Titaan metall. Titaan (Titanium) on perioodilisuse tabeli element titaan

Titaani füüsikalised ja keemilised omadused, titaani tootmine

Titaani kasutamine puhtal kujul ja sulamite kujul, titaani kasutamine ühendite kujul, titaani füsioloogiline toime

1. jagu. Titaani ajalugu ja leidmine looduses.

Titaan -seda neljanda rühma, DI Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi neljanda perioodi kõrvalalarühma element aatomnumbriga 22. Lihtaine titaan (CAS number: 7440-32-6) on hele hõbevalge. metallist. See eksisteerib kahes kristallilises modifikatsioonis: α-Ti kuusnurkse tihedalt pakitud võrega, β-Ti kuubikujulise kehakeskse tihendiga, polümorfse transformatsiooni temperatuur α↔β on 883 °C. Sulamistemperatuur 1660 ± 20 °C.

Titaani ajalugu ja olemus

Titan sai nime Vana-Kreeka titaanide tegelaste järgi. Seda nimetas saksa keemik Martin Klaproth omal põhjustel, erinevalt prantslastest, kes püüdsid anda nimesid vastavalt elemendi keemilistele omadustele, kuid sellest ajast peale olid elemendi omadused teadmata. valitud.

Vastavalt selle arvule meie planeedil on titaan 10 elementi. Titaani kogus maakoores on 0,57 massiprotsenti ja 0,001 milligrammi 1 liitri merevee kohta. Titaani leiukohad asuvad Lõuna-Aafrika Vabariigi, Ukraina, Venemaa, Kasahstani, Jaapani, Austraalia, India, Tseiloni, Brasiilia ja Lõuna-Korea territooriumil.

Füüsikaliste omaduste järgi on titaan hele hõbedane metall, lisaks iseloomustab seda kõrge viskoossus töötlemisel ja see on altid lõikeriista külge kleepuma, seetõttu kasutatakse selle efekti kõrvaldamiseks spetsiaalseid määrdeaineid või pihustust. Toatemperatuuril on see kaetud TiO2 oksiidi lassiveeriva kilega, mille tõttu on see korrosioonikindel enamikus agressiivsetes keskkondades, välja arvatud leelised. Titaanitolm kipub plahvatama, leekpunkt on 400 °C. Titaanlaastud on tuleohtlikud.

Titaani puhtal kujul või selle sulamite tootmiseks kasutatakse enamikul juhtudel titaandioksiidi koos vähese hulga ühendeid. Näiteks rutiili kontsentraat, mis saadakse titaanimaakide rikastamise käigus. Kuid rutiili varud on äärmiselt väikesed ja sellega seoses kasutatakse ilmeniidikontsentraatide töötlemisel saadud nn sünteetilist rutiili ehk titaanräbu.

28-aastast inglise munka William Gregorit peetakse titaani avastajaks. 1790. aastal juhtis ta oma kihelkonnas mineraloogilisi uuringuid tehes tähelepanu musta liiva levimusele ja ebatavalistele omadustele Edela-Inglismaa Menacani orus ning asus seda uurima. Liivast avastas preester musta läikiva mineraali terad, mida tõmbab ligi tavaline magnet. 1925. aastal Van Arkeli ja de Boeri poolt jodiidimeetodil saadud puhtaim titaan osutus paljude väärtuslike omadustega plastiliseks ja töödeldavaks metalliks, mis äratas paljude disainerite ja inseneride tähelepanu. 1940. aastal pakkus Kroll välja magneesiumtermilise meetodi titaani maakidest eraldamiseks, mis on tänapäevalgi peamine. 1947. aastal toodeti esimesed 45 kg kaubanduslikult puhast titaani.

Titaanil on Mendelejevi elementide perioodilisuse tabelis järjekorranumber 22. Loodusliku titaani aatommass, mis on arvutatud selle isotoopide uuringute tulemuste põhjal, on 47,926. Seega sisaldab neutraalse titaani aatomi tuum 22 prootonit. Neutronite ehk neutraalsete laenguta osakeste arv on erinev: sagedamini 26, kuid see võib varieeruda 24 kuni 28. Seetõttu on titaani isotoopide arv erinev. Kokku on praegu teada 13 elemendi nr 22 isotoopi Looduslik titaan koosneb viie stabiilse isotoobi segust, kõige laiemalt on esindatud titaan-48, selle osatähtsus looduslikes maakides on 73,99%. Titaan ja teised alarühma IVB elemendid on omadustelt väga lähedased alarühma IIIB (skandiumirühm) elementidele, kuigi nad erinevad viimastest oma kõrge valentsuse poolest. Titaani sarnasus skandiumi, ütriumiga, aga ka VB alarühma elementidega - vanaadiumi ja nioobiumiga väljendub ka selles, et titaani leidub sageli looduslikes mineraalides koos nende elementidega. Ühevalentsete halogeenidega (fluor, broom, kloor ja jood) võib see moodustada di-tri- ja tetraühendeid, väävli ja selle rühma elementidega (seleen, telluur) - mono- ja disulfiidid, hapnikuga - oksiidid, dioksiidid ja trioksiidid .

Titaan moodustab ka ühendeid vesinikuga (hüdriidid), lämmastiku (nitriidid), süsinikuga (karbiidid), fosforiga (fosfiidid), arseeniga (arsiidid), aga ka ühendeid paljude metallidega – intermetallilisi ühendeid. Titaan ei moodusta mitte ainult lihtsaid, vaid ka palju keerulisi ühendeid, paljud selle ühendid orgaaniliste ainetega on teada. Nagu nähtub ühendite loetelust, milles titaan võib osaleda, on see keemiliselt väga aktiivne. Ja samas on titaan üks väheseid metalle, millel on ülikõrge korrosioonikindlus: see on õhus, külmas ja keevas vees praktiliselt igavene, on väga stabiilne merevees, paljude soolade, anorgaaniliste ja orgaaniliste hapete lahustes. . Oma merevees korrosioonikindluse poolest ületab see kõiki metalle, välja arvatud väärismetallid - kuld, plaatina jne, enamik roostevaba terase liike, niklit, vaske ja muid sulameid. Puhas titaan ei korrodeeru vees ega paljudes söövitavates keskkondades. Takistab titaani ja erosioonikorrosiooni, mis tuleneb metallile avalduva keemilise ja mehaanilise pinge kombinatsioonist. Selles osas ei jää see alla roostevaba terase, vasepõhiste sulamite ja muude konstruktsioonimaterjalide parimatele klassidele. See talub hästi titaani ja väsimuskorrosiooni, mis sageli väljendub metalli terviklikkuse ja tugevuse rikkumistena (pragunemine, lokaalsed korrosioonikolded jne). Titaani käitumine paljudes agressiivsetes keskkondades, nagu lämmastik-, vesinikkloriid-, väävel-, vesi- ja muud happed ja leelised, tekitab selle metalli suhtes üllatust ja imetlust.

Titaan on väga tulekindel metall. Pikka aega usuti, et see sulab temperatuuril 1800 ° C, kuid 50ndate keskel. Briti teadlased Diardorf ja Hayes määrasid puhta elementaarse titaani sulamistemperatuuri. See oli 1668 ± 3 ° С. Oma tulekindluse poolest on titaan teisel kohal selliste metallide nagu volfram, tantaal, nioobium, reenium, molübdeen, plaatinoidid, tsirkoonium ja peamiste struktuurimetallide seas esikohal. Titaani kui metalli kõige olulisem omadus on unikaalsed füüsikalised ja keemilised omadused: madal tihedus, suur tugevus, kõvadus jne Peaasi, et need omadused kõrgel temperatuuril oluliselt ei muutu.

Titaan on kergmetall, selle tihedus 0 ° C juures on ainult 4,517 g / cm8 ja 100 ° C juures - 4,506 g / cm3. Titaan kuulub metallide rühma, mille erikaal on alla 5 g / cm3. Siia kuuluvad kõik leelismetallid (naatrium, kaadium, liitium, rubiidium, tseesium) erikaaluga 0,9–1,5 g / cm3, magneesium (1,7 g / cm3), alumiinium (2,7 g / cm3) jne. Titaan on rohkem kui 1,5 korda raskem kui alumiinium ja selles ta muidugi kaotab, kuid on 1,5 korda kergem kui raud (7,8 g / cm3). Olles aga erikaalu poolest alumiiniumi ja raua vahepealsel positsioonil, on titaan oma mehaaniliste omaduste poolest neist kordades parem.). Titaanil on märkimisväärne kõvadus: see on 12 korda kõvem kui alumiinium, 4 korda kõvem kui raud ja vask. Metalli teine oluline omadus on voolavuspiir. Mida kõrgem see on, seda paremini taluvad sellest metallist valmistatud osad töökoormust. Titaani voolavuspiir on peaaegu 18 korda kõrgem kui alumiiniumil. Titaanisulamite eritugevust saab suurendada 1,5–2 korda. Selle kõrged mehaanilised omadused säilivad hästi kuni mitmesaja kraadise temperatuuri juures. Puhas titaan sobib igasuguseks töötlemiseks kuumas ja külmas olekus: seda saab sepistada nagu rauda, tõmmata ja isegi traati teha, rullida lehtedeks, ribadeks, kuni 0,01 mm paksuseks fooliumiks.

Erinevalt enamikust metallidest on titaanil märkimisväärne elektritakistus: kui võtta hõbeda elektrijuhtivuseks 100, siis vase elektrijuhtivus on 94, alumiiniumil 60, raual ja plaatinal –15 ning titaanil vaid 3,8. Titaan on paramagnetiline metall, seda ei magnetiseerita nagu raud magnetväljas, kuid seda ei tõugata sealt välja, nagu vask. Selle magnetiline tundlikkus on väga nõrk, seda omadust saab kasutada ehituses. Titaanil on suhteliselt madal soojusjuhtivus, ainult 22,07 W / (mK), mis on ligikaudu 3 korda madalam kui raua soojusjuhtivus, 7 korda madalam kui magneesiumil, 17–20 korda madalam kui alumiiniumil ja vasel. Vastavalt sellele on titaani lineaarse soojuspaisumise koefitsient madalam kui teistel konstruktsioonimaterjalidel: 20 C juures on see 1,5 korda madalam kui raual, 2 korda madalam vasel ja peaaegu 3 korda madalam alumiiniumil. Seega on titaan halb elektri- ja soojusjuht.

Tänapäeval kasutatakse titaanisulameid laialdaselt aeronautikatehnikas. Titaanisulameid kasutati esmakordselt tööstuslikus mastaabis lennukite reaktiivmootorite konstrueerimisel. Titaani kasutamine reaktiivmootorite konstrueerimisel võimaldab vähendada nende kaalu 10 ... 25%. Eelkõige kasutatakse titaanisulameid kompressori ketaste ja labade, õhuvõtuava osade, juhtlabade ja kinnitusdetailide valmistamiseks. Titaanisulamid on ülihelikiirusega lennukite jaoks asendamatud. Lennukite lennukiiruste suurenemine tõi kaasa naha temperatuuri tõusu, mille tulemusena alumiiniumsulamid lakkasid vastamast ülehelikiirusel lennutehnoloogia poolt kehtestatud nõuetele. Sel juhul ulatub katte temperatuur 246 ... 316 ° С. Nendes tingimustes osutusid titaanisulamid kõige vastuvõetavamaks materjaliks. 70ndatel kasvas märkimisväärselt titaanisulamite kasutamine tsiviillennukite raamides. Keskmaalennukil TU-204 on titaanisulamist detailide kogumass 2570 kg. Titaani kasutamine helikopterites laieneb järk-järgult, peamiselt pearootorisüsteemi, ajami ja juhtimissüsteemi osade jaoks. Titaanisulamid mängivad raketitööstuses olulist rolli.

Tänu kõrgele merevees korrosioonikindlusele kasutatakse titaani ja selle sulameid laevaehituses propellerite valmistamiseks, laevade, allveelaevade, torpeedode jms katteks. Kestad ei kleepu titaanile ja selle sulamitele, mis suurendab järsult anuma takistust selle liikumise ajal. Järk-järgult laienevad titaani kasutusalad. Titaani ja selle sulameid kasutatakse keemia-, naftakeemia-, tselluloosi- ja paberi- ning toiduainetööstuses, värvilise metallurgias, energeetikas, elektroonikas, tuumatehnoloogias, galvaniseerimises, relvade valmistamisel, soomusplaatide, kirurgiliste instrumentide, kirurgiliste implantaatide valmistamisel. , magestamistehased, võidusõiduautode osad, spordivarustus (golfiklubid, mägironimisvarustus), käekellade osad ja isegi ehted. Titaannitridimine viib selle pinnale kuldse kile moodustumiseni, mis ei jää oma ilu poolest alla tõelisele kullale.

TiO2 avastamise tegid peaaegu samaaegselt ja üksteisest sõltumatult inglane W. Gregor ja saksa keemik M. G. Klaproth. W. Gregor, uurides magnetilise raudliiva koostist (Creed, Cornwall, Inglismaa, 1791), tuvastas uue tundmatu metalli "maa" (oksiidi), millele pani nimeks Menakenova. 1795. aastal avastas saksa keemik Klaproth rutiili mineraalis uue elemendi ja nimetas selle titaaniks. Kaks aastat hiljem tegi Klaproth kindlaks, et rutiil ja Menakenia maa on sama elemendi oksiidid, mille taha jäi Klaprothi pakutud nimetus "titaan". Kümme aastat hiljem avastati titaan kolmandat korda. Prantsuse teadlane L. Vauquelin avastas anataasi koostises titaani ja tõestas, et rutiil ja anataas on identsed titaanoksiidid.

Esimese metallilise titaani proovi sai 1825. aastal J. J. Berzelius. Titaani kõrge keemilise aktiivsuse ja selle puhastamise keerukuse tõttu said hollandlased A. van Arkel ja I. de Boer 1925. aastal titaanjodiidi TiI4 auru termilise lagundamise teel puhta Ti proovi.

Titaan on looduses sisalduselt 10. kohal. Maakoore sisaldus on 0,57 massiprotsenti, merevees 0,001 mg / l. Ülialuselistes kivimites 300 g / t, aluselistes kivimites - 9 kg / t, happelistes kivimites 2,3 kg / t, savides ja kildades 4,5 kg / t. Maakoores on titaan peaaegu alati neljavalentne ja seda leidub ainult hapnikuühendites. Vabal kujul ei leitud. Titaanil on ilmastikutingimuste ja settimise tingimustes geokeemiline afiinsus Al2O3 suhtes. See on kontsentreeritud mureneva maakoore boksiidis ja meresavisetetes. Titaan kandub üle mineraalide mehaaniliste fragmentide ja kolloidide kujul. Osadesse savidesse koguneb kuni 30 massiprotsenti TiO2. Titaanmineraalid on vastupidavad ilmastikumõjudele ja moodustavad suurtes kontsentratsioonides platsi. Tuntakse üle 100 titaani sisaldava mineraali. Olulisemad neist on rutiil TiO2, ilmeniit FeTiO3, titanomagnetiit FeTiO3 + Fe3O4, perovskiit CaTiO3, titaniit CaTiSiO5. Seal on primaarsed titaanmaagid - ilmeniit-titanomagnetiit ja platsermaagid - rutiil-ilmeniit-tsirkoon.

Peamised maagid on ilmeniit (FeTiO3), rutiil (TiO2), titaniit (CaTiSiO5).

2002. aastal kasutati 90% kaevandatud titaanist titaandioksiidi TiO2 tootmiseks. Maailma titaandioksiidi toodang oli 4,5 miljonit tonni aastas. Tõestatud titaandioksiidi varud (v.a Venemaa) ulatuvad ligikaudu 800 miljoni tonnini.. 2006. aastaks on USA geoloogiakeskuse andmetel ilmeniidimaakide varud titaandioksiidis ja ilma Venemaata arvestatuna 603-673 miljonit tonni ning rutiilimaagid - 49,7-52,7 miljonit tonni Seega jätkub maailma tõestatud titaanivarude kaevandamise kiirusel (va Venemaa) enam kui 150 aastaks.

Venemaal on Hiina järel suuruselt teine titaanivaru maailmas. Titaani maavarade baas koosneb Venemaal 20 maardlast (millest 11 on primaarsed ja 9 on maavarad), mis on üle kogu riigi üsna ühtlaselt hajutatud. Suurim uuritud maardlatest (Jaregskoje) asub 25 km kaugusel Ukhta linnast (Komi Vabariik). Maardla varuks hinnatakse 2 miljardit tonni maaki, mille keskmine titaandioksiidi sisaldus on umbes 10%.

Maailma suurim titaanitootja on Venemaa ettevõte VSMPO-AVISMA.

Puhtal kujul ja sulamite kujul

Titaanist monument Gagarinile Moskvas Leninski prospektil

Metalli kasutatakse: keemiatööstuses (reaktorid, torustikud, pumbad, torujuhtmete liitmikud), sõjatööstuses (soomusrüüd, soomusrüüd ja tulemüürid lennunduses, allveelaevade kered), tööstusprotsessides (magestamistehased, tselluloosi- ja paberiprotsessid), autotööstus, põllumajandustööstus, toiduainetööstus, augustamise ehted, meditsiinitööstus (proteesid, osteoproteesid), hambaravi ja endodontilised instrumendid, hambaimplantaadid, sporditarbed, ehted (Aleksandr Homov), mobiiltelefonid, kergsulamid jne. Kas kõige olulisem struktuur materjal lennuki-, raketi-, laevaehituses.

Titaani valamine teostatakse vaakumahjudes grafiitvormidesse. Kasutatakse ka vaakuminvesteeringuvalu. Tehnoloogiliste raskuste tõttu kasutatakse seda kunstilises castingus piiratud määral. Maailma esimene monumentaalne titaanist valatud skulptuur on Juri Gagarini monument Moskvas temanimelisel väljakul.

Titaan on legeerlisand paljudes legeerterastes ja enamikes erisulamites.

Nitinool (nikkel-titaan) on kujumälusulam, mida kasutatakse meditsiinis ja tehnoloogias.

Titaanaluminiidid on väga oksüdatsiooni- ja kuumakindlad, mis omakorda on määranud nende kasutamise lennunduses ja autotööstuses konstruktsioonimaterjalina.

Titaan on üks levinumaid kõrgvaakumpumpades kasutatavaid gettermaterjale.

Valget titaandioksiidi (TiO2) kasutatakse värvides (näiteks titaanvalge), aga ka paberis ja plastides. Toidu lisaaine E171.

Orgaanilisi taaniühendeid (nt tetrabutoksütitaan) kasutatakse katalüsaatorina ja kõvendina keemia- ja värvitööstuses.

Anorgaanilisi titaaniühendeid kasutatakse keemia-elektroonika- ja klaaskiutööstuses lisandite või kattekihtidena.

Titaankarbiid, titaandiboriid, titaankarbonitriid on metalli töötlemiseks kasutatavate ülikõvade materjalide olulised komponendid.

Titaannitriidi kasutatakse tööriistade, kirikukuplite katmiseks ja ehete valmistamisel, sest on kullaga sarnase värviga.

Baariumtitanaat BaTiO3, pliititanaat PbTiO3 ja mitmed teised titanaadid – ferroelektrikud.

Erinevate metallidega on palju titaanisulameid. Legeerivad elemendid jagunevad kolme rühma, sõltuvalt nende mõjust polümorfse muundumise temperatuurile: beeta-stabilisaatoritele, alfa-stabilisaatoritele ja neutraalsetele kõvenditele. Esimesed alandavad transformatsioonitemperatuuri, teised tõstavad, kolmandad ei mõjuta seda, vaid toovad kaasa maatriksi lahuse kõvenemise. Alfa-stabilisaatorite näited: alumiinium, hapnik, süsinik, lämmastik. Beeta stabilisaatorid: molübdeen, vanaadium, raud, kroom, nikkel. Neutraalsed kõvendid: tsirkoonium, tina, räni. Beeta-stabilisaatorid jagunevad omakorda beeta-isomorfseteks ja beeta-eutektoide moodustavateks. Kõige tavalisem titaanisulam on Ti-6Al-4V (Vene klassifikatsioonis - VT6).

60% värvi;

20% - plastik;

13% - paber;

7% - masinaehitus.

15-25 dollarit kilogrammi kohta, olenevalt puhtusest.

Kareda titaani (titaankäsna) puhtus ja klass määratakse tavaliselt selle kõvaduse järgi, mis sõltub lisandite sisaldusest. Levinumad kaubamärgid on TG100 ja TG110.

Ferrotaaniumi (vähemalt 70% titaani) hind 22.12.2010 seisuga on 6,82 dollarit kilogrammi kohta. 01.01.2010 oli hind tasemel 5,00 $ kilogrammi kohta.

Venemaal olid titaani hinnad 2012. aasta alguses 1200-1500 rubla / kg.

Eelised:

madal tihedus (4500 kg / m3) aitab vähendada kasutatava materjali massi;

kõrge mehaaniline tugevus. Tuleb märkida, et kõrgendatud temperatuuril (250–500 ° C) on titaanisulamid tugevamad kui ülitugevad alumiiniumi- ja magneesiumisulamid;

ebatavaliselt kõrge korrosioonikindlus, mis on tingitud titaani võimest moodustada pinnale õhukesi (5-15 μm) pidevaid TiO2-oksiidi kilesid, mis on kindlalt metalli massiga seotud;

parimate titaanisulamite eritugevus (tugevuse ja tiheduse suhe) ulatub 30-35 ja enamgi, mis on peaaegu kaks korda suurem kui legeerteraste eritugevus.

Puudused:

kõrge tootmiskulu, titaan on palju kallim kui raud, alumiinium, vask, magneesium;

aktiivne interaktsioon kõrgel temperatuuril, eriti vedelas olekus, kõigi atmosfääri moodustavate gaasidega, mille tulemusena saab titaani ja selle sulameid sulatada ainult vaakumis või inertgaasi keskkonnas;

titaanijäätmete tootmisega seotud raskused;

halvad hõõrdevastased omadused, mis on tingitud titaani nakkumisest paljude materjalidega; titaaniga seotud titaan ei saa hõõrdumise korral töötada;

titaani ja paljude selle sulamite kõrge kalduvus vesiniku rabedusele ja soolade korrosioonile;

halb töödeldavus, mis sarnaneb austeniitsete roostevabade teraste omaga;

kõrge keemiline aktiivsus, kalduvus terade kasvule kõrgel temperatuuril ja faasimuutused keevitustsükli ajal põhjustavad raskusi titaani keevitamisel.

Põhiosa titaanist kulub lennunduse ja raketitehnoloogia ning merelaevaehituse vajadustele. Titaani (ferrotitaan) kasutatakse kvaliteetsete teraste ligeeriva lisandina ja deoksüdeeriva ainena. Tehnilist titaani kasutatakse mahutite, keemiareaktorite, torustike, liitmike, pumpade, ventiilide ja muude söövitavas keskkonnas töötavate toodete valmistamiseks. Tihendatud titaani kasutatakse kõrgel temperatuuril töötavate elektriliste vaakumseadmete võrkude ja muude osade valmistamiseks.

Titaan on kasutuse poolest konstruktsioonimaterjalina 4. kohal, jäädes alla vaid Al-le, Fe-le ja Mg-le. Titaanaluminiidid on väga oksüdatsiooni- ja kuumakindlad, mis omakorda on määranud nende kasutamise lennunduses ja autotööstuses konstruktsioonimaterjalina. Titaani bioloogiline ohutus teeb sellest suurepärase materjali toiduainetööstuses ja rekonstruktiivses kirurgias.

Titaan ja selle sulamid on leidnud tehnoloogias laialdast rakendust tänu oma kõrgele mehaanilisele tugevusele, mis püsib kõrgel temperatuuril, korrosioonikindlusele, kuumakindlusele, eritugevusele, madalale tihedusele ja teistele kasulikele omadustele. Titaani ja selle sulamite kõrge hind on paljudel juhtudel kompenseeritud nende suurema efektiivsusega ning mõnel juhul on need ainsad materjalid, millest on võimalik valmistada seadmeid või konstruktsioone, mis võivad nendes spetsiifilistes tingimustes töötada.

Titaanisulamid mängivad olulist rolli lennunduses, kus nad püüavad saavutada kergeima disaini koos vajaliku tugevusega. Titaan on teiste metallidega võrreldes kerge, kuid samal ajal võib see töötada kõrgel temperatuuril. Titaanisulameid kasutatakse voodri, kinnitusdetailide, jõukomplekti, šassii osade ja erinevate sõlmede valmistamiseks. Samuti kasutatakse neid materjale lennukite reaktiivmootorite projekteerimisel. See võimaldab teil vähendada nende kaalu 10-25%. Titaanisulameid kasutatakse kompressori ketaste ja labade, õhu sisselaskeava osade ja juhtlabade ning kinnitusdetailide tootmiseks.

Titaani ja selle sulameid kasutatakse ka raketitööstuses. Arvestades mootorite lühiajalist töötamist ja tihedate atmosfäärikihtide kiiret läbimist raketitöös, on väsimustugevuse, staatilise vastupidavuse ja osaliselt roomamise probleemid suures osas välistatud.

Tehniline titaan ei sobi oma ebapiisavalt kõrge termilise tugevuse tõttu lennunduses kasutamiseks, kuid oma ülikõrge korrosioonikindluse tõttu on mõnel juhul keemiatööstuses ja laevaehituses asendamatu. Seetõttu kasutatakse seda kompressorite ja pumpade tootmisel agressiivsete ainete, nagu väävel- ja vesinikkloriidhape ning nende soolad, torujuhtmed, ventiilid, autoklaavid, erinevat tüüpi mahutid, filtrid jne pumpamiseks. Ainult titaan on korrosioonikindel keskkonnas, näiteks märg. kloori, kloori vesilahuseid ja happelisi lahuseid, seetõttu valmistatakse sellest metallist klooritööstuse seadmed. Soojusvahetid on valmistatud titaanist ja töötavad söövitavas keskkonnas, näiteks lämmastikhappes (mitte suitsedes). Laevaehituses kasutatakse titaani propellerite tootmiseks, merelaevade, allveelaevade, torpeedode jne plaadistamiseks. Kestad ei kleepu titaanile ja selle sulamitele, mis suurendab järsult anuma takistust selle liikumise ajal.

Titaanisulamid on paljutõotavad kasutamiseks paljudes muudes rakendustes, kuid nende levikut tehnoloogias piiravad titaani kõrge hind ja nappus.

Titaaniühendeid kasutatakse laialdaselt ka erinevates tööstusharudes. Titaankarbiidil on kõrge kõvadus ja seda kasutatakse lõikeriistade ja abrasiivsete materjalide valmistamisel. Valget titaandioksiidi (TiO2) kasutatakse värvides (näiteks titaanvalge), aga ka paberis ja plastides. Orgaanilisi taaniühendeid (nt tetrabutoksütitaan) kasutatakse katalüsaatorina ja kõvendina keemia- ja värvitööstuses. Anorgaanilisi titaaniühendeid kasutatakse keemia-elektroonika- ja klaaskiutööstuses lisandina. Titaandiboriid on metallitöötlemisel ülikõvade materjalide oluline komponent. Titaannitriidi kasutatakse tööriistade katmiseks.

Titaani praeguste kõrgete hindadega kasutatakse seda peamiselt sõjavarustuse tootmiseks, kus peamine roll ei ole maksumusel, vaid tehnilistel omadustel. Sellegipoolest on juhtumeid, kus titaani ainulaadseid omadusi kasutatakse tsiviilvajadusteks. Kuna titaani hind langeb ja selle tootmine tõuseb, kasvab selle metalli kasutamine sõjalistel ja tsiviilotstarbel jätkuvalt.

Lennundus. Titaani ja selle sulamite madal erikaal ja kõrge tugevus (eriti kõrgetel temperatuuridel) muudavad need väga väärtuslikeks lennundusmaterjalideks. Titaan asendab lennukite ja lennukimootorite tootmises üha enam alumiiniumi ja roostevaba terast. Temperatuuri tõustes kaotab alumiinium kiiresti oma tugevuse. Teisest küljest on titaanil selge tugevuse eelis kuni 430 ° C ja aerodünaamilise kuumutamise tõttu tekivad seda tüüpi kõrgendatud temperatuurid suurtel kiirustel. Terase titaaniga asendamise eeliseks lennunduses on see, et see vähendab kaalu ilma tugevust ohverdamata. Üldine kaalu vähendamine koos suurema jõudlusega kõrgel temperatuuril võimaldab suurendada kandevõimet, lennuulatust ja lennuki manööverdusvõimet. See seletab jõupingutusi laiendada titaani kasutamist lennukiehituses mootorite tootmises, kerekonstruktsioonis, nahas ja isegi kinnitusdetailides.

Reaktiivmootorite konstruktsioonis kasutatakse titaani eelkõige kompressori labade, turbiiniketaste ja paljude muude stantsitud detailide valmistamiseks. Siin tõrjub titaan välja roostevaba ja kuumtöödeldava legeerterase. Mootori kaalusääst ühe kilogrammi võrra võimaldab tänu kere kergendamisele hoida kokku kuni 10 kg lennuki kogumassist. Tulevikus on kavas kasutada lehttitaani mootorite põlemiskambrite korpuste valmistamiseks.

Titaani kasutatakse laialdaselt lennukite ehitamisel kereosade jaoks, mis töötavad kõrgel temperatuuril. Titaanlehte kasutatakse igasuguste kestade, kaablite kaitsekestade ja mürskude juhikute valmistamiseks. Legeeritud titaanlehtedest valmistatakse erinevaid jäikusi, kere raame, ribisid jms.

Kaaned, klapid, kaablikaitsed ja mürsujuhikud on valmistatud legeerimata titaanist. Legeeritud titaani kasutatakse kereraami, raamide, torustike ja tulemüüride valmistamiseks.

Titaani kasutatakse üha enam F-86 ja F-100 lennukite ehitamisel. Tulevikus hakatakse titaanist valmistama teliku uksi, hüdrotorustikke, väljalasketorusid ja otsikuid, peeneid, klappe, klapptugesid jne.

Titaanist saab valmistada soomusplaate, sõukruvi labasid ja kestakarpe.

Praegu kasutatakse titaani sõjaväelennukite Douglas X-3 skin, Republican F-84F, Curtiss-Wright J-65 ja Boeing B-52 ehitamisel.

Titaani kasutatakse ka tsiviillennukite DC-7 ehitamisel. Douglase ettevõte on saavutanud juba umbes 90 kg kaalusäästu, asendades mootori gondli ja tulemüüride valmistamisel alumiiniumisulamid ja roostevaba terase titaaniga. Praegu on titaandetailide kaal selles lennukis 2% ja seda arvu oodatakse 20%ni lennuki kogumassist.

Titaani kasutamine võimaldab vähendada helikopterite kaalu. Titaanplekki kasutatakse põrandate ja uste jaoks. Helikopteri kaalu märkimisväärne vähenemine (umbes 30 kg) saavutati legeerterase asendamisel titaaniga selle pearootori labade katmiseks.

Merevägi. Titaani ja selle sulamite korrosioonikindlus muudab need merel väga väärtuslikuks. USA mereväeministeerium uurib põhjalikult titaani korrosioonikindlust suitsugaaside, auru, õli ja merevee suhtes. Titaani kõrge eritugevus on mereväes peaaegu sama oluline.

Metalli madal erikaal koos korrosioonikindlusega suurendab laevade manööverdusvõimet ja sõiduulatust ning vähendab ka materjaliosa hooldamise ja remondi kulusid.

Titaani mereväe rakenduste hulka kuuluvad allveelaevade diiselmootorite väljalaske summutid, gabariidikettad, õhukeseseinalised torud kondensaatorite ja soojusvahetite jaoks. Ekspertide sõnul suudab titaan, nagu ükski teine metall, pikendada allveelaevade väljalaske summutite kasutusiga. Soolase vee, bensiini või õliga kokkupuutuvate mõõteplaatide puhul tagab titaan parema vastupidavuse. Uuritakse võimalust kasutada soojusvahetite torude valmistamiseks titaani, mis peab olema torusid väljastpoolt pestavas merevees korrosioonikindel ja samas vastu pidama nende sees voolava heitgaasi kondensaadi mõjule. Kaalutakse võimalust valmistada antenne ja radaripaigaldiste sõlmesid titaanist, mis peab olema vastupidav suitsugaaside ja merevee mõjule. Titaani saab kasutada ka selliste osade tootmiseks nagu ventiilid, propellerid, turbiiniosad jne.

Suurtükivägi. Ilmselt võib suurim potentsiaalne titaani tarbija olla suurtükivägi, kus praegu käib intensiivne erinevate prototüüpide uurimine. Kuid selles valdkonnas on standardiseeritud ainult üksikute osade ja osade tootmine titaanist. Titaani väga piiratud kasutamine suurtükiväes ja laiaulatuslik uurimistöö on seletatav selle kõrgete kuludega.

Uuriti erinevaid suurtükiväe varustuse esemeid, lähtudes võimalusest asendada tavapärased materjalid titaaniga eeldusel, et titaani hindu langetatakse. Tähelepanu on pööratud osadele, mille kaal on oluliselt vähenenud (käsitsi ja õhku kantavad osad).

Mördi alusplaat terase asemel titaanist. Sellise asendusega ja pärast mõningast terasplaadi asemel muutmist oli võimalik kahest poolest saada üks 11 kg kaaluv tükk kogukaaluga 22 kg. Tänu sellele asendusele on võimalik hoolduspersonali arvu vähendada kolmelt kahele. Kaalutakse võimalust kasutada titaani relva leegi peatajate valmistamiseks.

Katsetatakse titaanist valmistatud püstolialuseid, püstolivanke ja tagasilöögisilindreid. Titaani saab laialdaselt kasutada juhitavate rakettide ja rakettmürskude tootmisel.

Esimesed titaani ja selle sulamite uuringud on näidanud võimalust valmistada neist soomusplaate. Terasest soomuse (paksus 12,7 mm) asendamine sama mürsu takistusega (16 mm paksuse) titaansoomusega võimaldab nende uuringute kohaselt säästa kuni 25% kaalust.

Kvaliteetsemad titaanisulamid lubavad loota võimalusele asendada terasplaadid võrdse paksusega titaaniga, mis annab kuni 44% kaalusäästu. Titaani tööstuslik kasutamine tagab suurema manööverdusvõime, suurendab transpordi ulatust ja relva vastupidavust. Õhutranspordi kaasaegne arengutase teeb ilmseks kergete soomusautode ja muude titaanist valmistatud sõidukite eelised. Suurtükiväeosakond kavatseb jalaväe tulevikus varustada titaanist valmistatud kiivrite, tääkide, granaadiheitjate ja käsileegiheitjatega. Titaanisulamit kasutati esmakordselt suurtükiväes mõne automaatrelva kolvi valmistamiseks.

Transport. Paljud eelised, mida titaani kasutamine soomusmaterjalide valmistamisel avaldab, kehtib ka sõidukite puhul.

Transporditehnikaettevõtetes praegu tarbitavate konstruktsioonimaterjalide asendamine titaaniga peaks kaasa tooma kütusekulu vähenemise, kandevõime suurenemise, vändamehhanismide osade väsimuspiiri suurenemise jne. Raudteel on äärmiselt oluline vähendada omamassi. . Veeremi kogumassi märkimisväärne vähenemine titaani kasutamise tõttu säästab veojõudu, vähendab tihvtide ja teljepuksi mõõtmeid.

Kaal on oluline ka järelveetavate sõidukite puhul. Siin suurendaks kandevõimet ka terase asendamine titaaniga telgede ja rataste tootmisel.

Kõiki neid võimalusi saaks realiseerida titaani hinna alandamisega 15-lt 2-3 dollarile titaanist pooltoodete naela kohta.

Keemiatööstus. Keemiatööstuse seadmete valmistamisel on kõige olulisem metalli korrosioonikindlus. Märkimisväärne on ka seadmete kaalu vähendamine ja tugevuse suurendamine. On loogiline eeldada, et titaan võib pakkuda mitmeid eeliseid hapete, leeliste ja anorgaaniliste soolade transportimise seadmete tootmisel. Titaani kasutamise lisavõimalused avanevad seadmete nagu mahutid, kolonnid, filtrid ja kõikvõimalikud kõrgsurvesilindrid tootmisel.

Titaantorustiku kasutamine võib tõsta küttespiraalide efektiivsust laboriautoklaavides ja soojusvahetites. Titaani kasutatavusest balloonide tootmisel, milles gaase ja vedelikke hoitakse pikka aega rõhu all, annab tunnistust põlemissaaduste mikroanalüüsis kasutatud raskema klaastoru asemel (näidatud pildi ülaosas). Tänu väikesele seinapaksusele ja väikesele erikaalule saab seda toru kaaluda tundlikumatel väiksemate mõõtmetega analüütilistel kaaludel. Siin parandab kerguse ja korrosioonikindluse kombinatsioon keemilise analüüsi täpsust.

Muud kasutusvaldkonnad. Titaani kasutamine on soovitatav toiduaine-, nafta- ja elektritööstuses, samuti kirurgiliste instrumentide valmistamisel ja kirurgias endas.

Titaanist valmistatud toiduvalmistamise lauad, aurutamislauad on kvaliteetsemad kui terastooted.

Nafta- ja gaasipuurimistööstuses on korrosioonivastane võitlus väga oluline, seetõttu võimaldab titaani kasutamine seadmete söövitavaid vardaid harvemini välja vahetada. Katalüütilises tootmises ja naftatorustike valmistamisel on soovitav kasutada titaani, mis säilitab kõrgel temperatuuril oma mehaanilised omadused ja on hea korrosioonikindlusega.

Elektritööstuses saab titaani hea eritugevuse, kõrge elektritakistuse ja mittemagnetiliste omaduste tõttu kasutada kaablite armeerimiseks.

Erinevad tööstusharud hakkavad kasutama titaanist valmistatud ühe või teise vormi kinnitusvahendeid. Titaani kasutuse edasine laiendamine on kirurgiliste instrumentide valmistamisel võimalik peamiselt tänu selle korrosioonikindlusele. Titaanist instrumendid on selles osas paremad kui tavalised kirurgiainstrumendid, kui neid korduvalt keeta või autoklaavida.

Kirurgia valdkonnas on titaan parem kui vitalium ja roostevaba teras. Titaani olemasolu kehas on üsna vastuvõetav. Luude kinnitamiseks titaanist valmistatud plaat ja kruvid olid looma kehas mitu kuud ning luu kasvas kruvikeermete keermetesse ja plaadi auku.

Titaani eeliseks on ka see, et plaadile tekib lihaskude.

Umbes pool maailma titaanitoodangust suunatakse tavaliselt tsiviillennukitööstusele, kuid selle langus pärast tuntud traagilisi sündmusi sunnib paljusid tööstusharus osalejaid otsima uusi titaani kasutusvaldkondi. See materjal on esimene osa välismaise metallurgiaajakirjanduse väljaannete valikust, mis on pühendatud titaani väljavaadetele tänapäevastes tingimustes. Ameerika ühe juhtiva titaanitootja RT1 hinnangul moodustab 50–60 tuhat tonni aastas kogu maailmas toodetud titaani kosmosetööstuse segment kuni 40 tarbimist, tööstuslikku rakendust ja rakendust. 34 ja sõjasektor 16 ning umbes 10 tuleneb titaani kasutamisest tarbekaupades. Titaani tööstuslikud rakendused hõlmavad keemilisi protsesse, elektritootmist, naftat ja gaasi ning magestamistehaseid. Sõjalised mittelennunduslikud rakendused hõlmavad peamiselt kasutamist suurtükiväes ja lahingumasinates. Titaani märkimisväärse kasutusmahuga sektorid on autotööstus, arhitektuur ja ehitus, spordikaubad, ehted. Peaaegu kogu valuplokkides olev titaan toodetakse USA-s, Jaapanis ja SRÜ riikides – Euroopa moodustab vaid 3,6 kogu maailma mahust. Titaani lõppkasutuse piirkondlikud turud on väga erinevad – unikaalsuse ilmekaim näide on Jaapan, kus tsiviillennundussektor moodustab vaid 2-3, kui kasutada 30 titaani kogutarbimisest keemiatehaste seadmetes ja konstruktsioonielementides. . Tuuma- ja tahkekütuse elektrijaamad moodustavad umbes 20 Jaapani kogunõudlusest, ülejäänud osa tuleb arhitektuurist, meditsiinist ja spordist. USAs ja Euroopas on näha vastupidist pilti, kus tarbimine lennundussektoris on ülimalt oluline - vastavalt 60-75 ja 50-60 iga piirkonna kohta. USA-s on traditsiooniliselt tugevateks lõppturgudeks keemiatööstus, meditsiiniseadmed ja tööstusseadmed, samas kui Euroopas moodustavad suurima osa nafta- ja gaasitööstus ning ehitustööstus. Suur sõltuvus kosmosetööstusest on olnud titaanitööstuse pikaajaline murekoht, mis püüab titaani rakendusi laiendada, eriti praeguse tsiviillennunduse languse ajal kogu maailmas. USA geoloogiateenistuse andmetel oli 2003. aasta esimeses kvartalis titaankäsnade impordis märkimisväärne langus - kõigest 1319 tonni, mis on 62 võrra vähem kui 2002. aasta samal perioodil 3431 tonni. Ameerika hiiglasliku titaanitootja ja titaanitoodete tarnija Type John Barberi turuarenduse direktori John Barberi sõnul jääb lennundussektor alati üheks juhtivaks titaanituruks, kuid meie, titaanitööstus, peame selle väljakutse vastu võtma ja tegema. kõik selleks, et meie tööstus ei järgiks lennundussektori arengutsükleid ja langust. Mõned titaanitööstuse juhtivad tootjad näevad olemasolevatel turgudel kasvuvõimalusi, millest üks on veealuste seadmete ja materjalide turg. RT1 müügi- ja jaotusjuhi Martin Proco sõnul on titaani kasutatud elektritootmises ja veealustes operatsioonides pikka aega, alates 1980. aastate algusest, kuid alles viimase viie aasta jooksul on need valdkonnad pidevalt arenenud koos vastava kasvuga. turunišis. Mis puutub veealustesse operatsioonidesse, siis siin on kasv tingitud eelkõige puurimistest suurematel sügavustel, kus titaan on sobivaim materjal. Selle veealune elutsükkel on nii-öelda viiskümmend aastat, mis vastab veealuste projektide tavapärasele kestusele. Eespool oleme juba loetlenud valdkonnad, kus titaani kasutamise kasv on tõenäoline. USA ettevõtte Howmet Ti-Casti müügijuhi Bob Funnelli sõnul võib turu hetkeseisu näha uutes valdkondades, nagu näiteks veoautode, rakettide ja pumpade pöörlevad turboülelaadurid, avanevad võimalused.

Üks meie praegustest projektidest on 155 mm kaliibriga kergsuurtükiväesüsteemide BAE Howitzer XM777 arendamine. Nawmet tarnib 17 28 konstruktsioonilisest titaanivalusõlmest iga püstolikinnituse jaoks, mille tarnimine USA merejalaväele peaks algama 2004. aasta augustis. 9800 naela ja ligikaudu 4,44-tonnise kogumassiga titaan moodustab selle disainis ligikaudu 2600 naela ehk ligikaudu 1,18 tonni – kasutades 6A14U sulamit koos paljude valanditega, ütleb Frank Hrster, BAE 8u81et8 tuletoetussüsteemide juht. See XM777 süsteem peaks asendama praeguse M198 haubitsasüsteemi, mis kaalub umbes 17 000 naela umbes 7,71 tonni. Masstootmine on kavandatud perioodiks 2006–2010 – esialgu plaaniti tarnida USA-sse, Suurbritanniasse ja Itaaliasse, kuid programm võib laieneda ka NATO liikmesriikidesse tarnimiseks. Timeti John Barber juhib tähelepanu sellele, et märkimisväärses koguses titaani kasutava sõjavarustuse näited on Abrahami tank ja Bradley lahingumasin. Juba kaks aastat on läbi viidud NATO, USA ja Suurbritannia ühisprogramm titaani kasutamise intensiivistamiseks relvastuses ja kaitsesüsteemides. Nagu on korduvalt märgitud, sobib titaan väga hästi autotööstuses kasutamiseks, kuigi selle suuna osakaal on üsna tagasihoidlik - umbes 1 kogu tarbitavast titaani mahust ehk 500 tonni aastas Itaalia ettevõtte andmetel. Rogipolini, vormel-1 ja võidusõidumootorrataste titaansõlmede ja osade tootja. Selle ettevõtte uurimis- ja arendusosakonna juhataja Daniele Stoppolini usub, et praegune nõudlus titaani järele selles turusegmendis on 500 tonni tasemel, kuna seda materjali kasutatakse massiliselt ventiilide, vedrude, väljalaskesüsteemide projekteerimisel, ülekandevõllid, poldid võivad potentsiaalselt tõusta peaaegu mitte 16 000 tonnini aastas. Ta lisas, et tema ettevõte on alles alustamas automatiseeritud titaanpoltide tootmist, et tootmiskulusid vähendada. Tema hinnangul on piiravad tegurid, mille tõttu titaani kasutamine autotööstuses oluliselt ei laiene, nõudluse ettearvamatus ja ebakindlus tooraine tarnimisel. Samal ajal jääb autotööstuses titaanile suur potentsiaalne nišš, mis ühendab endas spiraalvedrude ja väljalaskesüsteemide optimaalsed kaalu- ja tugevusomadused. Kahjuks märgib Ameerika turul titaani laialdast kasutamist nendes süsteemides vaid üsna eksklusiivne poolsportlik mudel Chevrolet-Corvette Z06, mis ei saa kuidagi väita, et tegemist on massiautoga. Kuid kütusesäästu ja korrosioonikindluse pidevate väljakutsete tõttu on titaani väljavaated selles valdkonnas endiselt alles. Mitte-lennundus- ja mittesõjaliste rakenduste turgudel heakskiitmiseks loodi hiljuti ühisettevõte UNITI, mille nimeks on sõna unity - unity ja Ti - titaani nimetus perioodilisuse tabelis kui osa maailma juhtivatest titaanitootjatest. - Ameerika Allegheny Technologies ja Venemaa VSMPO-Avisma. Need turud on teadlikult välistatud, ütles uue ettevõtte president Karl Multon – kavatseme teha uuest ettevõttest juhtiva titaanist osade ja alamkoostude tarnija eelkõige naftakeemia- ja energiatööstuses. Lisaks kavatseme aktiivselt turustada magestamisseadmeid, sõidukeid, tarbekaupu ja elektroonikat. Usun, et meie tootmisruumid täiendavad üksteist hästi – VSMPO-l on silmapaistvad võimalused lõpptoodete tootmiseks, Alleghenyl on suurepärased traditsioonid külm- ja kuumvaltsitud titaanist toodete valmistamisel. UNITI-l on eeldatavasti 45 miljoni naela suurune umbes 20 411 tonni suurune osa ülemaailmsel titaaniturul. Meditsiiniseadmete turgu võib pidada stabiilselt arenevaks turuks – Briti Titanium International Groupi andmetel on aastane titaanisisaldus erinevates implantaatides ja proteesides üle maailma umbes 1000 tonni ning see näitaja kasvab, kuna kirurgia võimalused asendavad inimese. liigesed pärast õnnetusi või vigastusi. Lisaks paindlikkuse, tugevuse, kerguse ilmsetele eelistele on titaan kehaga väga bioühilduv, kuna inimkehas puuduvad kudede ja vedelike korrosioonid. Hambaravis kasvab hüppeliselt ka proteeside ja implantaatide kasutamine – Ameerika hambaarstide liidu andmetel on see viimase kümnendi jooksul kolmekordistunud, suuresti tänu titaani omadustele. Kuigi titaani on arhitektuuris kasutatud juba üle 25 aasta, on selle laialdane kasutamine selles valdkonnas alanud alles viimastel aastatel. Araabia Ühendemiraatides asuva Abu Dhabi lennujaama laiendus, mis peaks valmima 2006. aastal, kasutab kuni 1,5 miljonit naela ligikaudu 680 tonni titaani. Päris palju erinevaid titaani kasutavaid arhitektuuri- ja ehitusprojekte plaanitakse ellu viia mitte ainult arenenud riikides USA-s, Kanadas, Suurbritannias, Saksamaal, Šveitsis, Belgias, Singapuris, vaid ka Egiptuses ja Peruus.

Tarbijaturu segment on praegu titaanituru kõige kiiremini kasvav segment. Kui 10 aastat tagasi oli see segment vaid 1-2 titaani turg, siis tänaseks on see kasvanud 8-10 turuni. Üldiselt kasvas titaani tarbimine tarbekaupade tootmisel ligikaudu kaks korda kiiremini kui kogu titaaniturg. Titaani kasutamine spordis on kõige kauem kestev ja omab suurimat osakaalu titaani kasutamisel tarbekaupades. Titaani spordivarustuses kasutamise populaarsuse põhjus on lihtne - see võimaldab teil saavutada mis tahes muu metalliga võrreldes parema kaalu ja tugevuse suhte. Titaani kasutamine jalgratastes algas umbes 25-30 aastat tagasi ja oli esimene titaani kasutamine spordivarustuses. Peamised kasutatavad torud on Ti3Al-2,5V ASTM klass 9. Muud titaanisulamist osad hõlmavad pidureid, ketirattaid ja istmevedrusid. Titaani hakkasid golfikeppide tootmises kasutama 1980ndate lõpus ja 1990ndate alguses Jaapani golfikeppide tootjad. Kuni 1994–1995 oli titaani selline kasutamine USA-s ja Euroopas praktiliselt tundmatu. See muutus, kui Callaway tutvustas oma titaanist golfikepi, mida tootis Ruger Titanium ja mida nimetatakse Great Big Berthaks. Tänu ilmsetele eelistele ja Callaway läbimõeldud turundusele muutusid titaanist golfikepid koheselt tohutult populaarseks. Lühikese aja jooksul on titaankepid muutunud väikese golfimängijate grupi eksklusiivsest ja kulukast inventarist enamiku golfimängijate poolt laialdaselt kasutatavaks, olles samas kallimad kui teras. Tooksin välja peamised, minu arvates golfituru arengutrendid, mis läksid teiste kõrgete tööjõukuludega tööstusharude teed pidi lühikese 4-5 aasta jooksul kõrgtehnoloogiast masstootmiseni. nagu rõivaste, mänguasjade ja olmeelektroonika tootmine, golfikeppide tootmine läks kõige odavama tööjõuga riikidesse, algul Taiwanisse, siis Hiinasse ja nüüd ehitatakse tehaseid veelgi odavama tööjõuga riikidesse, nagu Vietnam ja Tai titaani kasutatakse kindlasti autojuhtide jaoks, kus selle suurepärased omadused annavad ilmse eelise ja õigustavad kõrgemat hinda ... Titaan ei ole aga veel leidnud väga laialdast kasutust järgmistes golfikeppides, kuna kulude märkimisväärsele kasvule ei kaasne vastav mängu paranemine. Praegu toodetakse draivereid peamiselt sepistatud löögipindade, sepistatud või valatud ülaosa ja valatud põhjaga. nn tagastusmäära piiri ja seetõttu püüavad kõik klubitootjad tõsta löögipinna vedruomadusi. Selleks on vaja vähendada löögipinna paksust ja kasutada selleks vastupidavamaid sulameid, nagu SP700, 15-3-3-3 ja VT-23. Nüüd peatume titaani ja selle sulamite kasutamisel muudel spordivahenditel. Võidusõidurataste torud ja muud osad on valmistatud ASTM Grade 9 Ti3Al-2,5V sulamist. Sukeldumisnugade valmistamisel kasutatakse üllatavalt palju titaanlehte. Enamik tootjaid kasutab Ti6Al-4V, kuid see sulam ei taga servade vastupidavust nagu teised kõvemad sulamid. Mõned tootjad lähevad üle VT23 sulami kasutamisele.

Titaanist sukeldumisnugade jaehind on ligikaudu 70–80 dollarit. Valatud titaanist hobuserauad vähendavad oluliselt kaalu võrreldes terasega, pakkudes samal ajal vajalikku tugevust. Kahjuks ei tulnud see titaanikasutus ellu, sest titaanist hobuserauad sädelesid ja hirmutasid hobuseid. Vähesed nõustuvad pärast esimesi halbu kogemusi kasutama titaanist hobuserauda. Californias Newport Beachis asuv Titanium Beach Company on välja töötanud Ti6Al-4V uisuterad. Kahjuks on see jällegi tera serva vastupidavuse probleem. Arvan, et sellel tootel on eluvõimalus eeldusel, et tootjad kasutavad tugevamaid sulameid, nagu 15-3-3-3 või VT-23. Titaani kasutatakse laialdaselt mägironimises ja turismis, peaaegu kõigi esemete jaoks, mida mägironijad ja matkajad seljakottides kannavad, pudelid, tassid jaemüügis hinnaga 20–30 dollarit, toiduvalmistamiskomplektid hinnaga umbes 50 dollarit, lauanõud, mis on enamasti valmistatud kaubanduslikult puhtast 1. klassi titaanist. ja 2. Teised ronimis- ja matkavarustuse näited on kompaktpliidid, vaiad ja telgivaiad, jäänaasklid ja jääkruvid. Relvatootjad on hiljuti hakanud tootma titaanpüstoleid nii sportlaskmiseks kui ka korrakaitseks.

Tarbeelektroonika on titaanile üsna uus ja kiiresti kasvav turg. Titaani kasutamine olmeelektroonikas on paljudel juhtudel tingitud mitte ainult selle suurepärastest omadustest, vaid ka toodete atraktiivsest välimusest. Kaubanduslikult puhtast 1. klassi titaanist kasutatakse sülearvutite, mobiiltelefonide, plasma-lameekraantelerite ja muude elektroonikaseadmete korpuste valmistamiseks. Titaani kasutamine kõlarite konstruktsioonis tagab paremad akustilised omadused tänu titaani kergusele võrreldes terasega, mille tulemuseks on suurem akustiline tundlikkus. Jaapani tootjate teerajajaks olevad titaanist kellad on nüüdseks ühed soodsaimad ja tunnustatumad titaanist tarbijatooted. Maailma titaani tarbimist traditsiooniliste ja nn kantavate ehete valmistamisel mõõdetakse mitmekümne tonniga. Üha sagedamini võib kohata titaanist abielusõrmuseid ja loomulikult on kehal ehteid kandvad inimesed lihtsalt kohustatud titaani kasutama. Titaani kasutatakse laialdaselt merekinnituste ja liitmike valmistamisel, kus kõrge korrosioonikindluse ja tugevuse kombinatsioon on väga oluline. Los Angeleses asuv Atlas Ti toodab laias valikus neid VTZ-1 sulamist tooteid. Titaani kasutati tööriistade valmistamisel esmakordselt Nõukogude Liidus 80ndate alguses, mil valitsuse korraldusel valmistati kergeid ja mugavaid tööriistu, mis hõlbustasid tööliste tööd. Nõukogude titaanitootmise hiiglane Verkhne-Salda Metallitöötlemise Tootmisühing tootis tollal titaanist labidaid, naelatõmbajaid, kangvardaid, kirvesid ja võtmeid.

Hiljem hakkasid Jaapani ja Ameerika tööriistatootjad oma toodetes kasutama titaani. Mitte nii kaua aega tagasi sõlmis VSMPO Boeinguga lepingu titaanplaatide tarnimiseks. Sellel lepingul oli kahtlemata väga kasulik mõju titaanitootmise arengule Venemaal. Titaani on meditsiinis laialdaselt kasutatud juba aastaid. Eelised on tugevus, vastupidavus korrosioonile ja mis kõige tähtsam, mõned inimesed on allergilised roostevaba terase olulise komponendi nikli suhtes, samas kui titaani suhtes pole keegi allergiline. Kasutatavad sulamid on kaubanduslikult puhas titaan ja Ti6-4Eli. Titaani kasutatakse kirurgiliste instrumentide, sise- ja välisproteeside, sealhulgas kriitiliste proteeside, näiteks südameklapi valmistamisel. Kargud ja ratastoolid on valmistatud titaanist. Titaani kasutamine kunstis pärineb aastast 1967, mil Moskvas püstitati esimene titaanist monument.

Hetkel on peaaegu kõikidel mandritel püstitatud märkimisväärne hulk titaanist monumente ja ehitisi, sealhulgas selliseid kuulsaid nagu Guggenheimi muuseum, mille ehitas Bilbaosse arhitekt Frank Gehry. Materjal on kunstiinimeste seas väga populaarne oma värvi, välimuse, tugevuse ja korrosioonikindluse poolest. Nendel põhjustel kasutatakse titaani suveniirides ja ehte- ja pudukaupades, kus see konkureerib edukalt selliste väärismetallidega nagu hõbe ja isegi kuld. ... Nagu märkis Martin Proco RTi-st, on titaankäsna keskmine hind USA-s 3.80 nael, Venemaal 3.20 nael. Lisaks sõltub metalli hind suuresti kommertslennunduse tööstuse tsüklilisusest. Paljude projektide areng võib dramaatiliselt kiireneda, kui on võimalik leida viise titaani tootmise ja töötlemise, vanametalli töötlemise ja sulatustehnoloogiate kulude vähendamiseks, märgib Markus Holz, Saksamaa Deutshe Titani tegevdirektor. Briti titaani pressiesindaja nõustub, et titaanist valmistatud toodete laiendamist piiravad kõrged tootmiskulud ning enne titaani masstootmist on vaja palju kaasaegseid tehnoloogiaid täiustada.

Üheks sammuks selles suunas on nn FFC-protsessi arendamine, mis on uudne elektrolüütiline protsess metallilise titaani ja sulamite saamiseks, mille maksumus on oluliselt madalam. Daniele Stoppolini sõnul nõuab titaanitööstuse üldine strateegia iga uue turu jaoks sobivaimate sulamite, tootmistehnoloogia väljatöötamist ja titaani kasutamist.

Allikad

Vikipeedia – vaba entsüklopeedia, Vikipeedia

metotech.ru - Metotehnika

housetop.ru – maja ülaosa

atomsteel.com – Atomi tehnoloogia

domremstroy.ru – DomRemStroy

Titaan (ladina keeles Titanium; tähistatakse sümboliga Ti) on neljanda rühma, keemiliste elementide perioodilise süsteemi neljanda perioodi sekundaarse alarühma element aatomnumbriga 22. Lihtaine titaan (CAS number: 7440-32 -6) on hele hõbevalge metall ...

Lugu

TiO 2 avastamise tegid peaaegu samaaegselt ja üksteisest sõltumatult inglane W. Gregor ja saksa keemik M. G. Klaproth. W. Gregor, uurides magnetilise raudliiva koostist (Creed, Cornwall, Inglismaa, 1789), tuvastas uue tundmatu metalli "maa" (oksiidi), millele pani nimeks Menakenova. 1795. aastal avastas saksa keemik Klaproth rutiili mineraalis uue elemendi ja nimetas selle titaaniks. Kaks aastat hiljem tegi Klaproth kindlaks, et rutiil ja Menakenia maa on sama elemendi oksiidid, mille taha jäi Klaprothi pakutud nimetus "titaan". Kümme aastat hiljem avastati titaan kolmandat korda. Prantsuse teadlane L. Vauquelin avastas anataasi koostises titaani ja tõestas, et rutiil ja anataas on identsed titaanoksiidid.
Esimese metallilise titaani proovi sai 1825. aastal J. J. Berzelius. Titaani kõrge keemilise aktiivsuse ja selle puhastamise keerukuse tõttu said hollandlased A. van Arkel ja I. de Boer 1925. aastal titaanjodiidi TiI 4 auru termilise lagundamise teel puhta Ti proovi.

nime päritolu

Metall sai oma nime titaanide, Vana-Kreeka mütoloogia tegelaste, Gaia laste auks. Elemendi nimetuse andis Martin Klaproth vastavalt tema vaadetele keemilise nomenklatuuri kohta Prantsuse keemiakoolkonna vastuvoolus, kus nad püüdsid elementi nimetada selle keemiliste omaduste järgi. Kuna saksa teadlane ise märkis, et uue elemendi omadusi ei ole võimalik määrata ainult selle oksiidi järgi, valis ta sellele nimetuse mütoloogiast, analoogselt varem avastatud uraaniga.
Teise versiooni kohaselt, mis avaldati ajakirjas Tekhnika-Molodezhi 1980. aastate lõpus, võlgneb äsja avastatud metall aga oma nime mitte Vana-Kreeka müütidest pärit võimsatele titaanidele, vaid Titaniale – haldjakuningannale saksa mütoloogias (Oberoni naine aastal Shakespeare'i jaaniöö unenägu). Seda nimetust seostatakse metalli erakordse "kergusega" (madala tihedusega).

Vastuvõtmine

Reeglina on titaani ja selle ühendite tootmise lähteaineks titaandioksiid, milles on suhteliselt vähe lisandeid. Eelkõige võib see olla rutiili kontsentraat, mis saadakse titaanimaakide rikastamise käigus. Rutiili varud maailmas on aga väga piiratud ning sageli kasutatakse ilmeniidikontsentraatide töötlemisel saadavat nn sünteetilist rutiili ehk titaanräbu. Titaanräbu saamiseks redutseeritakse ilmeniidi kontsentraat elektrikaareahjus, raud aga eraldatakse metallfaasiks (malm) ning titaani redutseerimata oksiidid ja lisandid moodustavad räbu faasi. Rikkalikku räbu töödeldakse kloriid- või väävelhappemeetodil.
Titaanimaagi kontsentraati töödeldakse väävelhappega või pürometallurgiliselt. Väävelhappega töötlemise saadus on titaandioksiidi TiO 2 pulber. Pürometallurgilise meetodi abil paagutatakse maak koksiga ja töödeldakse klooriga, saades paari titaantetrakloriidi TiCl 4:
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 = TiCl 2 + 2CO

Saadud TiCl4 aurud 850 °C juures redutseeritakse magneesiumiga:
TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti

Saadud titaanist "käsn" sulatatakse ümber ja rafineeritakse. Titaani rafineeritakse jodiidimeetodil ehk elektrolüüsil, eraldades Ti TiCl4-st. Titaani valuplokkide saamiseks kasutatakse kaare-, elektronkiire- või plasmatöötlust.

Füüsikalised omadused

Titaan on kerge, hõbevalge metall. See eksisteerib kahes kristallilises modifikatsioonis: α-Ti kuusnurkse tihedalt pakitud võrega, β-Ti kuubikujulise kehakeskse tihendiga, polümorfse transformatsiooni temperatuur α↔β on 883 °C.
Sellel on kõrge viskoossus, töötlemise ajal kipub see lõikeriista külge kleepuma ja seetõttu on vaja tööriistale kanda spetsiaalseid katteid, erinevaid määrdeaineid.
Normaaltemperatuuril on see kaetud kaitsva passiveeriva TiO 2 oksiidi kilega, tänu sellele on see enamikus keskkondades (v.a leeliseline) korrosioonikindel.
Titaani tolm kipub plahvatama. Leekpunkt 400 °C. Titaanlaastud on tuleohtlikud.

Perioodilises tabelis on keemiline element titaan tähistatud kui Ti (Titanium) ja see asub IV rühma teiseses alarühmas, 4. perioodil aatomnumbri 22 all. See on hõbevalge tahke metall, mis on osa suurest mineraalide arv. Titaani saate osta meie veebisaidilt.

Titaani avastasid 18. sajandi lõpus Inglismaa ja Saksamaa keemikud Ulyam Gregor ja Martin Klaproth ning teineteisest sõltumatult kuueaastase erinevusega. Elemendi nime andis Martin Klaproth Vana-Kreeka titaanide (tohutud, tugevad, surematud olendid) auks. Nagu selgus, sai nimi prohvetlikuks, kuid inimkonnal kulus titaani kõigi omadustega tutvumiseks rohkem kui 150 aastat. Alles kolm aastakümmet hiljem õnnestus saada esimene titaanmetalli proov. Sel ajal seda hapruse tõttu praktiliselt ei kasutatud. 1925. aastal ekstraheerisid keemikud Van Arkel ja De Boer pärast mitmeid katseid jodiidimeetodil puhast titaani.

Tänu metalli väärtuslikele omadustele juhtisid insenerid ja disainerid sellele kohe tähelepanu. See oli tõeline läbimurre. 1940. aastal töötas Kroll välja magneesiumtermilise meetodi titaani tootmiseks maagist. See meetod on aktuaalne ka tänapäeval.

Füüsikalised ja mehaanilised omadused

Titaan on üsna tulekindel metall. Selle sulamistemperatuur on 1668 ± 3 ° С. Selle näitaja järgi on see madalam sellistest metallidest nagu tantaal, volfram, reenium, nioobium, molübdeen, tantaal, tsirkoonium. Titaan on paramagnetiline metall. Magnetväljas see ei magnetiseerita, kuid seda ei tõugata sellest välja. 2. pilt
Titaanil on madal tihedus (4,5 g / cm³) ja kõrge tugevus (kuni 140 kg / mm²). Kõrgetel temperatuuridel need omadused praktiliselt ei muutu. See on rohkem kui 1,5 korda raskem kui alumiinium (2,7 g / cm³), kuid 1,5 korda kergem kui raud (7,8 g / cm³). Mehaaniliste omaduste poolest on titaan nendest metallidest palju parem. Tugevuse poolest on titaan ja selle sulamid samaväärsed paljude legeerteraste klassidega.

Korrosioonikindluse poolest ei jää titaan plaatinale alla. Metallil on suurepärane vastupidavus kavitatsioonile. Titaanosa aktiivse liikumise käigus vedelas keskkonnas tekkivad õhumullid seda praktiliselt ei hävita.

See on sitke metall, mis talub murdumist ja plastilist deformatsiooni. See on 12 korda kõvem kui alumiinium ja 4 korda kõvem kui vask ja raud. Teine oluline näitaja on saagikuse piir. Selle indikaatori suurenemisega paraneb titaanist osade vastupidavus töökoormustele.

Teatud metallidega (eriti nikli ja vesinikuga) sulamites suudab titaan "meelde jätta" teatud temperatuuril tekkinud toote kuju. Sellist toodet saab seejärel deformeerida ja see säilitab selle positsiooni pikka aega. Kui toodet kuumutatakse temperatuurini, mille juures see valmistati, võtab toode oma esialgse kuju. Seda omadust nimetatakse "mäluks".

Titaani soojusjuhtivus on suhteliselt madal ja joonpaisumise koefitsient on samuti suhteliselt madal. Sellest järeldub, et metall juhib elektrit ja soojust halvasti. Kuid madalatel temperatuuridel on see elektri ülijuht, mis võimaldab tal edastada energiat pikkade vahemaade taha. Titaanil on ka kõrge elektritakistus.
Puhast titaanmetalli töödeldakse erinevat tüüpi külm- ja kuumtöötlemisel. Seda saab tõmmata ja valmistada traati, sepistada, rullida ribadeks, lehtedeks ja fooliumiks paksusega kuni 0,01 mm. Titaanist valmistatakse järgmist tüüpi valtstooteid: titaan lint, titaan traat, titaanist torud, titaanist puksid, titaanist ring, titaanist baar.

Keemilised omadused

Puhas titaan on reaktiivne element. Tänu sellele, et selle pinnale on moodustunud tihe kaitsekile, on metall väga vastupidav korrosioonile. See ei oksüdeeru õhus, soolases merevees, ei muutu paljudes agressiivsetes keemilistes keskkondades (näiteks: lahjendatud ja kontsentreeritud lämmastikhape, aqua regia). Kõrgel temperatuuril suhtleb titaan reaktiividega palju aktiivsemalt. See süttib õhu käes temperatuuril 1200 ° C. Süütamisel annab metall ereda sära. Aktiivne reaktsioon toimub ka lämmastikuga, titaani pinnale moodustub kollakaspruun nitriidkile.

Reaktsioonid vesinikkloriid- ja väävelhappega on toatemperatuuril nõrgad, kuid kuumutamisel lahustub metall tugevalt. Reaktsiooni tulemusena tekivad madalamad kloriidid ja monosulfaat. Samuti esineb nõrk koostoime fosfor- ja lämmastikhappega. Metall reageerib halogeenidega. Reaktsioon klooriga toimub temperatuuril 300 °C.
Aktiivne reaktsioon vesinikuga toimub toatemperatuurist veidi kõrgemal temperatuuril. Titaan neelab aktiivselt vesinikku. 1 g titaani võib absorbeerida kuni 400 cm³ vesinikku. Kuumutatud metall lagundab süsihappegaasi ja veeauru. Koostoime veeauruga toimub temperatuuril üle 800 ° C. Reaktsiooni tulemusena tekib metallioksiid ja lendub vesinik. Kõrgematel temperatuuridel neelab kuum titaan süsinikdioksiidi ja moodustab karbiidi ja oksiidi.

Omandamise meetodid

Titaan on üks levinumaid elemente Maal. Selle sisaldus planeedi soolestikus on massi järgi 0,57%. Suurimat metalli kontsentratsiooni täheldatakse "basalt kestas" (0,9%), graniitkivimites (0,23%) ja ülialuselistes kivimites (0,03%). Seal on umbes 70 titaanmineraali, milles seda leidub titaanhappe või dioksiidi kujul. Titaanimaakide peamised mineraalid on ilmeniit, anataas, rutiil, brookiit, lopariit, leukokseen, perovskiit ja sfeen. Peamised titaanitootjad maailmas on Suurbritannia, USA, Prantsusmaa, Jaapan, Kanada, Itaalia, Hispaania ja Belgia.
Titaani saamiseks on mitu võimalust. Kõiki neid rakendatakse praktikas ja need on üsna tõhusad.

1. Magnetiline termiline protsess.

Titaani sisaldav maak kaevandatakse ja töödeldakse dioksiidiks, mis klooritakse aeglaselt väga kõrgel temperatuuril. Kloorimine toimub süsinikusisaldusega keskkonnas. Seejärel redutseeritakse reaktsiooni tulemusena tekkinud titaankloriid magneesiumiga. Saadud metalli kuumutatakse vaakumseadmes kõrgel temperatuuril. Selle tulemusena magneesium ja magneesiumkloriid aurustuvad, jättes titaanile palju poore ja tühimikke. Kvaliteetse metalli saamiseks sulatatakse käsnjas titaan ümber.

2. Hüdriid-kaltsiumi meetod.

Esiteks saadakse titaanhüdriid ja seejärel jagatakse see komponentideks: titaan ja vesinik. Protsess toimub õhuvabas ruumis kõrgel temperatuuril. Tekib kaltsiumoksiid, mida pestakse nõrkade hapetega.
Kaltsiumhüdriidi ja magneesiumi termilisi meetodeid kasutatakse tavaliselt tööstuslikus mastaabis. Need meetodid võimaldavad lühikese aja jooksul minimaalsete finantskuludega saada märkimisväärse koguse titaani.

3. Elektrolüüsi meetod.

Titaankloriid või titaandioksiid puutub kokku suure voolutugevusega. Tulemuseks on ühendite lagunemine.

4. Jodiidi meetod.

Titaandioksiid interakteerub joodiauruga. Järgmisena puutub titaanjodiid kokku kõrge temperatuuriga, mille tulemuseks on titaan. See meetod on kõige tõhusam, kuid ka kõige kallim. Titaan saadakse väga kõrge puhtusastmega ilma lisandite ja lisanditeta.

Titaani pealekandmine

Tänu headele korrosioonivastastele omadustele kasutatakse titaani keemiaseadmete valmistamisel. Metalli ja selle sulamite kõrge kuumakindlus hõlbustab nende kasutamist kaasaegses tehnoloogias. Titaanisulamid on suurepärane materjal lennukiehituses, raketi- ja laevaehituses.

Monumendid on valmistatud titaanist. Sellest metallist valmistatud kellad on tuntud oma erakordse ja väga kauni kõla poolest. Titaandioksiid on osa ravimitest, näiteks nahahaiguste salvidest. Väga nõutud on ka metalliühendid nikli, alumiiniumi ja süsinikuga.

Titaan ja selle sulamid on leidnud rakendust sellistes valdkondades nagu keemia- ja toiduainetööstus, värviline metallurgia, elektroonika, tuumatehnoloogia, energeetika, galvaniseerimine. Titaanist ja selle sulamitest valmistatakse relvi, soomusplaate, kirurgilisi instrumente ja implantaate, niisutusvahendeid, spordivarustust ja isegi ehteid. Nitridimise käigus tekib metalli pinnale kuldne kile, mis ei jää oma ilu poolest alla isegi ehtsale kullale.

- 4. perioodi 4. rühma element. Siirdemetall, millel on nii aluselised kui ka happelised omadused, on looduses üsna laialt levinud – 10. koht. Rahvamajanduse jaoks on kõige huvitavam metalli kõrge kõvaduse ja kerguse kombinatsioon, mis muudab selle lennukiehituses asendamatuks elemendiks. See artikkel räägib teile titaanmetalli märgistamise, legeerimise ja muude omaduste kohta, annab selle üldise kirjelduse ja huvitavaid fakte.

Välimuselt meenutab metall kõige enam terast, kuid selle mehaanilised omadused on kõrgemad. Samas on titaan silmapaistev oma väikese kaalu poolest - molekulmass 22. Elemendi füüsikalisi omadusi on uuritud päris hästi, kuid need sõltuvad tugevalt metalli puhtusest, mis toob kaasa olulisi hälbeid.

Lisaks on selle spetsiifilised keemilised omadused olulised. Titaan on vastupidav leelistele, lämmastikhappele ja samal ajal suhtleb ägedalt kuivade halogeenidega ning kõrgematel temperatuuridel hapniku ja lämmastikuga. Veelgi hullem, aktiivse pinna olemasolul hakkab see vesinikku neelama isegi toatemperatuuril. Ja sulatis neelab hapnikku ja vesinikku nii intensiivselt, et sulatamine tuleb läbi viia vaakumis.

Teine oluline füüsikalisi omadusi määrav tunnus on oleku 2 faasi olemasolu.

Madal temperatuur- α-Ti-l on kuusnurkne tihedalt pakitud võre, aine tihedus on 4,55 g / cc. cm (20 C juures).
Kõrge temperatuur- β-Ti iseloomustab kehakeskne kuupvõre, faasitihedus on vastavalt väiksem - 4, 32 g / cc. vaata (900C juures).

Faasi ülemineku temperatuur on 883 C.

Normaaltingimustes on metall kaetud kaitsva oksiidkilega. Selle puudumisel kujutab titaan endast suurt ohtu. Seega võib titaanitolm plahvatada, sellise välgu temperatuur on 400C. Titaanlaastud on tuleohtlik materjal ja neid hoitakse spetsiaalses keskkonnas.

Allolev video räägib titaani struktuurist ja omadustest:

Titaani omadused ja omadused

Tänapäeval on titaan kõigist olemasolevatest tehnilistest materjalidest kõige vastupidavam, seetõttu kasutatakse seda hoolimata hankimise keerukusest ja kõrgetest ohutusnõuetest üsna laialdaselt. Elemendi füüsikalised omadused on üsna ebatavalised, kuid sõltuvad suuresti puhtusest. Seega kasutatakse raketi- ja lennukiehituses aktiivselt puhast titaani ja sulameid, tehnilisi aga ei sobi, kuna need kaotavad lisandite tõttu kõrgel temperatuuril tugevust.

Metalli tihedus

Aine tihedus muutub koos temperatuuri ja faasiga.

Temperatuuridel 0 kuni sulamistemperatuurini väheneb see 4,51-lt 4,26 g / cc. cm ja faasisiirde ajal suurenevad 0,15% ja seejärel taas vähenevad.
Vedelmetalli tihedus on 4,12 g / cu. cm ja seejärel väheneb temperatuuri tõustes.

Sulamis- ja keemistemperatuurid

Faasiüleminek jagab metalli kõik omadused omadusteks, mida α- ja β-faasid võivad avaldada. Niisiis viitab tihedus kuni 883 C α-faasi omadustele ning sulamis- ja keemistemperatuur β-faasi parameetritele.

Titaani sulamistemperatuur (kraadides) on 1668 +/- 5 C;
Keemistemperatuur ulatub 3227 C-ni.

Selles videos käsitletakse titaani põletamist:

Mehaanilised omadused

Titaan on umbes 2 korda tugevam kui raud ja 6 korda tugevam kui alumiinium, mistõttu on see nii väärtuslik konstruktsioonimaterjal. Näitajad on seotud α-faasi omadustega.

Aine tõmbetugevus pinges on 300-450 MPa. Indikaatorit saab suurendada 2000 MPa-ni, lisades mõningaid elemente, samuti kasutades spetsiaalset töötlemist - kõvenemist ja vananemist.

Huvitav on see, et titaan säilitab oma kõrge eritugevuse ka kõige madalamatel temperatuuridel. Veelgi enam, temperatuuri langusega suureneb paindetugevus: +20 C juures on indikaator 700 MPa ja -196 - 1100 MPa.

Metalli elastsus on suhteliselt madal, mis on aine oluline puudus. Elastsusmoodul tavatingimustes on 110,25 GPa. Lisaks iseloomustab titaani anisotroopsus: elastsus erinevates suundades jõuab erinevate väärtusteni.
Aine kõvadus HB skaalal on 103. Pealegi on näitaja keskmine. Sõltuvalt metalli puhtusest ja lisandite olemusest võib kõvadus olla suurem.
Tavapärane voolavuspiir on 250-380 MPa. Mida kõrgem on see näitaja, seda paremini taluvad ainest valmistatud tooted koormusi ja seda paremini kulumiskindlad. Titaani indeks ületab alumiiniumi indeksit 18 korda.

Võrreldes teiste sama võrega metallidega, on metallil väga korralik elastsus ja elastsus.

Soojusmahtuvus

Metalli iseloomustab madal soojusjuhtivus, seetõttu ei kasutata vastavates piirkondades näiteks termoelektroodide valmistamist.

Selle soojusjuhtivus on 16,76 l, W / (m × deg). Seda on 4 korda vähem kui raual ja 12 korda vähem kui raual.
Kuid titaani soojuspaisumistegur on normaaltemperatuuril tühine ja suureneb temperatuuri tõustes.
Metalli soojusmahtuvus on 0,523 kJ / (kg · K).

Elektrilised omadused

Nagu enamasti, annab madal soojusjuhtivus ka madala elektrijuhtivuse.

Metalli elektriline eritakistus on väga kõrge - tavatingimustes 42,1 · 10 -6 oomi · cm. Kui eeldame, et hõbeda juhtivus on 100%, siis titaani juhtivus on 3,8%.
Titaan on paramagnet, see tähendab, et seda ei saa väljal magnetiseerida, nagu raud, vaid ka väljast välja lükata, kuna see ei õnnestu. See omadus väheneb temperatuuri langedes lineaarselt, kuid pärast miinimumi ületamist suureneb mõnevõrra. Spetsiifiline magnetiline vastuvõtlikkus on 3,2 10 -6 G -1. Tuleb märkida, et vastuvõtlikkus ja ka elastsus moodustavad anisotroopia ja muutuvad sõltuvalt suunast.

Temperatuuril 3,8 K muutub titaan ülijuhiks.

Korrosioonikindlus

Normaaltingimustes on titaanil väga kõrged korrosioonivastased omadused. Õhus on see kaetud 5–15 µm paksuse titaanoksiidi kihiga, mis tagab suurepärase keemilise inertsuse. Metall ei korrodeeru õhus, mereõhus, merevees, niiskes klooris, kloorivees ja paljudes teistes tehnoloogilistes lahendustes ja reaktiivides, mistõttu on materjal asendamatu keemia-, paberi- ja naftatööstuses.

Temperatuuri tõusuga või metalli tugeva lihvimisega muutub pilt dramaatiliselt. Metall reageerib peaaegu kõigi atmosfääri moodustavate gaasidega ning vedelas olekus neelab need ka.

Ohutus

Titaan on üks bioloogiliselt inertsemaid metalle. Meditsiinis kasutatakse seda proteeside valmistamiseks, kuna see on korrosioonikindel, kergus ja vastupidavus.

Titaandioksiid ei ole nii ohutu, kuigi seda kasutatakse palju sagedamini – näiteks kosmeetikas, toiduainetööstuses. Mõnede aruannete kohaselt – UCLA, patoloogiaprofessori Robert Schistle’i uurimus – mõjutavad titaandioksiidi nanoosakesed geneetilist aparaati ja võivad kaasa aidata vähi arengule. Veelgi enam, aine ei tungi läbi naha, seetõttu ei kujuta dioksiidi sisaldavate päikesekaitsekreemide kasutamine ohtu, kuid kehasse sattuv aine - toiduvärvide, bioloogiliste lisanditega võib olla ohtlik.

Titaan on ainulaadselt tugev, kõva ja kerge metall, millel on väga huvitavad keemilised ja füüsikalised omadused. See kombinatsioon on nii väärtuslik, et isegi raskused titaani sulatamisel ja rafineerimisel ei peata tootjaid.

See video räägib teile, kuidas titaani terasest eristada:

Lugu

Titaandioksiidi (TiO 2) avastamise tegid peaaegu samaaegselt ja üksteisest sõltumatult inglane W. Gregor ja saksa keemik M. G. Klaproth. W. Gregor, uurides magnetilise raudliiva koostist (Creed, Cornwall, Inglismaa), tuvastas uue tundmatu metalli "maa" (oksiidi), millele pani nimeks Menakenova. 1795. aastal avastas saksa keemik Klaproth rutiili mineraalis uue elemendi ja nimetas selle titaaniks. Kaks aastat hiljem tegi Klaproth kindlaks, et rutiil ja Menakenia maa on sama elemendi oksiidid, mille taha jäi Klaprothi pakutud nimetus "titaan". Kümme aastat hiljem avastati titaan kolmandat korda: prantsuse teadlane L. Vauquelin avastas anataasi titaani ja tõestas, et rutiil ja anataas on identsed titaanoksiidid.

Esimese metallilise titaani proovi sai 1825. aastal rootslane J. J. Berzelius. Titaani kõrge keemilise aktiivsuse ja selle puhastamise keerukuse tõttu said hollandlased A. van Arkel ja I. de Boer 1925. aastal titaanjodiidi TiI 4 auru termilise lagundamise teel puhta Ti proovi.

Titaan leidis tööstuslikku kasutust alles Luksemburgi G. Krollini (Inglise) vene keel 1940. aastal ei patenteerinud ta lihtsat magneesiumtermilist meetodit metallilise titaani redutseerimiseks tetrakloriidist; see meetod (Krolli protsess (Inglise) vene keel) on siiani olnud üks peamisi titaani tööstuslikus tootmises.

nime päritolu

Metall sai oma nime titaanide, Vana-Kreeka mütoloogia tegelaste, Gaia laste auks. Elemendi nime andis Martin Klaproth vastavalt oma seisukohtadele keemilise nomenklatuuri kohta, erinevalt Prantsuse keemiakoolkonnast, kus nad üritasid elementi nimetada selle keemiliste omaduste järgi. Kuna saksa teadlane ise märkis, et uue elemendi omadusi ei ole võimalik määrata ainult selle oksiidi järgi, valis ta sellele nimetuse mütoloogiast, analoogselt varem avastatud uraaniga.

Looduses olemine

Titaan on looduses sisalduselt 10. kohal. Maakoore sisaldus on 0,57 massiprotsenti, merevees - 0,001 mg / l. Ülialuselistes kivimites 300 g / t, aluselistes kivimites - 9 kg / t, happelistes kivimites 2,3 kg / t, savides ja kildades 4,5 kg / t. Maakoores on titaan peaaegu alati neljavalentne ja seda leidub ainult hapnikuühendites. Vabal kujul ei leitud. Titaanil on ilmastikutingimuste ja settimise tingimustes geokeemiline afiinsus Al 2 O 3 suhtes. See on kontsentreeritud mureneva maakoore boksiidis ja meresavisetetes. Titaan kandub üle mineraalide mehaaniliste fragmentide ja kolloidide kujul. Osadesse savidesse koguneb kuni 30 massiprotsenti TiO 2. Titaanmineraalid on vastupidavad ilmastikumõjudele ja moodustavad suurtes kontsentratsioonides platsi. Tuntakse üle 100 titaani sisaldava mineraali. Olulisemad neist: rutiil TiO 2, ilmeniit FeTiO 3, titanomagnetiit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskiit CaTiO 3, titaniit (sfeen) CaTiSiO 5. Seal on primaarsed titaanmaagid - ilmeniit-titanomagnetiit ja platsermaagid - rutiil-ilmeniit-tsirkoon.

Sünnikoht

Suured esmased titaani leiukohad asuvad Lõuna-Aafrikas, Venemaal, Ukrainas, Kanadas, USA-s, Hiinas, Norras, Rootsis, Egiptuses, Austraalias, Indias, Lõuna-Koreas, Kasahstanis; placeri ladestusi leidub Brasiilias, Indias, USA-s, Sierra Leones, Austraalias. SRÜ riikides on Venemaa Föderatsioon (58,5%) ja Ukraina (40,2%) juhtival kohal uuritud titaanimaakide varude osas. Venemaa suurim maardla on Jaregskoje.

Varud ja tootmine

2002. aasta seisuga kasutati 90% kaevandatud titaanist titaandioksiidi TiO 2 tootmiseks. Maailma titaandioksiidi toodang oli 4,5 miljonit tonni aastas. Tõestatud titaandioksiidi varud (v.a Venemaa) ulatuvad umbes 800 miljoni tonnini.. 2006. aastal on USA geoloogiakeskuse andmetel ilmeniidimaakide varud titaandioksiidis ja ilma Venemaata arvestatuna 603-673 miljonit tonni ning rutiilimaagid - 49, 7-52,7 miljonit tonni. Seega jätkub maailma tõestatud titaanivarude (välja arvatud Venemaa) praeguse tootmiskiiruse juures enam kui 150 aastaks.

Maailma suurim titaanitootja on Venemaa ettevõte VSMPO-AVISMA.

Vastuvõtmine

Titaanimaagi kontsentraati töödeldakse väävelhappega või pürometallurgiliselt. Väävelhappega töötlemise saadus on titaandioksiidi TiO 2 pulber. Pürometallurgilise meetodi abil paagutatakse maak koksiga ja töödeldakse klooriga, saades paari titaantetrakloriidi TiCl 4:

T i O 2 + 2 C + 2 Cl 2 → T i Cl 4 + 2 C O (\ displaystyle (\ mathsf (TiO_ (2) + 2C + 2Cl_ (2) \ paremnool TiCl_ (4) + 2CO)))

Saadud TiCl4 aurud 850 °C juures redutseeritakse magneesiumiga:

T i Cl 4 + 2 M g → 2 M g Cl 2 + T i (\ displaystyle (\ mathsf (TiCl_ (4) + 2Mg \ paremnool 2MgCl_ (2) + Ti)))

Lisaks hakkab nüüd populaarsust koguma nn FFC Cambridge'i protsess, mis sai nime selle arendajate Derek Frey, Tom Farthingi ja George Cheni järgi Cambridge'i ülikoolist, kus see loodi. See elektrokeemiline protsess võimaldab titaani otsest pidevat redutseerimist oksiidist kaltsiumkloriidi ja kustutamata lubja (kaltsiumoksiid) sula segus. Selle protsessi käigus kasutatakse elektrolüütilist vanni, mis on täidetud kaltsiumkloriidi ja lubja seguga, kus on kuluv (või neutraalne) grafiitanoodi ja redutseeritavast oksiidist valmistatud katood. Voolu läbimisel vannis jõuab temperatuur kiiresti ~ 1000-1100 ° C-ni ja kaltsiumoksiidi sulam laguneb anoodil hapnikuks ja metalliliseks kaltsiumiks:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (2CaO \ paremnool 2Ca + O_ (2))))

Saadud hapnik oksüdeerib anoodi (grafiidi kasutamisel) ja kaltsium migreerub sulatis katoodile, kus redutseerib titaani oma oksiidist:

O 2 + C → C O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (O_ (2) + C \ paremnool CO_ (2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\ kuvastiil (\ mathsf (TiO_ (2) + 2Ca \ paremnool Ti + 2CaO)))

Moodustunud kaltsiumoksiid dissotsieerub uuesti hapnikuks ja metalliliseks kaltsiumiks ning protsessi korratakse, kuni katood muutub täielikult titaankäsnaks või kaltsiumoksiid on ammendatud. Selles protsessis kasutatakse kaltsiumkloriidi elektrolüüdina, et anda sulale elektrijuhtivus ja aktiivsete kaltsiumi- ja hapnikuioonide liikuvus. Inertse anoodi (näiteks tinadioksiidi) kasutamisel eraldub anoodil süsihappegaasi asemel molekulaarne hapnik, mis saastab keskkonda vähem, kuid protsess muutub sel juhul ebastabiilsemaks ja lisaks teatud tingimustel. , kloriidi lagunemine muutub energeetiliselt soodsamaks.mitte kaltsiumoksiidi, mis viib molekulaarse kloori vabanemiseni.

Füüsikalised omadused

Titaan on kerge, hõbevalge metall. Normaalrõhul eksisteerib see kahe kristallilise modifikatsioonina: madala temperatuuriga α-Ti koos kuusnurkse tihedalt pakitud võrega (kuusnurkne süsteem, ruumirühm C 6mmc, lahtri parameetrid a= 0,2953 nm, c= 0,4729 nm, Z = 2 ) ja kõrge temperatuuriga β-Ti kuupkerekeskse tihendiga (kuupsüsteem, ruumirühm Im 3m, lahtri parameetrid a= 0,3269 nm, Z = 2 ), üleminekutemperatuur α↔β 883 ° C, siirdesoojus Δ H= 3,8 kJ / mol (87,4 kJ / kg). Titaanis lahustatuna stabiliseerib enamik metalle β-faasi ja alandab α↔β üleminekutemperatuuri. Rõhul üle 9 GPa ja temperatuuril üle 900 °C muutub titaan kuusnurkseks faasiks (ω -Ti). α-Ti ja β-Ti tihedus on vastavalt 4,505 g/cm³ (temperatuuril 20 °C) ja 4,32 g/cm³ (900 °C juures). α-titaani aatomitihedus on 5,67⋅1022 at / cm³.

Titaani sulamistemperatuur normaalrõhul on 1670 ± 2 °C ehk 1943 ± 2 K (kasutatud ITS-90 temperatuuriskaala ühe sekundaarse kalibreerimispunktina (Inglise) vene keel). Keemistemperatuur on 3287 °C. Piisavalt madalal temperatuuril (-80 ° C) muutub titaan üsna hapraks. Molaarne soojusmahtuvus tavatingimustes C p= 25,060 kJ / (mol K), mis vastab erisoojusvõimsusele 0,523 kJ / (kg · K). Sulamissoojus on 15 kJ / mol, aurustumissoojus on 410 kJ / mol. Iseloomulik Debye temperatuur on 430 K. Soojusjuhtivus 21,9 W / (m K) temperatuuril 20 ° C. Lineaarpaisumise temperatuuritegur on 9,2 · 10 -6 K -1 vahemikus -120 kuni +860 ° C. α-titaani molaarne entroopia S 0 = 30,7 kJ/(mol K). Titaani puhul gaasifaasis moodustumise entalpia Δ H0
f= 473,0 kJ/mol, Gibbsi energia Δ G0
f= 428,4 kJ/mol, molaarne entroopia S 0 = 180,3 kJ / (mol K), soojusmahtuvus konstantsel rõhul C p= 24,4 kJ / (mol K)

Plastik, keevitatav inertses atmosfääris. Tugevusomadused sõltuvad vähe temperatuurist, kuid sõltuvad tugevalt puhtusest ja eeltöötlusest. Tehnilise titaani puhul on Vickersi kõvadus 790-800 MPa, normaalelastsusmoodul 103 GPa ja nihkemoodul 39,2 GPa. Kõrge puhtusastmega titaan, mis on eelnevalt vaakumis lõõmutatud, on voolavuspiiriga 140–170 MPa, suhteline pikenemine 55–70% ja Brinelli kõvadus 716 MPa.

Sellel on kõrge viskoossus, töötlemise ajal kipub see lõikeriista külge kleepuma ja seetõttu on vaja tööriistale kanda spetsiaalseid katteid, erinevaid määrdeaineid.

Normaaltemperatuuril on see kaetud kaitsva passiveeriva TiO 2 oksiidi kilega, tänu sellele on see enamikus keskkondades (v.a leeliseline) korrosioonikindel.

Isotoobid

Looduslik titaan koosneb viie stabiilse isotoobi segust: 46 Ti (isotoopide arvukus 7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).

Kunstlikest isotoopidest on pikima elueaga 44 Ti (poolestusaeg 60 aastat) ja 45 Ti (poolväärtusaeg 184 minutit).

Keemilised omadused

See reageerib kergesti isegi nõrkade hapetega kompleksimoodustajate juuresolekul, näiteks vesinikfluoriidhappega, interakteerub kompleksaniooni 2- moodustumise tõttu. Titaan on orgaanilises keskkonnas korrosioonile kõige vastuvõtlikum, kuna vee juuresolekul moodustub titaanist toote pinnale tihe passiivne titaanoksiidide ja hüdriidide kile. Titaani korrosioonikindluse kõige märgatavam suurenemine on märgatav veesisalduse suurenemisega agressiivses keskkonnas 0,5–8,0%, mida kinnitavad elektrokeemilised uuringud titaani elektroodide potentsiaalide kohta hapete ja leeliste lahustes segavesilahuses. -orgaaniline meedia.

Õhus temperatuurini 1200 °C kuumutamisel süttib Ti helevalge leegiga, moodustades muutuva koostisega TiO x oksiidfaasid. Titaanisoolade lahustest sadestub hüdroksiid TiO (OH) 2 · xH 2 O, mis kaltsineeritakse hoolikalt, et saada TiO 2 oksiid. Hüdroksiid TiO (OH) 2 · xH 2 O ja dioksiid TiO 2 on amfoteersed.

Kui titaan interakteerub süsinikuga, tekib titaankarbiid TiC x (x = 0,49-1,00).

Titaan sulamite kujul on kõige olulisem konstruktsioonimaterjal lennuki-, raketi- ja laevaehituses.
Metalli kasutatakse keemiatööstuses (reaktorid, torustikud, pumbad, torujuhtmete liitmikud), sõjatööstuses (soomusrüüd, soomusrüüd ja tulemüürid lennunduses, allveelaevade kered), tööstusprotsessides (magestamistehased, tselluloosi- ja paberiprotsessid), autotööstuses. tööstus, põllumajandustööstus, toiduainetööstus, sporditarbed, ehted, mobiiltelefonid, kergsulamid jne.
Titaan on füsioloogiliselt inertne, mistõttu seda kasutatakse meditsiinis (proteesid, osteoproteesid, hambaimplantaadid), hambaravi- ja endodontiainstrumentides ning augustavates ehetes.
Titaani valamine teostatakse vaakumahjudes grafiitvormidesse. Kasutatakse ka vaakuminvesteeringuvalu. Kunstivalamise tehnoloogiliste raskuste tõttu kasutatakse seda piiratud mahus. Maailma esimene monumentaalne titaanist valatud skulptuur on Juri Gagarini monument Moskvas temanimelisel väljakul.
Titaan on legeeriv lisand paljudes legeeritud