Titanas yra sidabriškai baltas metalas, vertinamas dėl savo stiprumo, lengvo svorio ir atsparumo korozijai. Dėl unikalių ir pageidaujamų savybių jis buvo naudojamas daugelyje pramonės šakų ir pritaikymų, visų pirma aviacijos, automobilių, medicinos ir chemijos perdirbimo pramonėje. Titanas yra įvairių rūšių ir lydinių, kiekvienas lydinio tipas pasižymi unikaliomis savybėmis, tinkančiomis konkrečioms reikmėms. Šiame straipsnyje bus apibrėžiamas titanas ir aprašomos jo savybės, aptariamos įvairios jo rūšys ir lydiniai bei paaiškinamos titano panaudojimo galimybės.
Kas yra titanas?
Titanas yra sidabriškai baltas metalas, kurio atominis skaičius yra 22. Tai lengvas, lankstus, stiprus, atsparus korozijai, biologiškai suderinamas metalas, turintis didelį stiprumo ir svorio santykį. Titanas yra devintas pagal gausumą elementas Žemėje. Jis dažniausiai randamas uolienose, molyje ir smėlyje. Rutilas ir ilmenitas yra du pagrindiniai komerciniai mineralai, naudojami titanui išgauti ir rafinuoti. Titanas skirstomas į lydinį, lydinį ir lydinį. Titano alfa lydiniai legiruojami tik su deguonimi ir dažnai su kitais metalais, tokiais kaip aliuminis, molibdenas ir vanadis. Šių metalų pridėjimas padeda pasiekti norimas savybes, tokias kaip didesnis stiprumas, atsparumas korozijai ir mažesnis svoris. Įprastos titano ir jo lydinių panaudojimo sritys: komercinės ir kosminės erdvės, elektrinių kondensatoriai, gėlinimo įrenginiai, jūriniai įrenginiai, statybos produktai, medicininiai implantai, pvz., sąnarių keitimo įranga, ir plataus vartojimo produktai, tokie kaip golfo lazdos ir dviračių rėmai.
Kokia titano kilmė?
Titaną 1791 m. atrado britų chemikas ir mineralogas Williamas Gregoras, o 1795 m. jį pavadino vokiečių chemikas Martinas Heinrichas. Klapoulos graikų mitologijoje pavadino šį elementą „titanu“ titanų vardu. Tačiau gryno titano nebuvo galima įsigyti iki 1910 m. Rensselaer politechnikos instituto mokslininkas MA Hunteris atskyrė metalus kaitindamas titano tetrachloridą (TiCl4) su natriu esant aukštam slėgiui ir temperatūrai (1292-1472 laipsnis F), gaudamas gryną titaną. ir natrio chloridas kaip šalutiniai produktai. Tada, 1932 m., William Justin Kroll išskyrė titaną, frakcionuotai redukuodamas TiCl4 kalciu, po to magniu ir natriu. Šiandien „Kroll procesas“ yra procesas, dažniausiai naudojamas komercinei titano gamybai.
Koks kitas titano terminas?
Titanas kartais vadinamas „stebuklingu metalu“ arba „aerokosminiu metalu“, nes jis turi daug savybių, reikalingų aviacijos ir kosmoso reikmėms. Mažas titano tankis, plastiškumas, atsparumas tempimui ir atsparumas korozijai – visa tai lemia jo slapyvardį.
Koks yra titano cheminis simbolis?
Cheminis titano simbolis yra „Ti“.
Iš ko pagamintas titanas?
Kadangi titanas lengvai reaguoja su deguonimi, gryno titano gamtoje nėra. Vietoj to, titanas randamas beveik visose Žemės uolienose, molyje, smėlyje ir mineraluose titano dioksido pavidalu. Rutilas ir ilmenitas yra du pagrindiniai mineralai, naudojami komercinėje titano gamyboje. Anatazėje, perovskite, brookite ir titanite taip pat yra titano. Kiekvienas iš minėtų mineralų gali būti rafinuotas, kad būtų gautas grynas titanas.
Kaip gaminamas titanas?
Kroll procesas yra labiausiai paplitęs gryno titano gamybos būdas. Procesas prasideda kaitinant rūdą, tokią kaip rutilas arba ilmenitas, kad būtų gautas skystas titano tetrachloridas (TiCl4). Tada TiCl4 skystis išvalomas frakciniu distiliavimu (panašiai į frakcionavimo procesą, naudojamą benzinui gaminti iš žalios naftos). Po distiliavimo į skystą TiCl4 įpilama išlydyto magnio, kad susidarytų porėta titano „kempinė“ ir magnio pagrindu pagaminta druska. Tada titano kempinė suspaudžiama ir išlydoma elektrinėje lankinėje krosnyje. Galiausiai grynas titanas išliejamas į luitus. Lydiniai gali būti pagaminti maišant gryno titano lydalą su kitais metalais ir išliejant jį į luitus.
Kokios yra pagrindinės titano savybės?
Titano savybės ir charakteristikos skiriasi priklausomai nuo klasės ir konkretaus lydinio. Tačiau kai kurios bendrosios titano savybės pateiktos toliau esančioje lentelėje:
Atsparumas korozijai: Titanas yra labai atsparus jūros vandens, chloro ir daugelio kitų korozinių medžiagų sukeliamai korozijai, todėl yra naudingas jūrų ir cheminio apdorojimo srityse.
Lengvas: Titanas yra mažiau tankus nei daugelis kitų metalų. Jis idealiai tinka naudoti lengvose konstrukcijose ir komponentuose aviacijos ir automobilių pramonėje.
Didelis stiprumas: titano stiprumas yra panašus į plieną. Tačiau dėl mažesnio titano tankio vienodo stiprumo titano struktūra sveria maždaug 45 % mažiau nei atitinkama plieno konstrukcija. Dėl didelio stiprumo ir didelio stiprumo ir svorio santykio titanas dažniausiai naudojamas kosmoso, automobilių, medicinos ir jūrų srityse.
Biologinis suderinamumas: Titanas laikomas labiausiai biologiškai suderinamu metalu dėl savo inertiškumo, atsparumo kūno skysčių korozijai, gebėjimo integruotis į kaulą (osseointegracija) ir didelės ciklinio nuovargio ribos. Tai leidžia titaną naudoti kaulų, sąnarių ir dantų implantams.
Atsparumas karščiui: Titanas turi mažą šilumos laidumą. Dėl to titanas idealiai tinka didelio karščio reikmėms, pavyzdžiui, apdirbimui, erdvėlaiviams, reaktyviniams varikliams, raketoms ir automobiliams.
Nemagnetinis: titanas yra nemagnetinis, bet, esant magnetiniam laukui, tampa paramagnetiniu.
Plastiškumas: Titanas yra kalus metalas, jo plastiškumas didėja didėjant temperatūrai. Be to, titano legiravimas su kitais kaliaisiais metalais, tokiais kaip aliuminis, gali žymiai padidinti jo plastiškumą.
Mažas šiluminis plėtimasis: titanas turi mažą šiluminio plėtimosi koeficientą. Titanas nesiplečia ir nesitraukia esant ekstremalioms temperatūroms, kaip ir kitos medžiagos, pavyzdžiui, plienas. Dėl mažo šiluminio plėtimosi savybių titanas idealiai tinka konstrukcijoms, kuriose yra aukšta temperatūra, pavyzdžiui, aviacijai ir erdvėlaiviams arba dideliems pastatams ir dangoraižiams gaisro atveju.
Puikus atsparumas nuovargiui: Titanas turi puikų atsparumą nuovargiui. Dėl to titanas puikiai tinka aviacijos ir kosmoso reikmėms, kur orlaivių konstrukciniai komponentai, tokie kaip važiuoklė, hidraulinės sistemos ir išmetimo vamzdžiai, yra veikiami ciklinių apkrovų.
Kokia yra titano spalva?
Titanas yra sidabriškai pilkas arba sidabriškai baltas. Tačiau, jei titanas yra anoduotas tam tikru būdu, jis gali pasiekti visą spalvų spektrą. Reguliuojant įtampą anodavimo metu galima gauti įvairių spalvų titano.
Kaip atrodo titanas?
Titanas dažniausiai randamas magminėse ir nuosėdinėse uolienose bei mineraluose. Ilmenitas (geležies titano oksidas) ir rutilas yra du mineralai, iš kurių dažniausiai išgaunamas titanas. Ilmenitas yra pilkai juoda uoliena, o rutilas yra nuo tamsiai rudos iki juodos spalvos kristalinės išvaizdos uoliena.
