Властивості та застосування титану

Титан - це 22 -й елемент періодичної таблиці та дев’ятий за кількістю елементів, а також четвертий за кількістю металевих елементів у земній корі. Мінерали, в яких він виявляється, зустрічаються в алювіальних і вулканічних формаціях, а родовища зазвичай містять від 2 до 12% важких мінералів - таких як ільменіт, рутил, лейкоксен, циркон та інші, серед яких рутил та ільменіт є двома основними мінералами, які містять титан, що становить 24% земної кори. Однак у природі зустрічається лише у хімічних поєднаннях; найпоширеніші - це кисень і залізо. Китай має перші за розміром запаси титану-титано-магнетитовий ванадій у Паньчжихуа, провінція Сичуань, в наявності в незначній кількості (близько 1,5 млрд тонн, що становить 97% розвіданих запасів Китаю).

Титан-це різновид міцного металу з низькою щільністю, який досить пластичний (особливо в середовищі, що не містить кисню), блискучий і біло-металевого кольору. Він має безліч унікальних властивостей.

Фізичні властивості

Співвідношення міцності та ваги. Співвідношення міцності та ваги даного матеріалу-це міцність матеріалу, поділена на масу матеріалу (також прийнято називати його вагою на планеті Земля). Точніше, питома міцність - це міцність матеріалу, поділена на його щільність. А титан відомий своїм високим співвідношенням міцності та ваги. Цей метал міцніший за сталь і на 45% легший, але хоча він удвічі міцніший за алюміній, він важчий на 60%. Саме це співвідношення робить його ідеальним для аерокосмічної та інших галузей застосування

Поганий провідник тепла та електрики. Температура плавлення титану становить 3034 ° F або 1668 ° C. Порівняно висока температура плавлення робить його корисним як вогнетривкий метал. Крім того, у порівнянні з іншими металами, титан є парамагнітним і добре переносить тепло. Він також має досить низьку електричну та теплопровідність. Тому його розмір дуже мало змінюється при екстремальних змінах температури. Однак титан є надпровідним при охолодженні нижче критичної температури 0,49 К.

Міцність на розрив. Титал має граничну міцність на розрив близько 434 МПа (63000 фунтів на квадратний дюйм), що дорівнює міцності звичайних сплавів зі сталі низької якості.

Щільність. Щільність титану становить 4,5 грами на см3, що набагато менше, ніж заліза - ось чому титанові сплави настільки важливі в аерокосмічній промисловості.

Міцність на втому. Також називається міцністю на витривалість, втомна міцність відноситься до найбільшого навантаження, яке матеріал може витримати протягом певної кількості циклів без розриву. Сплав титану має дуже високу втомну міцність за цикл, досягаючи 106-107 циклів.

Хімічні властивості

Стійкість до корозії. Титан має високу пасивність (пасивність - це втрата електрохімічної реакційної здатності, що зменшує швидкість корозії металу); тому він демонструє високий рівень корозійної стійкості до більшості мінеральних кислот і хлоридів. Поверхня металевого титану та його сплавів окислюється одразу після впливу повітря з утворенням тонкого непористого пасивного шару, що захищає основний метал від подальшого окислення або корозії.

Токсичність. Він також нетоксичний і біологічно сумісний з тканинами і кістками людини, що робить його ідеальним матеріалом для виробів медичних імплантатів.

Кислотостійкість. Титан здатний протистояти впливу розведеної сірчаної та соляної кислот, розчинів хлоридів та більшості органічних кислот. Однак титан роз’їдає концентровані кислоти.

Ці унікальні властивості титану роблять його ідеальним металом для широкого кола застосувань.

Аерокосмічна

Титан вважається "аерокосмічним металом". Кажуть, що до 2006 року 73% металевого титану в США все ще використовувалося для аерокосмічного будівництва. Як ми вже згадували вище, титан міцний, як сталь, але на 45% легший і характеризується дуже високою міцністю на розрив навіть при високих температурах, високою корозійною стійкістю та здатністю витримувати екстремальні температури. Тому титан переважно використовується в літаках, трубах для електростанцій, бронюванні, космічних кораблях і ракетах. Наприклад, Boeing 777 має максимальну порожню робочу вагу приблизно 304000 фунтів або 137,8 метричних тонн. З цієї величезної ваги 59 метричних тонн виготовлено з титану.

Морська

Метал розчинний у концентрованих кислотах, але не у воді. Якби ти занурював аркуш титану в морську воду на 4000 років, він мав би корозію лише на глибину приблизно товщини шматка копіювального паперу. Тому титан використовується для виготовлення карданних валів, такелажу та теплообмінників на установках для опріснення; нагрівачі-охолоджувачі для акваріумів із морською водою, волосіні та лідера, а також водолазів' ножі. Титан також використовується в корпусах та компонентах пристроїв спостереження та моніторингу, розгорнутих у океані, для науки та військових.

Медичні

Титан біологічно сумісний з організмом людини, тобто організм не намагається його відкинути. Він також має природну здатність інтегруватися з кістками в організмі для створення постійної структури. Це робить його корисним для широкого кола