuu a-faasista (esimerkiksi seos VT5-1);

2) α + ß - seokset, joiden rakenteessa on molemmat faasit (VTZ-1, VT6);

3) ß - seokset, joiden rakenne koostuu mekaanisesti stabiilista ß -faasista (VT15); kaksifaasiset (α + ß)-seokset ja ß-seokset, toisin kuin α-seokset, vahvistetaan lämpökäsittelyllä.

Titaaniseoksilla ei ole vain korkeampi mekaaninen lujuus, vaan myös parempi korroosionkestävyys kuin puhtaalla titaanilla. Titaani ja sen seokset soveltuvat hyvin kuuma- ja kylmämuokkaukseen paineella, hitsautuvat hyvin inertissä ympäristössä, mutta niillä on alhaiset kitkanestoominaisuudet ja teräkseen verrattuna vähemmän työstettyjä.

Titaaniseoksia käytetään laajalti lento- ja rakettiteknologiassa, kemianteollisuudessa, ei-rautametallien metallurgiassa ja muilla teollisuudenaloilla, joissa titaaniseosten käyttö määräytyy niiden arvokkaiden korroosionestoominaisuuksien perusteella. Siten typpihapossa toimivien titaanilämmönvaihtimien korroosionopeus on 60 kertaa pienempi kuin vastaavien ruostumattomasta teräksestä valmistettujen lämmönvaihtimien. Titaanista valmistetaan laitteita klooriteollisuudelle, potkurit jne.

Titaani (Ti) (Titanium) - kemiallinen alkuaine, jonka sarjanumero on 22 D.I:n jaksollisessa elementtijärjestelmässä. Mendelejev, atomipaino 47,88, vaalea hopeanvalkoinen metalli. Tiheys 4, 51 g/s m³, tpl.=1668+ (-)5°С, kp.=3260°С.

Titaani on tiheyden ja ominaislämpökapasiteetin suhteen välissä kahden päärakennemetallin: alumiinin ja raudan välissä. On myös syytä huomata, että sen mekaaninen lujuus on noin kaksinkertainen puhtaaseen raudaan ja lähes kuusi kertaa alumiiniin verrattuna. Mutta titaani voi aktiivisesti imeä happea, typpeä ja vetyä, mikä heikentää jyrkästi metallin muoviominaisuuksia. Hiilen kanssa titaani muodostaa tulenkestäviä karbideja, joilla on korkea kovuus.

Titaanilla on alhainen lämmönjohtavuus, joka on 13 kertaa pienempi kuin alumiinin lämmönjohtavuus ja 4 kertaa pienempi kuin raudalla. Huoneenlämmössä lämpölaajenemiskerroin on suhteellisen pieni, se kasvaa lämpötilan noustessa.

Titaanin kimmomoduulit ovat pieniä ja niillä on merkittävä anisotropia. Lämpötilan noustessa 350°C:een kimmomoduulit pienenevät lähes lineaarisesti. Titaanin kimmomoduulien pieni arvo on sen merkittävä haittapuoli, koska joissakin tapauksissa riittävän jäykkien rakenteiden saamiseksi on tarpeen käyttää suuria tuoteosuuksia verrattuna lujuusolosuhteista seuraaviin.

Titaanilla on melko korkea sähköinen ominaisvastus, joka vaihtelee epäpuhtauksien pitoisuudesta riippuen välillä 42·10-8-80·10-6 ohm·cm. Alle 0,45 K lämpötiloissa siitä tulee suprajohde.

Titaani on paramagneettinen metalli. Paramagneettisissa aineissa magneettinen susceptibiliteetti yleensä pienenee kuumennettaessa. Titaani on poikkeus tästä säännöstä - sen herkkyys kasvaa merkittävästi lämpötilan myötä.

Kaupallisten titaaniluokkien VT-00 ja VT1-0 tiheys on noin 4,32 g/s m³. Titaanissa ja titaaniseoksissa yhdistyvät keveys, lujuus, korkea korroosionkestävyys, alhainen lämpölaajenemiskerroin, kyky työskennellä laajalla lämpötila-alueella (-290 °C - 600 °C).

Metallilla on useita hyödyllisiä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä yhden tärkeimmistä materiaaleista tietyillä teollisuudenaloilla. Valssattua titaania käytetään rakettien ja lentokoneiden rakentamisessa, kemianteollisuudessa, laivanrakennuksessa, koneenrakennuksessa

Esimerkiksi titaanilevyä ja titaanitankoa käytetään ydinsukellusveneiden runkojen luomisessa;
titaaniputkia käytetään kemianteollisuudessa niiden korkeiden korroosionesto-ominaisuuksien ja kemiallisen inerttisyyden vuoksi reagensseja kohtaan;
Titaanilankaa käytetään täytelangana strategisten titaaniseosten kehysten, muottien ja runkojen luomiseen.

titaaninen lanka käytetään usein lääketeollisuudessa, erityisesti hammaslääketieteessä. Valssattujen titaanituotteiden hyödyllisiä ominaisuuksia ovat korkea mekaaninen lujuus, korroosionkestävyys (kestää monissa kemiallisesti aktiivisissa ympäristöissä), lämmönkestävyys (t pl = 1668 °C) sekä alhainen tiheys (4,505 g / cm 3). Titaanin tärkeimmät fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet voidaan tarkastella tässä taulukossa. Mutta titaanilla on myös haittapuolensa. Yksi suurimmista haitoista on korkeat tuotantokustannukset. Titaanin sulatus voidaan suorittaa vain tyhjiössä tai inertissä kaasuympäristössä, koska. tämä metalli on aktiivisesti vuorovaikutuksessa (etenkin nestemäisessä tilassa) kaikkien ilmakehän muodostavien kaasujen kanssa. Lisäksi titaanituotteilla on huonot kitkaa estävät ominaisuudet, suuri herkkyys vetyhaurastumiselle ja suolakorroosiolle, huono työstettävyys ja hitsattavuus.

Teknisen titaanin ja sen seosten valmistuksen perusta on magnesiumtermisellä menetelmällä saatu titaanisieni. Titaanisieni on huokoinen harmaa aine, jonka irtotiheys on 1,5-2,0 g/cm 3 ja jonka viskositeetti on erittäin korkea.

Epäpuhtauksien pitoisuudesta riippuen tekninen titaani jaetaan useisiin laatuluokkiin: GR1 (puhtain titaani), GR2 (saastunut).

Titaaniseokset

Titaaniseokset ovat tärkeässä roolissa lentotekniikassa, jossa tavoitteena on saada kevyin muotoilu yhdistettynä vaadittavaan lujuuteen. Titaani on kevyt verrattuna muihin metalleihin, mutta samalla se voi toimia korkeissa lämpötiloissa (ks. kuva 2). Titaaniseoksia käytetään ihon, kiinnitysosien, tehosarjan, alustan osien ja erilaisten yksiköiden valmistukseen. Näitä materiaaleja käytetään myös lentokoneiden suihkumoottoreiden rakentamisessa. Tämän avulla voit vähentää niiden painoa 10-25%. Titaaniseoksia käytetään kompressorin levyjen ja siipien, ilmanotto- ja ohjaussiipien osien sekä kiinnikkeiden valmistukseen.

Titaania ja sen seoksia käytetään myös rakettitieteessä. Moottoreiden lyhytaikaisen toiminnan ja ilmakehän tiheiden kerrosten nopean kulkemisen vuoksi väsymislujuuden, staattisen kestävyyden ja jossain määrin virumisen ongelmat poistetaan rakettitiedettä.

Riittämättömän korkean lämmönkestävyyden vuoksi tekninen titaani ei sovellu käytettäväksi ilmailussa, mutta poikkeuksellisen korkean korroosionkestävyyden vuoksi se on joissain tapauksissa korvaamaton kemianteollisuudessa ja laivanrakennuksessa. Siksi sitä käytetään kompressorien ja pumppujen valmistuksessa aggressiivisten väliaineiden, kuten rikki- ja suolahapon ja niiden suolojen, putkien, venttiilien, autoklaavien, erilaisten säiliöiden, suodattimien jne. pumppaamiseen. Vain titaanilla on korroosionkestävyys väliaineissa, kuten märässä kloorissa, kloorin vesipitoisia ja happamia liuoksia, joten klooriteollisuuden laitteet valmistetaan tästä metallista. Titaanista valmistetaan lämmönvaihtimia, jotka toimivat syövyttävissä ympäristöissä, esimerkiksi typpihapossa (ei savuava). Laivanrakennuksessa titaania käytetään potkureiden valmistukseen, laivojen, sukellusveneiden, torpedojen jne. Kuoret eivät tartu titaaniin ja sen seoksiin, mikä lisää jyrkästi aluksen vastusta sen liikkuessa.

Titaaniseokset ovat lupaavia käytettäväksi monissa muissa sovelluksissa, mutta niiden käyttöä tekniikassa rajoittaa titaanin korkea hinta ja niukkuus.

Tällä hetkellä tunnetaan melko suuri valikoima titaaniseoksia, jotka eroavat kemiallisesta koostumuksesta, mekaanisista ja teknisistä ominaisuuksista. Titaaniseoksissa yleisimmin käytetyt seosaineet ovat alumiini, vanadiini, molybdeeni, mangaani, kromi, pii, tina, zirkonium ja rauta.

Titaaniseos VT5 sisältää titaanin lisäksi 5 % alumiinia. Sillä on korkeammat lujuusominaisuudet kuin titaanilla, mutta sen valmistettavuus on alhainen. Seos on taottu, valssattu, meistetty ja hyvin hitsattu.

Titaanista (seoksesta) VT5 saadaan titaanitangot, titaanilanka ja titaaniputket. Sitä käytetään osien valmistukseen, jotka toimivat jopa 400 °C:n lämpötiloissa.

Titaaniseos VT5-1 sisältää 5 % alumiinin lisäksi 2-3 % tinaa. Tina parantaa teknologisia ominaisuuksiaan. Titaaniseoksesta VT5-1 valmistetaan kaikki painekäsittelyllä saadut puolivalmiit tuotteet: titaanilevyt, -levyt, takeet, meistot, profiilit, titaaniputket ja titaanilanka. Se on tarkoitettu tuotteiden valmistukseen, jotka toimivat laajalla lämpötila-alueella: kryogeenisestä 450 °C:seen.

Titaaniseokset OT4 ja OT4-1 sisältävät titaanin lisäksi alumiinia ja mangaania. Niillä on korkea teknologinen plastisuus (ne ovat hyvin muotoutuneita kuumassa ja kylmässä tilassa) ja ne hitsaavat hyvin kaikentyyppisillä hitsauksilla. Näiden laatujen titaani on tarkoitettu pääasiassa titaanilevyjen, -nauhojen ja -nauhojen sekä titaanitankojen, takeiden, profiilien ja titaaniputkien valmistukseen. Titaaniseoksesta OT4 ja OT4-1 valmistetaan osat hitsaamalla, leimaamalla ja taivuttamalla, ja ne toimivat 350 °C:n lämpötilaan asti. Näillä seoksilla on haittoja: 1) suhteellisen alhainen lujuus ja lämmönkestävyys; 2) suurempi taipumus vetyhaurastumiseen. PT3V-seoksessa mangaani korvataan vanadiinilla.

Titaaniseos VT20 kehitettiin vahvemmaksi levyseokseksi verrattuna VT5-1:een. VT20-lejeeringin kovettuminen johtuu siitä, että se on seostettu alumiinin lisäksi zirkoniumiin ja pieniin määriin molybdeeniä ja vanadiinia. VT20-lejeeringin teknologinen plastisuus on alhainen korkean alumiinipitoisuuden vuoksi. Titanium BT20:lle on ominaista korkea lämmönkestävyys. Se hitsautuu hyvin, hitsausliitoksen lujuus on yhtä suuri kuin perusmetallin lujuus. Seos on tarkoitettu sellaisten tuotteiden valmistukseen, jotka toimivat pitkään jopa 500 °C:n lämpötiloissa.

Titaaniseos VT3-1 kuuluu järjestelmään Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Se altistetaan yleensä isotermiselle hehkutukselle. Tällainen hehkutus tarjoaa parhaan lämpöstabiilisuuden ja maksimaalisen sitkeyden. Alloy VT3-1 on yksi metalliseosten valmistuksen hallituimmista. Se on suunniteltu jatkuvaan käyttöön 400 - 450 °C:ssa; se on lämmönkestävä metalliseos, jolla on melko korkea pitkäaikaislujuus. Siitä toimitetaan titaanitangot, profiilit, levyt, takeet, meistot.

Titaani ja sen seokset

Titaani sulaa 1660°C lämpötilassa, allotrooppinen, haitallisia epäpuhtauksia N, C, O, H. TiO2-kalvo suojaa titaania hapettumiselta, korroosiolta missä tahansa vedessä, joiltakin hapoilta. Se sulatetaan, kaadetaan, hitsataan argonympäristössä ja altistetaan OMD:lle. Levyt, putket, profiilit ja vaijerit valmistetaan titaanista. Sen seokset Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si ovat lisänneet lujuutta, lämmönkestävyyttä, korroosionkestävyyttä. Titaaniseokset ovat lämpöä hoidettu.

Titaaniseokset ovat muotoaan, valettu, valmistettu jauheista, karkaistu, karkaistu, hyvin koneistettu.

Muokatut titaaniseokset:

− ά – seokset: VT5, VT-5-1, OT-4;

− ά – β-lejeeringit: VT-6, VT14, VT8; BT15

Valuseokset: VT5L, VT6L, VT14L, VT3-1L

Jauhemaisia titaaniseoksia saadaan jauheista puristamalla, ne ovat vahvoja ja sitkeitä.

Titaaniseoksia käytetään lentokoneiden, merialusten, sukellusveneiden, rakettien kuorien, moottoreiden, turbiinien osien, kompressorien, potkureiden, nestemäisten kaasujen sylintereiden, kemikaalisäiliöiden ja monien muiden tuotteiden valmistukseen. Titaaniseokset voidaan altistaa hehkutukseen, karkaisuun, vanhentamiseen ja kylmäkäsittelyyn. α - metalliseosten hehkutus suoritetaan lämpötilassa 800 - 850 0С ja α + β - seosten - 750 - 800 0С. Tyhjiöhehkutus mahdollistaa vetypitoisuuden pienentämisen, mikä lisää iskulujuutta, vähentää vaurioita ja halkeilua.

Suurella seosaineen pitoisuudella ja kovettamisella ilmaantuu martensiittinen α׀׀ -faasi, jossa on rombinen hila ja ω - faasi, jolla on kuusikulmainen rakenne. Karkaistujen metalliseosten ikääntymisprosessissa ne kovettuvat α׀׀- ja β-faasien hajoamisen vuoksi. Muokatut titaaniseokset prosessoidaan hyvin paineella kuumassa tilassa, hitsataan ja niillä on korkea korroosionkestävyys.

Titaanin ominaispiirteitä ovat alhainen tiheys 4,51 kg/dm3, korkea lujuus, joka säilyy 6000C asti, ja korroosionkestävyys. Ne määrittelevät sen soveltamisalan. Titaaniseoksissa yhdistyvät korkea lujuus (σВ= 800-1500 MPa) hyvällä sitkeydellä (δ= 12-25%), suhteellisen hyvällä lämmönkestävyydellä 600-7000С asti, korkeaan korroosionkestävyyteen monissa aggressiivisissa aineissa paitsi HCL, HF. α-titaaniseokset eivät vanhene ja niitä käytetään kryogeenisissä asennuksissa heliumin lämpötiloihin (-2720C). Yksi titaaniseosten haitoista on niiden huono työstettävyys leikkaustyökaluilla.

Titaani. Titaanin keksintö. Titaani ja sen seokset.

Titaanin löytäjänä pidetään 28-vuotiasta englantilaista munkkia William Gregoria. Vuonna 1790 suorittaessaan mineralogisia tutkimuksia seurakunnassaan hän kiinnitti huomion mustan hiekan yleisyyteen ja epätavallisiin ominaisuuksiin Menakenin laaksossa Lounais-Englannissa ja alkoi tutkia sitä. Hiekasta pappi löysi mustan kiiltävän mineraalin jyviä, joita veti puoleensa tavallinen magneetti. Van Arkelin ja de Boerin vuonna 1925 jodidimenetelmällä hankkima puhtain titaani osoittautui sitkeäksi ja teknologiseksi metalliksi, jolla on monia arvokkaita ominaisuuksia, jotka herättivät monenlaisten suunnittelijoiden ja insinöörien huomion. Vuonna 1940 Croll ehdotti magnesiumtermistä menetelmää titaanin uuttamiseksi malmeista, joka on edelleen tärkein menetelmä. Vuonna 1947 valmistettiin ensimmäiset 45 kg kaupallisesti puhdasta titaania.

Titaani muodostaa myös yhdisteitä vedyn (hydridit), typen (nitridit), hiilen (karbidit), fosforin (fosfidit), arseenin (arsidit) kanssa sekä yhdisteitä monien metallien kanssa - metallien välisiä yhdisteitä. Titaani ei muodosta vain yksinkertaisia, vaan myös lukuisia monimutkaisia yhdisteitä; monet sen yhdisteet orgaanisten aineiden kanssa tunnetaan. Kuten voidaan nähdä luettelosta yhdisteistä, joihin titaani voi osallistua, se on kemiallisesti erittäin aktiivinen. Ja samalla titaani on yksi harvoista metalleista, joilla on poikkeuksellisen korkea korroosionkestävyys: se on käytännössä ikuista ilmassa, kylmässä ja kiehuvassa vedessä, se on erittäin kestävä merivedessä, monien suolojen liuoksissa, epäorgaanisissa ja orgaanisissa hapot. Meriveden korroosionkestävyydeltään se ylittää kaikki metallit, paitsi jalometallit - kulta, platina jne., useimmat ruostumattoman teräksen tyypit, nikkeli, kupari ja muut metalliseokset. Vedessä, monissa aggressiivisissa ympäristöissä, puhdas titaani ei ole alttiina korroosiolle. Kestää titaania ja eroosiokorroosiota, joka johtuu metalliin kohdistuvien kemiallisten ja mekaanisten vaikutusten yhdistelmästä. Tässä suhteessa se ei ole huonompi kuin ruostumattomien terästen, kuparipohjaisten metalliseosten ja muiden rakennemateriaalien parhaat laatuluokat. Titaani kestää myös väsymiskorroosiota, joka usein ilmenee metallin eheyden ja lujuuden rikkomisena (halkeilu, paikalliset korroosiokeskukset jne.). Titaanin käyttäytyminen monissa aggressiivisissa ympäristöissä, kuten typessä, suolahapossa, rikkihapossa, "aqua regiassa" ja muissa hapoissa ja emäksissä, on yllättävää ja ihailtavaa tälle metallille.

Titaani on kevytmetalli, sen tiheys 0°C:ssa on vain 4,517 g/cm8 ja 100°C:ssa 4,506 g/cm3. Titaani kuuluu metallien ryhmään, jonka ominaispaino on alle 5 g/cm3. Tämä sisältää kaikki alkalimetallit (natrium, kadium, litium, rubidium, cesium), joiden ominaispaino on 0,9–1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), alumiini (2,7 g/cm3) jne. Titaani on enemmän kuin 1,5 kertaa raskaampi kuin alumiini, ja tässä se tietysti häviää sille, mutta se on 1,5 kertaa kevyempi kuin rauta (7,8 g/cm3). Titaani on kuitenkin ominaistiheyden suhteen alumiinin ja raudan välissä, ja se ylittää ne moninkertaisesti mekaanisilta ominaisuuksiltaan.). Titaanilla on merkittävä kovuus: se on 12 kertaa kovempaa kuin alumiini, 4 kertaa kovempi kuin rauta ja kupari. Toinen metallin tärkeä ominaisuus on sen myötöraja. Mitä korkeampi se on, sitä paremmin tästä metallista valmistetut osat kestävät käyttökuormia. Titaanin myötöraja on lähes 18 kertaa korkeampi kuin alumiinin. Titaaniseosten ominaislujuutta voidaan lisätä kertoimella 1,5–2. Sen korkeat mekaaniset ominaisuudet säilyvät hyvin useiden satojen asteiden lämpötiloissa. Puhdas titaani soveltuu kaikenlaiseen käsittelyyn kuumassa ja kylmässä: sitä voidaan takoa kuten rautaa, vetää ja jopa tehdä lankaksi, rullata levyiksi, teipeiksi ja kalvoiksi jopa 0,01 mm paksuiksi.

Nykyään titaaniseoksia käytetään laajalti lentotekniikassa. Titaaniseoksia käytettiin ensimmäisen kerran teollisessa mittakaavassa lentokoneiden suihkumoottoreiden rakentamisessa. Titaanin käyttö suihkumoottoreiden suunnittelussa mahdollistaa niiden painon vähentämisen 10...25 %. Erityisesti kompressorin levyt ja siivet, ilmanottoosat, ohjaussiivet ja kiinnikkeet valmistetaan titaaniseoksesta. Titaaniseokset ovat välttämättömiä yliäänilentokoneissa. Lentokoneiden lentonopeuksien kasvu johti ihon lämpötilan nousuun, minkä seurauksena alumiiniseokset eivät enää täytä ilmailutekniikan asettamia vaatimuksia yliäänenopeuksilla. Ihon lämpötila saavuttaa tässä tapauksessa 246...316 °C. Näissä olosuhteissa titaaniseokset osoittautuivat hyväksyttävimmäksi materiaaliksi. 70-luvulla titaaniseosten käyttö siviililentokoneiden rungossa lisääntyi merkittävästi. Keskipitkän matkan lentokoneessa TU-204 titaaniseoksesta valmistettujen osien kokonaismassa on 2570 kg. Titaanin käyttö helikoptereissa laajenee vähitellen pääasiassa pääroottorijärjestelmän, voimansiirron ja ohjausjärjestelmän osissa. Rakettitieteessä titaaniseokset ovat tärkeässä asemassa.
Meriveden korkean korroosionkestävyyden vuoksi titaania ja sen seoksia käytetään laivanrakennuksessa potkureiden, laivojen pinnoitteiden, sukellusveneiden, torpedojen jne. valmistukseen. Kuoret eivät tartu titaaniin ja sen seoksiin, mikä lisää jyrkästi aluksen vastusta sen liikkuessa. Vähitellen titaanin käyttöalueet laajenevat. Titaania ja sen seoksia käytetään kemian-, petrokemian-, massa- ja paperi- ja elintarviketeollisuudessa, ei-rautametalliteollisuudessa, energiatekniikassa, elektroniikassa, ydinteknologiassa, galvanoinnissa, aseiden valmistuksessa, panssarilevyjen, kirurgisten instrumenttien valmistuksessa, kirurgiset implantit, suolanpoistolaitokset, kilpa-autojen osat, urheiluvälineet (golfmailat, kiipeilyvälineet), kellojen osia ja jopa koruja. Titaanin typpitys johtaa kultaisen kalvon muodostumiseen sen pinnalle, joka ei ole kauneudeltaan huonompi kuin todellinen kulta.

Titaani ja sen seokset niillä on korkea korroosionkestävyys atm. olosuhteet, makea ja merivesi, useimpien kloridien liuokset, hypokloriitit, klooridioksidi ja monet muut. mineraalisuolat to-t sekä normaaleissa että korotetuissa lämpötiloissa. Titaanilla ja sen seoksilla on myös korkea korroosionkestävyys happamissa hapettimissa. ympäristöissä (typpi- ja kromi - sinulle jne.) ja alkaliliuoksessa. Ei-hapettavissa hapoissa (rikki, kloorivety) titaanilla on tyydyttävä vaikutus. korroosionkestävyys normaaleissa temp-pax ja keskittyminen to-t jopa 8-10 %. Lämpötilan, to-t:n ja alkalien pitoisuuden noustessa titaanin korroosionopeus kasvaa jyrkästi. Rikkihapolla havaitaan kaksi maksimikorroosionopeutta, jotka vastaavat 40 ja 75 % pitoisuuksia. 40-prosenttisessa rikkihapossa korroosioprosessi etenee vedyn vapautuessa, tämän tyyppiselle hapolle on ominaista korkein sähkönjohtavuus ja vetyionien enimmäispitoisuus. 75-prosenttisessa liuoksessa korroosioprosessiin liittyy rikkihapon pelkistyminen H3S:ksi ja vapaaksi rikiksi, ja korkeissa pitoisuuksissa (80-90 %) vapautuu SO2:ta ja vapaata rikkiä. Fosforihapossa titaani on suhteellisen kestävämpi ja säilyttää korkean korroosionkestävyyden 30 % liuokseen asti; pitoisuuden kasvaessa korroosionopeus kasvaa. Hapettavien aineiden lisäaineet (K2Cr207; HNOs; Fe + + +; Cu + +) vähentävät jyrkästi titaanin ja sen seosten korroosionopeutta kloorivety- ja rikkihapoissa.

Titaani: α- titaani- kuusikulmainen, β- titaani-kuutio...