Charakteristika a vlastnosti
Titan je chemický prvek se symbolem Ti a atomovým číslem 22. Jedná se o lesklý kov se stříbrnou barvou, nízkou hustotou a vysokou pevností. Je odolný vůči korozi v mořské vodě a chlóru.
Tento prvek se nachází v řadě ložisek nerostných surovin, především rutilu a ilmenitu, které jsou rozšířeny v kůře a litosféře.
Titan se používá k výrobě odolných lehkých slitin. Dvě nejužitečnější vlastnosti kovu jsou odolnost proti korozi a poměr tvrdosti k hustotě, nejvyšší z jakéhokoliv kovového prvku. Ve svém neupraveném stavu je tento kov stejně silný jako některé oceli, ale méně hustý.
Fyzikální vlastnosti kovu
Je to silný kov s nízkou hustotou, spíše duktilní (zejména v prostředí bez kyslíku), lesklý a metaloidně bílý. Relativně vysoká teplota tání vyšší než 1650 ° C (nebo 3000 ° F) ji činí užitečnou jako žáruvzdorný kov. Je paramagnetický a má poměrně nízkou elektrickou a tepelnou vodivost.
Na Mohsově stupnici je tvrdost titanu 6. Podle tohoto ukazatele je mírně horší než kalená ocel a wolfram.
Komerčně čisté (99, 2%) titany mají mez pevnosti v tahu asi 434 MPa, což odpovídá obvyklým nízkolegovaným slitinám oceli, ale zároveň je titan mnohem lehčí.
Chemické vlastnosti titanu
Titan a jeho slitiny, stejně jako hliník a hořčík, okamžitě oxidují při vystavení vzduchu. Reaguje pomalu s vodou a vzduchem při okolní teplotě, protože tvoří pasivní oxidový povlak, který chrání sypký kov před další oxidací.
Atmosférická pasivace dává titanu vynikající odolnost proti korozi téměř ekvivalentní platině. Titan je schopen odolat napadení zředěnou kyselinou sírovou a kyselinou chlorovodíkovou, chloridovými roztoky a většinou organických kyselin.
Titan je jedním z mála prvků, které hoří v čistém dusíku a reagují při teplotě 800 ° C (1470 ° F) za vzniku nitridu titanu. Kvůli jejich vysoké reaktivitě s kyslíkem, dusíkem a některými jinými plyny se titanová vlákna používají v sublimačních čerpadlech titanu jako lapače těchto plynů. Taková čerpadla jsou levná a spolehlivě produkují extrémně nízký tlak v ultravysokých vakuových systémech.
Běžné minerály obsahující titan jsou anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil a titanit (sphene). Z těchto minerálů mají hospodářský význam pouze rutil a ilmenit, ale i ve vysokých koncentracích je obtížné je najít.
Titan se nachází v meteoritech a byl objeven na hvězdách Slunce a M s povrchovou teplotou 3200 ° C (5790 ° F).
V současné době známé způsoby extrakce titanu z různých rud jsou časově náročné a drahé.
Výroba a výroba
V současné době bylo vyvinuto a použito asi 50 druhů titanu a slitin titanu. V současné době je známo 31 titanových kovů a slitin, z toho třídy 1-4 jsou komerčně čisté (nedopované). Jsou charakterizovány pevností v tahu v závislosti na obsahu kyslíku a třída 1 je nejvíce plastická (nejnižší pevnost v tahu s obsahem kyslíku 0, 18%) a třída 4 je nejméně plastická (maximální pevnost v tahu s obsahem kyslíku 0, 40%). ).
Zbývající třídy jsou slitiny, z nichž každá má specifické vlastnosti:
- plasticita;
- síla;
- tvrdost
- elektrický odpor;
- specifická odolnost proti korozi a jejich kombinace.
Kromě těchto specifikací jsou titanové slitiny také vyráběny tak, aby splňovaly požadavky na letecký a vojenský materiál (SAE-AMS, MIL-T), normy ISO a specifikace specifické pro danou zemi, jakož i požadavky koncového uživatele pro letecký, vojenský, lékařský a průmyslový průmysl.
Komerčně čistý, plochý produkt (plech, deska) může být snadno vytvořen, ale zpracování musí brát v úvahu skutečnost, že kov má „paměť“ a tendenci vrátit se zpět. To platí zejména pro některé vysoce pevné slitiny.
Titan je často používán dělat slitiny: \ t
- s hliníkem;
- s vanadem;
- s mědí (pro kalení);
- se železem;
- s manganem;
- s molybdenem a jinými kovy.
Oblasti použití
Titanové slitiny ve formě plechů, desek, tyčí, drátů, odlitků se používají v průmyslových, vzdušných, rekreačních a rozvíjejících se trzích. Práškový titan se používá v pyrotechnice jako zdroj jasných hořících částic.
Vzhledem k tomu, že titanové slitiny mají vysoký poměr pevnosti v tahu k hustotě, vysoké odolnosti proti korozi, odolnosti proti únavě, vysoké odolnosti proti praskání a schopnosti odolat mírně vysokým teplotám, používají se v letadlech, při rezervaci na lodích, kosmických lodích a raketách.
Pro tyto aplikace je titan legován hliníkem, zirkoniem, niklem, vanadem a dalšími prvky pro výrobu různých součástí, včetně kritických konstrukčních prvků, požárních stěn, podvozků, výfukových trubek (vrtulníků) a hydraulických systémů. Ve skutečnosti se asi dvě třetiny vyrobeného titanového kovu používají v leteckých motorech a rámech.
Vzhledem k tomu, že titanové slitiny jsou odolné vůči korozi mořské vody, používají se k výrobě vrtulových hřídelí, k výměně výměníků tepla atd. Tyto slitiny se používají ve skříních a součástech zařízení pro pozorování a monitorování oceánů pro vědu a armádu.
Specifické slitiny se používají ve vrtných a ropných vrtech a hydrometalurgii niklu pro jejich vysokou pevnost. Průmysl celulózy a papíru používá titan v procesních zařízeních vystavených agresivním médiím, jako je chlornan sodný nebo mokrý plynný chlor (při bělení). Další aplikace zahrnují ultrazvukové svařování, vlnové pájení.
Kromě toho jsou tyto slitiny používány v automobilech, zejména v automobilových a motocyklových závodech, kde je mimořádně důležitá nízká hmotnost, vysoká pevnost a tuhost.
Titan se používá v mnoha sportovních potřebách: tenisové rakety, golfové hole, lakrosové hradby; Kriket, hokej, lakros a fotbalové helmy, stejně jako rámy a komponenty jízdních kol.
Díky své trvanlivosti se titan stal populárnějším pro značkové šperky (zejména titanové prsteny). Jeho inertnost je dobrou volbou pro lidi s alergiemi nebo pro ty, kteří budou nosit šperky v prostředích, jako jsou bazény. Titan je také legován zlatem na výrobu slitiny, kterou lze prodávat jako 24-karátové zlato, protože 1% dotovaného Ti nestačí k tomu, aby vyžadovalo nižší stupeň. Výsledná slitina je přibližně tvrdost 14-karátového zlata a odolnější než čisté 24-karátové zlato.
Bezpečnostní opatření
Titan je netoxický i ve velkých dávkách . Ve formě prášku nebo ve formě kovových třísek představuje vážné nebezpečí požáru a při zahřívání na vzduchu hrozí nebezpečí výbuchu.
Vlastnosti a aplikace slitin titanu
Níže je uveden přehled nejběžnějších slitin titanu, které jsou rozděleny do tříd, jejich vlastností, výhod a průmyslových aplikací.
Stupeň 7
Třída 7 je mechanicky a fyzicky ekvivalentní třídě 2 čistého titanu, s výjimkou přídavku meziproduktu palladia, který z něj činí slitinu. Má vynikající svařitelnost a pružnost, nejodolnější vůči korozi všech slitin tohoto typu.
Třída 7 se používá v chemických procesech a komponentách výrobních zařízení.
Stupeň 11
Třída 11 je velmi podobná třídě 1, s výjimkou přidání palladia ke zvýšení odolnosti proti korozi, což z něj činí slitinu.
Další užitečné vlastnosti zahrnují optimální tažnost, pevnost, houževnatost a vynikající svařitelnost. Tuto slitinu lze použít zejména v případech, kdy problémy způsobují korozi:
- chemické ošetření;
- výroba chlorečnanů;
- odsolování;
- mořských aplikací.
Ti 6Al-4V, třída 5
Nejčastěji se používá slitina Ti 6Al-4V nebo titan 5. To představuje 50% z celkové spotřeby titanu na celém světě.
Snadné použití spočívá v mnoha výhodách. Ti 6Al-4V může být tepelně zpracován, aby se zvýšila jeho pevnost. Tato slitina má vysokou pevnost s nízkou hmotností.
Je to nejlepší slitina pro použití v několika průmyslových odvětvích, jako je letecký, zdravotnický, námořní a chemický průmysl. Lze jej použít k vytvoření:
- Letecké turbíny;
- součásti motorů;
- konstrukční prvky letadla;
- spojovací prostředky pro letectví a kosmonautiku;
- vysoce výkonné automatické části;
- sportovní vybavení.
Ti 6AL-4V ELI, třída 23
Třída 23 - chirurgický titan. Ti 6AL-4V ELI slitina, nebo třída 23, je vysoce čistá verze Ti 6Al-4V. Může být vyroben z cívek, vláken, drátů nebo plochých drátů. Je to nejlepší volba pro každou situaci, kdy je požadována kombinace vysoké pevnosti, nízké hmotnosti, dobré odolnosti proti korozi a vysoké viskozity. Má vynikající odolnost proti poškození.
Může být použit v biomedicínských aplikacích, jako jsou implantabilní komponenty díky své biokompatibilitě, dobré únavové pevnosti. Může být také použit v chirurgických postupech při výrobě těchto struktur:
- ortopedické kolíky a šrouby;
- svorky pro ligatury;
- Chirurgické šle;
- pružiny;
- ortodontické přístroje;
- kryogenní nádoby;
- zařízení pro fixaci kostí.
Stupeň 12
Titanová třída 12 má vynikající kvalitu svařování. Jedná se o vysokopevnostní slitinu, která poskytuje dobrou pevnost při vysokých teplotách. Titan třídy 12 má podobné vlastnosti jako u nerezové oceli řady 300.
Jeho schopnost tvořit se různými způsoby ji činí užitečnou v mnoha aplikacích. Vysoká odolnost této slitiny proti korozi ji činí neocenitelnou pro výrobní zařízení. Třída 12 může být použita v následujících odvětvích:
- výměníky tepla;
- hydrometalurgické aplikace;
- vysokoteplotní chemická výroba;
- mořských a vzdušných komponent.
Ti 5Al-2, 5Sn
Ti 5Al-2, 5Sn je slitina, která může zajistit dobrou svařitelnost s odolností. Má také vysokou teplotní stabilitu a vysokou pevnost.
Ti 5Al-2, 5Sn se používá hlavně v leteckém průmyslu, stejně jako v kryogenních provozech.