Spomenik u čast osvajača svemira podignut je u Moskvi 1964. godine. Za projektovanje i izgradnju ovog obeliska bilo je potrebno skoro sedam godina (1958-1964). Autori su morali riješiti ne samo arhitektonske i umjetničke, već i tehničke probleme. Prvi od njih bio je izbor materijala, uključujući oblaganje. Nakon dugih eksperimenata, smjestili su se na titanijumske ploče uglačane do sjaja.
Zaista, po mnogim karakteristikama, a prije svega u otpornosti na koroziju, titan nadmašuje veliku većinu metala i legura. Ponekad (posebno u popularnoj literaturi) titanijum se naziva večnim metalom. Ali prvo, hajde da pričamo o istoriji ovog elementa.
Oksidirano ili neoksidirano?
Do 1795. godine element br. 22 zvao se "menakin". Tako ga je 1791. nazvao engleski hemičar i mineralog William Gregor, koji je otkrio novi element u mineralu menakanitu (ne tražite ovo ime u modernim mineraloškim referentnim knjigama - menakanit je također preimenovan, sada se zove ilmenit).
Četiri godine nakon Gregorovog otkrića, njemački hemičar Martin Klaproth otkrio je novi hemijski element u drugom mineralu - rutilu - i nazvao ga titanijum u čast kraljice vilenjaka Titanije (njemačka mitologija).
Prema drugoj verziji, naziv elementa dolazi od titana, moćnih sinova boginje zemlje - Gaia (grčka mitologija).
Godine 1797. ispostavilo se da su Gregor i Klaproth otkrili isti element, i iako je Gregor to učinio ranije, ime koje mu je dao Klaproth ustanovljeno je za novi element.
Ali ni Gregor ni Klaproth nisu uspjeli dobiti elemental titanijum. Bijeli kristalni prah koji su izolirali bio je titan dioksid TiO 2 . Dugo vremena niko od hemičara nije uspeo da redukuje ovaj oksid, izolujući iz njega čisti metal.
Godine 1823. engleski naučnik W. Wollaston izvijestio je da kristali koje je otkrio u metalurškoj šljaci fabrike Merthyr Tydville nisu ništa drugo do čisti titanijum. A 33 godine kasnije, poznati njemački hemičar F. Wöhler dokazao je da su ovi kristali ponovo spoj titana, ovaj put karbonitrid sličan metalu.
Dugi niz godina se vjerovalo da je metal Titanijum je prvi put nabavio Berzelius 1825. u redukciji kalijum fluorotitanata metalnim natrijumom. Međutim, danas, upoređujući svojstva titana i proizvoda koji je dobio Berzelius, može se tvrditi da je predsjednik Švedske akademije nauka pogriješio, jer se čisti titabnum brzo otapa u fluorovodoničnoj kiselini (za razliku od mnogih drugih kiselina), a Berzeliusov metalni titanijum je uspešno odoleo njegovom delovanju.
Zapravo, Ti je prvi put dobio tek 1875. godine ruski naučnik D.K. Kirillov. Rezultati ovog rada objavljeni su u njegovoj brošuri Research on Titanium. Ali rad malo poznatog ruskog naučnika prošao je nezapaženo. Nakon još 12 godina, prilično čist proizvod - oko 95% titanijuma - dobili su Berzeliusovi sunarodnici, poznati hemičari L. Nilsson i O. Peterson, koji su redukovali titanijum tetrahlorid metalnim natrijumom u čeličnoj hermetičkoj bombi.
Godine 1895. francuski hemičar A. Moissan, redukujući titanijum dioksid ugljenikom u lučnoj peći i podvrgavajući dobijeni materijal dvostrukom rafiniranju, dobio je titan koji je sadržavao samo 2% nečistoća, uglavnom ugljenika. Konačno, 1910. godine američki hemičar M. Hunter je, poboljšavši metodu Nilssona i Petersona, uspio dobiti nekoliko grama titanijuma čistoće od oko 99%. Zato se u većini knjiga prioritet dobijanja metalnog titanijuma pripisuje Hunteru, a ne Kirillovu, Nilsonu ili Moissanu.
Međutim, ni Hunter ni njegovi savremenici nisu predviđali veliku budućnost za titana. U metalu je bilo samo nekoliko desetina procenta nečistoća, ali su te nečistoće činile titan lomljivim, lomljivim, nepogodnim za mašinsku obradu. Stoga su neka jedinjenja titana našla primjenu ranije od samog metala. Ti tetrahlorid, na primjer, bio je široko korišten u prvom svjetski rat za stvaranje dimnih zavjesa.
br. 22 u medicini
Godine 1908. u SAD-u i Norveškoj počela je proizvodnja bijele boje ne od spojeva olova i cinka, kao što je to ranije učinjeno, već od titan dioksida. Takva bjelica može obojiti površinu nekoliko puta veću od iste količine olovnog ili cinkovog kreča. Osim toga, titan bijeli ima veću refleksivnost, nisu otrovni i ne potamne pod utjecajem sumporovodika. U medicinskoj literaturi je opisan slučaj kada je osoba "uzela" 460 g titan dioksida odjednom! (Pitam se čime ju je zbunio?) "Ljubavnik" titan dioksida nije doživio nikakve bolne senzacije. TiO 2 je dio nekih lijekova, posebno masti protiv kožnih oboljenja.
Međutim, ne troši medicina, već industrija boja i lakova najveće količine TiO 2 . Svjetska proizvodnja ovog jedinjenja daleko je premašila pola miliona tona godišnje. Emajli na bazi titan dioksida se široko koriste kao zaštitni i dekorativni premazi za metal i drvo u brodogradnji, građevinarstvu i mašinstvu. Istovremeno se značajno produžava vijek trajanja konstrukcija i dijelova. Titan bijela se koristi za bojenje tkanina, kože i drugih materijala.
Ti u industriji
Titan dioksid je sastavni dio porculanskih masa, vatrostalnih stakla i keramičkih materijala s visokom dielektričnom konstantom. Kao punilo koje povećava čvrstoću i otpornost na toplinu, uvodi se u gumene smjese. Međutim, sve prednosti titanijumskih spojeva izgledaju beznačajne u pozadini jedinstvena svojstvačisti metalni titanijum.
elementarni titanijum
Godine 1925. holandski naučnici van Arkel i de Boer dobili su titanijum visoke čistoće - 99,9% koristeći jodid metod (više o tome u nastavku). Za razliku od titanijuma koji je dobio Hunter, imao je plastičnost: mogao se kovati na hladnoći, umotavati u listove, traku, žicu, pa čak i najtanju foliju. Ali ni to nije glavna stvar. Studije fizičko-hemijskih svojstava metalnog titanijuma dovele su do gotovo fantastičnih rezultata. Ispostavilo se, na primjer, da titan, skoro dvostruko lakši od željeza (gustina titana je 4,5 g/cm3), po čvrstoći nadmašuje mnoge čelike. Poređenje s aluminijem također se pokazalo u korist titana: titan je samo jedan i pol puta teži od aluminija, ali je šest puta jači i, što je najvažnije, zadržava svoju čvrstoću na temperaturama do 500 ° C (i uz dodatak legirajućih elemenata - do 650°C), dok čvrstoća legura aluminijuma i magnezijuma naglo pada već na 300°C.
Titanijum takođe ima značajnu tvrdoću: 12 puta je tvrđi od aluminijuma, 4 puta tvrđi od gvožđa i bakra. Još jedna važna karakteristika metala je njegova granica tečenja. Što je veći, to su detalji ovog metala bolje otporni na radna opterećenja, duže zadržavaju svoj oblik i veličinu. Granica tečenja titanijuma je skoro 18 puta veća od one kod aluminijuma.
Za razliku od većine metala, titan ima značajan električni otpor: ako se električna provodljivost srebra uzme za 100, onda je električna provodljivost bakra 94, aluminijuma 60, gvožđa i platine 15, a titanijuma samo 3,8. Jedva da je potrebno objašnjavati da je ovo svojstvo, kao i nemagnetna priroda titanijuma, od interesa za radio elektroniku i elektrotehniku.
Izuzetna otpornost titanijuma na koroziju. Na ploči od ovog metala već 10 godina morska voda nije bilo znakova korozije. Glavni rotori modernih teških helikoptera izrađeni su od legura titanijuma. Kormila, eleroni i neki drugi kritični dijelovi nadzvučnih aviona također su napravljeni od ovih legura. U mnogim hemijskim industrijama danas se mogu naći čitavi aparati i stubovi napravljeni od titanijuma.
Kako se dobija titanijum?
Cijena - to je ono što još usporava proizvodnju i potrošnju titanijuma. Zapravo, visoka cijena nije urođeni nedostatak titana. Ima ga dosta u zemljinoj kori - 0,63%. Još uvijek visoka cijena titanijuma posljedica je teškoće njegovog vađenja iz ruda. To se objašnjava visokim afinitetom titanijuma za mnoge elemente i snagom hemijskih veza u njegovim prirodnim jedinjenjima. Otuda i složenost tehnologije. Ovako izgleda magnezijumsko-termalna metoda proizvodnje titana koju je 1940. godine razvio američki naučnik V. Kroll.
Titanov dioksid se sa hlorom (u prisustvu ugljika) pretvara u titan tetrahlorid:
HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.
Proces se odvija u osovinskim električnim pećima na 800-1250°C. Druga opcija je hloriranje u topljenju soli alkalnih metala NaCl i KCl.Sljedeća operacija (koja je jednako važna i dugotrajna) je prečišćavanje TiCl 4 Različiti putevi i supstance. Titanijum tetrahlorid u normalnim uslovima je tečnost sa tačkom ključanja od 136°C.
Lakše je prekinuti vezu titanijuma sa hlorom nego sa kiseonikom. To se može postići sa magnezijumom reakcijom
TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl 2 .
Ova reakcija se odvija u čeličnim reaktorima na 900°C. Rezultat je takozvani titanijumski sunđer impregniran magnezijumom i magnezijum hloridom. Isparavaju se u zatvorenom vakuumskom aparatu na 950°C, a titanijumski sunđer se zatim sinteruje ili topi u kompaktni metal.
Natrijum-termalna metoda za dobijanje metalnog titana se u principu ne razlikuje mnogo od magnezijum-termalne metode. Ove dvije metode se najčešće koriste u industriji. Da bi se dobio čistiji titanijum, još se koristi jodidna metoda koju su predložili van Arkel i de Boer. Metalotermni titanijumski sunđer se pretvara u TiI 4 jodid, koji se zatim sublimira u vakuumu. Na svom putu, para titap jodida nailazi na titanijumsku žicu zagrijanu na 1400°C. U tom slučaju, jodid se raspada, a na žici raste sloj čistog titana. Ovaj način proizvodnje titana je neefikasan i skup, pa se u industriji koristi u vrlo ograničenoj mjeri.
Uprkos radnom i energetskom intenzitetu proizvodnje titanijuma, on je već postao jedan od najvažnijih podsektora obojene metalurgije. Svjetska proizvodnja titanijuma se razvija veoma brzo. O tome se može suditi čak i po fragmentarnim informacijama koje dospeju u štampu.
Poznato je da je 1948. godine u svijetu istopljeno samo 2 tone titanijuma, a nakon 9 godina - već 20 hiljada tona.To znači da je 1957. godine na sve zemlje otpadalo 20 hiljada tona titanijuma, a 1980. godine samo SAD su trošile. 24,4 hiljade tona titanijuma... U skorije vreme, čini se, titanijum su nazivali retkim metalom - sada je najvažniji konstruktivni materijal. To se objašnjava samo jednom stvari: rijetkom kombinacijom korisna svojstva element broj 22. I, naravno, potrebe tehnologije.
Uloga titanijuma kao konstrukcijskog materijala, osnove legura visoke čvrstoće za avijaciju, brodogradnju i raketnu tehniku, ubrzano raste. Upravo u legurama ide većina titanijuma koji se istopi u svijetu. Nadaleko poznata legura za avio industriju, koja se sastoji od 90% titanijuma, 6% aluminijuma i 4% vanadija. Godine 1976. američka štampa izvještava o novoj leguri za istu svrhu: 85% titanijuma, 10% vanadijuma, 3% aluminijuma i 2% gvožđa. Tvrdi se da je ova legura ne samo bolja, već i ekonomičnija.
Općenito, legure titana uključuju mnogo elemenata, do platine i paladija. Potonji (u količini od 0,1-0,2%) povećavaju već visoku hemijsku otpornost titanijumskih legura.
Čvrstoću titana povećavaju i takvi "aditivi za legiranje" kao što su dušik i kisik. Ali zajedno sa čvrstoćom povećavaju tvrdoću i, što je najvažnije, krhkost titana, pa je njihov sadržaj strogo reguliran: u leguri nije dopušteno više od 0,15% kisika i 0,05% dušika.
Unatoč činjenici da je titanij skup, njegova zamjena jeftinijim materijalima u mnogim slučajevima se ispostavlja ekonomski isplativom. Evo tipičnog primjera. Kućište hemijskog aparata od nerđajućeg čelika košta 150 rubalja, a od legure titana - 600 rubalja. Ali u isto vrijeme, čelični reaktor služi samo 6 mjeseci, a titanijumski - 10 godina. Dodajte trošak zamjene čeličnih reaktora, prisilni zastoj opreme - i postaje očito da korištenje skupog titana može biti isplativije od čelika.
Značajne količine titanijuma se koriste u metalurgiji. Postoje stotine vrsta čelika i drugih legura koje sadrže titan kao dodatak za legiranje. Uvodi se za poboljšanje strukture metala, povećanje čvrstoće i otpornosti na koroziju.
Neke nuklearne reakcije moraju se odvijati u gotovo apsolutnoj praznini. Sa živinim pumpama, razrjeđivanje se može dovesti do nekoliko milijarditih dijelova atmosfere. Ali to nije dovoljno, a živine pumpe nisu sposobne za više. Dalje pumpanje vazduha se vrši specijalnim titanijumskim pumpama. Osim toga, da bi se postiglo još veće razrjeđivanje, fini titan se raspršuje na unutrašnju površinu komore u kojoj se odvijaju reakcije.
Titanijum se često naziva metalom budućnosti. Činjenice kojima znanost i tehnologija već raspolažu uvjeravaju nas da to nije sasvim tačno – titan je već postao metal današnjice.
Perovskit i sfen. Ilmenit - gvožđe metatitanat FeTiO 3 - sadrži 52,65% TiO 2. Ime ovog minerala je zbog činjenice da je pronađen na Uralu u planinama Ilmensky. Najveća naslaga ilmenitskog pijeska nalaze se u Indiji. Drugi važan mineral, rutil, je titanijum dioksid. Titanomagnetiti su takođe od industrijskog značaja - prirodna mešavina ilmenita sa mineralima gvožđa. Bogata su nalazišta titanijumskih ruda u SSSR-u, SAD, Indiji, Norveškoj, Kanadi, Australiji i drugim zemljama. Ne tako davno, geolozi su otkrili novi mineral koji sadrži titan u regiji Sjevernog Bajkala, koji je nazvan landauit u čast sovjetskog fizičara akademika L. D. Landaua. Ukupno je na svijetu poznato više od 150 značajnih nalazišta rude i placer titanijuma.
Najveći dio titanijuma se troši za potrebe avijacije i raketne tehnike i brodogradnje. On se, kao i ferotitan, koristi kao legirajući aditiv visokokvalitetnim čelicima i kao deoksidans. Tehnički titanijum se koristi za proizvodnju rezervoara, hemijskih reaktora, cjevovoda, fitinga, pumpi, ventila i drugih proizvoda koji rade u agresivnom okruženju. Rešetke i drugi dijelovi elektrovakuum uređaja koji rade na visokim temperaturama izrađeni su od kompaktnog titanijuma.
U pogledu upotrebe kao konstruktivnog materijala, Ti je na 4. mjestu, drugi nakon Al, Fe i Mg. Titanijum aluminidi su vrlo otporni na oksidaciju i otporni na toplotu, što je zauzvrat odredilo njihovu upotrebu u avijaciji i automobilskoj industriji kao konstrukcijskih materijala. Biološka sigurnost ovog metala čini ga odličnim materijalom za prehrambenu industriju i rekonstruktivnu hirurgiju.
Titan i njegove legure se široko koriste u inženjerstvu zbog svoje visoke mehaničke čvrstoće, koja se održava na visokim temperaturama, otpornosti na koroziju, otpornosti na toplinu, specifične čvrstoće, male gustoće i drugih korisnih svojstava. Visoka cijena ovog metala i materijala na njemu u mnogim slučajevima je nadoknađena njihovom većom efikasnošću, au nekim slučajevima su i jedina sirovina od koje je moguće proizvesti opremu ili konstrukcije sposobne za rad u ovim uvjetima. specifični uslovi.
Legure titana igraju važnu ulogu u vazduhoplovnoj tehnologiji, gde je cilj da se dobije najlakši dizajn u kombinaciji sa potrebnom čvrstoćom. Ti je lagan u odnosu na druge metale, ali u isto vrijeme može raditi na visokim temperaturama. Materijali na bazi ti koriste se za izradu kože, dijelova za pričvršćivanje, agregata, dijelova šasije i raznih jedinica. Takođe, ovi materijali se koriste u konstrukciji avionskih mlaznih motora. To vam omogućava da smanjite njihovu težinu za 10-25%. Legure titana koriste se za proizvodnju diskova i lopatica kompresora, dijelova usisnika i vodilica u motorima, te raznih pričvrsnih elemenata.
Još jedno područje primjene je raketna nauka. Zbog kratkotrajnog rada motora i brzog prolaska gustih slojeva atmosfere, u raketnoj nauci otklanjaju se problemi zamorne čvrstoće, statičke izdržljivosti i, donekle, puzanja.
Zbog nedovoljno visoke termičke čvrstoće tehnički titanijum nije pogodan za upotrebu u vazduhoplovstvu, ali je zbog izuzetno visoke otpornosti na koroziju u nekim slučajevima neophodan u hemijskoj industriji i brodogradnji. Tako se koristi u proizvodnji kompresora i pumpi za pumpanje agresivnih medija kao što su sumporna i hlorovodonična kiselina i njihove soli, cevovodi, ventili, autoklavi, razne posude, filteri itd. Samo Ti ima otpornost na koroziju u medijima kao što su mokri hlor, vodene i kisele otopine hlora, pa se od ovog metala proizvodi oprema za industriju hlora. Također se koristi za izradu izmjenjivača topline koji rade u korozivnim sredinama, na primjer, u dušičnoj kiselini (ne dima). U brodogradnji, titan se koristi za proizvodnju propelera, brodskih obloga, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za ovaj materijal, što naglo povećava otpor plovila tijekom njegovog kretanja.
Legure titana su obećavajuće za upotrebu u mnogim drugim aplikacijama, ali njihova upotreba u tehnologiji je ograničena visokim troškovima i nedovoljnom rasprostranjenošću ovog metala.
Jedinjenja titana također se široko koriste u raznim industrijama. Karbid (TiC) ima veliku tvrdoću i koristi se u proizvodnji reznih alata i abraziva. Bijeli dioksid (TiO 2 ) se koristi u bojama (npr. titan bela) kao iu proizvodnji papira i plastike. Organotitanijumska jedinjenja (na primer, tetrabutoksititanijum) se koriste kao katalizatori i učvršćivači u hemijskoj industriji i industriji boja. Ti anorganska jedinjenja se koriste u hemijskoj, elektronskoj, industriji staklenih vlakana kao aditivi. Diborid (TiB 2) je važna komponenta supertvrdih materijala za obradu metala. Nitrid (TiN) se koristi za premazivanje alata.
Fizička i hemijska svojstva titanijuma, dobijanje titana
Upotreba titana u čistom obliku iu obliku legura, upotreba titana u obliku spojeva, fiziološki učinak titana
Odjeljak 1. Istorijat i pojava titanijuma u prirodi.
titan -ovo je element sekundarne podgrupe četvrte grupe, četvrti period periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 22. Jednostavna supstanca titanijum (CAS broj: 7440-32-6) je svetlo srebrno-bela metal. Postoji u dvije kristalne modifikacije: α-Ti sa heksagonalnom zbijenom rešetkom, β-Ti sa kubičnim tijelo-centriranim pakovanjem, temperatura polimorfne transformacije α↔β je 883 °C. Tačka topljenja 1660±20 °C.
Istorijat i prisustvo titanijuma u prirodi
Titan je dobio ime po drevnim grčkim likovima Titanima. Njemački hemičar Martin Klaproth ga je tako nazvao iz svojih ličnih razloga, za razliku od Francuza koji su pokušavali da daju imena u skladu sa hemijskim karakteristikama elementa, ali pošto su svojstva elementa bila nepoznata, izabrano je takvo ime.
Titanijum je 10. element po svom broju na našoj planeti. Količina titana u zemljinoj kori iznosi 0,57% po težini i 0,001 miligrama na 1 litar morske vode. Ležišta titanijuma nalaze se na teritoriji: Južnoafričke Republike, Ukrajine, Rusije, Kazahstana, Japana, Australije, Indije, Cejlona, Brazila i Južne Koreje.
Što se tiče fizičkih svojstava, titan je lagani srebrnast metal, osim toga, karakteriše ga visoka viskoznost prilikom obrade i sklon je lijepljenju za rezni alat, pa se za otklanjanje ovog efekta koriste posebna maziva ili prskanje. Na sobnoj temperaturi prekriven je prozirnim filmom od TiO2 oksida, zbog čega je otporan na koroziju u većini agresivnih sredina, osim na alkalije. Titanijumska prašina ima sposobnost da eksplodira, sa tačkom paljenja od 400 °C. Titanijumske strugotine su zapaljive.
Za proizvodnju čistog titana ili njegovih legura, u većini slučajeva se koristi titanov dioksid s malim brojem spojeva uključenih u njega. Na primjer, koncentrat rutila koji se dobija pročišćavanjem titanovih ruda. Ali rezerve rutila su izuzetno male, pa se s tim u vezi koristi takozvani sintetički rutil ili titanijumska troska, dobivena preradom ilmenitnih koncentrata.
Za pronalazača titanijuma smatra se 28-godišnji engleski monah William Gregor. 1790. godine, dok je obavljao mineraloška istraživanja u svojoj župi, skrenuo je pažnju na rasprostranjenost i neobična svojstva crnog pijeska u dolini Menaken na jugozapadu Engleske i počeo ga istraživati. U pijesku je svećenik pronašao zrnca crnog sjajnog minerala, privučena običnim magnetom. Dobiven 1925. godine od strane Van Arkel i de Boera jodidnom metodom, ispostavilo se da je najčišći titan duktilni i tehnološki metal s mnogim vrijednim svojstvima koja su privukla pažnju širokog spektra dizajnera i inženjera. Croll je 1940. godine predložio magnezijum-termalnu metodu za vađenje titana iz ruda, koja je i danas glavna. Godine 1947. proizvedeno je prvih 45 kg komercijalno čistog titana.
U Mendeljejevljevom periodičnom sistemu elemenata, titanijum ima serijski broj 22. Atomska masa prirodnog titanijuma, izračunata na osnovu rezultata proučavanja njegovih izotopa, iznosi 47.926. Dakle, jezgro neutralnog atoma titana sadrži 22 protona. Broj neutrona, odnosno neutralnih nenabijenih čestica je različit: češće 26, ali može varirati od 24 do 28. Stoga je broj izotopa titana različit. Sada je poznato ukupno 13 izotopa elementa broj 22. Prirodni titanijum se sastoji od mešavine pet stabilnih izotopa, najzastupljeniji je titan-48, čiji udeo u prirodnim rudama iznosi 73,99%. Titan i drugi elementi IVB podgrupe su po svojstvima vrlo slični elementima IIIB podgrupe (skandijuma grupa), iako se razlikuju od potonje po svojoj sposobnosti da ispolje veliku valentnost. Sličnost titanijuma sa skandijem, itrijumom, kao i sa elementima VB podgrupe - vanadijumom i niobijumom, izražava se i u činjenici da se titanijum često nalazi u prirodnim mineralima zajedno sa ovim elementima. Sa monovalentnim halogenima (fluor, brom, hlor i jod) može formirati di-tri- i tetra jedinjenja, sa sumporom i elementima njegove grupe (selen, telur) - mono- i disulfide, sa kiseonikom - okside, diokside i triokside .
Titanijum takođe formira jedinjenja sa vodonikom (hidridi), azotom (nitridi), ugljenikom (karbidi), fosforom (fosfidi), arsenom (arsidi), kao i jedinjenja sa mnogim metalima - intermetalna jedinjenja. Titan tvori ne samo jednostavna, već i brojna složena jedinjenja; poznata su mnoga njegova jedinjenja s organskim tvarima. Kao što se vidi iz liste jedinjenja u kojima titanijum može da učestvuje, on je hemijski veoma aktivan. A u isto vrijeme, titan je jedan od rijetkih metala sa izuzetno visokom otpornošću na koroziju: praktično je vječan na zraku, u hladnoj i kipućoj vodi, vrlo je otporan u morskoj vodi, u otopinama mnogih soli, anorganskih i organskih. kiseline. Po otpornosti na koroziju u morskoj vodi nadmašuje sve metale, osim plemenitih - zlato, platinu itd., većinu vrsta nerđajućeg čelika, nikla, bakra i drugih legura. U vodi, u mnogim agresivnim sredinama, čisti titanijum nije podložan koroziji. Otporan na titanijum i erozijsku koroziju koja je rezultat kombinacije hemijskih i mehaničkih efekata na metal. U tom pogledu on nije inferioran najbolji brendovi nerđajući čelici, legure na bazi bakra i drugi konstrukcijski materijali. Titan je također dobro otporan na zamornu koroziju, koja se često manifestira u obliku narušavanja integriteta i čvrstoće metala (pucanje, lokalni centri korozije, itd.). Ponašanje titanijuma u mnogim agresivnim sredinama, kao što su azot, hlorovodonična, sumporna, "kraljevska voda" i druge kiseline i lužine, je za ovaj metal iznenađujuće i vredno divljenja.
Titanijum je veoma vatrostalan metal. Dugo se vjerovalo da se topi na 1800°C, ali sredinom 50-ih. Engleski naučnici Diardorf i Hayes ustanovili su tačku topljenja čistog elementarnog titanijuma. Iznosio je 1668 ± 3 ° C. Po svojoj vatrostalnosti, titan je drugi nakon metala kao što su volfram, tantal, niobijum, renijum, molibden, platinoidi, cirkonijum, a među glavnim konstrukcijskim metalima je na prvom mestu. Najvažnija karakteristika titanijuma kao metala je njegova jedinstvenost fizičkohemijskih svojstava: mala gustina, visoka čvrstoća, tvrdoća itd. Glavna stvar je da se ova svojstva ne mijenjaju značajno na visokim temperaturama.
Titan je lak metal, njegova gustina na 0°C je samo 4,517 g/cm8, a na 100°C je 4,506 g/cm3. Titan spada u grupu metala sa specifičnom težinom manjom od 5 g/cm3. Ovo uključuje sve alkalne metale (natrijum, kadijum, litijum, rubidijum, cezijum) sa specifičnom težinom od 0,9–1,5 g/cm3, magnezijum (1,7 g/cm3), aluminijum (2,7 g/cm3) i dr. Titanijum je više od 1,5 puta teži od aluminijuma, iu tome, naravno, gubi od njega, ali je 1,5 puta lakši od gvožđa (7,8 g/cm3). Međutim, zauzimajući međupoziciju između aluminijuma i gvožđa po specifičnoj gustoći, titan ih višestruko nadmašuje po svojim mehaničkim svojstvima.). Titanijum ima značajnu tvrdoću: 12 puta je tvrđi od aluminijuma, 4 puta tvrđi od gvožđa i bakra. Još jedna važna karakteristika metala je njegova granica tečenja. Što je veći, to su dijelovi od ovog metala bolje otporni na radna opterećenja. Granica tečenja titanijuma je skoro 18 puta veća od one kod aluminijuma. Specifična čvrstoća titanijumskih legura može se povećati za faktor 1,5-2. Njegova visoka mehanička svojstva su dobro očuvana na temperaturama do nekoliko stotina stepeni. Čisti titanijum je pogodan za sve vrste obrade u toplom i hladnom stanju: može se kovati poput gvožđa, vuče i čak praviti žicu, valjati u limove, trake i folije debljine do 0,01 mm.
Za razliku od većine metala, titan ima značajan električni otpor: ako se električna provodljivost srebra uzme za 100, tada je električna provodljivost bakra 94, aluminijuma 60, gvožđa i platine -15, a titanijuma samo 3,8. Titanijum je paramagnetski metal, nije magnetizovan kao gvožđe u magnetnom polju, ali nije istisnut iz njega kao bakar. Njegova magnetska osjetljivost je vrlo slaba, ovo svojstvo se može koristiti u građevinarstvu. Titanijum ima relativno nisku toplotnu provodljivost, samo 22,07 W/(mK), što je približno 3 puta niže od toplotne provodljivosti gvožđa, 7 puta niže od magnezijuma, 17-20 puta niže od aluminijuma i bakra. U skladu s tim, koeficijent linearnog toplinskog širenja titana je niži od koeficijenta drugih konstrukcijskih materijala: na 20 C, on je 1,5 puta manji od željeza, 2 - za bakar i gotovo 3 - za aluminij. Dakle, titanijum je loš provodnik struje i toplote.
Danas se legure titanijuma široko koriste u vazduhoplovnoj tehnologiji. Legure titana su prvi put korištene u industrijskim razmjerima u konstrukciji avionskih mlaznih motora. Upotreba titanijuma u dizajnu mlaznih motora omogućava smanjenje njihove težine za 10...25%. Konkretno, diskovi i lopatice kompresora, dijelovi za usis zraka, vodeće lopatice i pričvršćivači izrađeni su od legura titanijuma. Legure titana su nezamjenjive za nadzvučne avione. Povećanje brzine leta aviona dovelo je do povećanja temperature kože, zbog čega aluminijske legure više ne ispunjavaju zahtjeve koje postavlja zrakoplovna tehnologija pri nadzvučnim brzinama. Temperatura kože u ovom slučaju dostiže 246...316 °C. U ovim uslovima, legure titana su se pokazale kao najprihvatljiviji materijal. Sedamdesetih godina, upotreba legura titanijuma za konstrukciju civilnih aviona značajno se povećala. U avionu srednjeg relata TU-204 ukupna masa dijelova od titanijumskih legura iznosi 2570 kg. Upotreba titanijuma u helikopterima se postepeno širi, uglavnom za delove sistema glavnog rotora, pogona i upravljačkog sistema. U raketnoj nauci značajno mjesto zauzimaju legure titanijuma.
Zbog visoke otpornosti na koroziju u morskoj vodi, titan i njegove legure se koriste u brodogradnji za proizvodnju propelera, brodskih oplata, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpor posude kada se kreće. Postepeno, područja primjene titanijuma se šire. Titan i njegove legure koriste se u hemijskoj, petrohemijskoj, celulozno-papirnoj i prehrambenoj industriji, obojenoj metalurgiji, energetici, elektronici, nuklearnoj tehnologiji, galvanizaciji, u proizvodnji oružja, za proizvodnju oklopnih ploča, hirurških instrumenata, hirurški implantati, postrojenja za desalinizaciju, dijelovi za trkaće automobile, sportska oprema (golf palice, oprema za penjanje), dijelovi za satove, pa čak i nakit. Nitriranje titana dovodi do stvaranja zlatnog filma na njegovoj površini, koji po ljepoti nije inferioran od pravog zlata.
Otkriće TiO2 gotovo istovremeno i nezavisno su napravili Englez W. Gregor i njemački hemičar M. G. Klaproth. W. Gregor, proučavajući sastav magnetnog ferruginskog pijeska (Creed, Cornwall, Engleska, 1791), izolovao je novu "zemlju" (oksid) nepoznatog metala, koji je nazvao menaken. Godine 1795. njemački hemičar Klaproth otkrio je novi element u mineralu rutilu i nazvao ga titanijum. Dvije godine kasnije, Klaproth je ustanovio da su rutil i menaken zemlja oksidi istog elementa, iza kojih je ostao naziv "titanijum" koji je predložio Klaproth. Nakon 10 godina, otkriće titanijuma dogodilo se po treći put. Francuski naučnik L. Vauquelin otkrio je titan u anatazu i dokazao da su rutil i anataz identični titanijum oksidi.
Prvi uzorak metalnog titanijuma dobio je J. Ya. Berzelius 1825. godine. Zbog visoke hemijske aktivnosti titanijuma i složenosti njegovog prečišćavanja, Holanđani A. van Arkel i I. de Boer su 1925. dobili uzorak čistog titana termičkim razlaganjem pare titanijum jodida TiI4.
Titanijum je 10. najzastupljeniji u prirodi. Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,57% mase, u morskoj vodi 0,001 mg/l. 300 g/t u ultrabazičnim stijenama, 9 kg/t u bazičnim stijenama, 2,3 kg/t u kiselim stijenama, 4,5 kg/t u glinama i škriljcima. U zemljinoj kori titan je skoro uvek četvorovalentan i prisutan je samo u jedinjenjima kiseonika. Ne javlja se u slobodnom obliku. Titanijum u uslovima vremenskih uslova i padavina ima geohemijski afinitet prema Al2O3. Koncentrisan je u boksitima kore trošenja i u morskim glinovitim sedimentima. Prijenos titana se vrši u obliku mehaničkih fragmenata minerala iu obliku koloida. U nekim glinama se nakuplja i do 30% TiO2 po težini. Minerali titana su otporni na vremenske uslove i formiraju velike koncentracije u naslagama. Poznato je više od 100 minerala koji sadrže titanijum. Najvažniji od njih su: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Postoje primarne rude titana - ilmenit-titanomagnetit i placer - rutil-ilmenit-cirkon.
Glavne rude: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).
U 2002. godini 90% iskopanog titana korišteno je za proizvodnju titan dioksida TiO2. Svjetska proizvodnja titan dioksida iznosila je 4,5 miliona tona godišnje. Potvrđene rezerve titan dioksida (bez Rusije) iznose oko 800 miliona tona.Za 2006. godinu, prema podacima američkog Geološkog zavoda, u pogledu titanijum dioksida i bez Rusije, rezerve rude ilmenita iznose 603-673 miliona tona, a rutila - 49,7- 52,7 miliona tona.Tako će, pri sadašnjoj stopi proizvodnje, dokazane svjetske rezerve titanijuma (bez Rusije) biti dovoljne za više od 150 godina.
Rusija ima druge najveće svjetske rezerve titanijuma nakon Kine. Baza mineralnih resursa titanijuma u Rusiji sastoji se od 20 ležišta (od kojih je 11 primarnih i 9 aluvijalnih), prilično ravnomerno raspoređenih po celoj zemlji. Najveće od istraženih nalazišta (Yaregskoye) nalazi se 25 km od grada Ukhta (Republika Komi). Rezerve ležišta se procjenjuju na 2 milijarde tona rude sa prosječnim sadržajem titan dioksida od oko 10%.
Najveći svjetski proizvođač titanijuma je ruska kompanija VSMPO-AVISMA.
Po pravilu, početni materijal za proizvodnju titana i njegovih spojeva je titan dioksid sa relativno malom količinom nečistoća. Konkretno, to može biti koncentrat rutila koji se dobija tokom pročišćavanja titanijumskih ruda. Međutim, rezerve rutila u svijetu su vrlo ograničene, a češće se koristi tzv. sintetički rutil ili titanijumska šljaka, dobivena preradom koncentrata ilmenita. Za dobijanje titanijumske troske, koncentrat ilmenita se redukuje u elektrolučnoj peći, dok se gvožđe odvaja u metalnu fazu (liveno gvožđe), a ne redukovani titanijum oksidi i nečistoće formiraju fazu troske. Bogata šljaka se prerađuje metodom klorida ili sumporne kiseline.
U čistom obliku iu obliku legura
Titanijumski spomenik Gagarinu na Lenjinskom prospektu u Moskvi
Metal se koristi u: hemijskoj industriji (reaktori, cjevovodi, pumpe, cjevovodna armatura), vojnoj industriji (panciri, oklopi i protupožarne barijere u avijaciji, trupovi podmornica), industrijskim procesima (desalinizacija, procesi celuloze i papira), automobilskoj industriji , poljoprivredna industrija, prehrambena industrija, nakit za piercing, medicinska industrija (proteze, osteoproteze), zubni i endodontski instrumenti, zubni implantati, sportska oprema, nakit (Aleksandar Khomov), mobilni telefoni, lake legure itd. Najvažniji je konstrukcijski materijal u avionskoj, raketnoj, brodogradnji.
Lijevanje titana se izvodi u vakuumskim pećima u grafitnim kalupima. Koristi se i vakuumsko livenje. Zbog tehnoloških poteškoća koristi se u umjetničkom livenju u ograničenoj mjeri. Prva monumentalna livena skulptura od titanijuma na svetu je spomenik Juriju Gagarinu na trgu koji nosi njegovo ime u Moskvi.
Titan je dodatak za legiranje u mnogim legiranim čelicima i većini specijalnih legura.
Nitinol (nikl-titan) je legura sa pamćenjem oblika koja se koristi u medicini i tehnologiji.
Titanijum aluminidi su vrlo otporni na oksidaciju i otporni na toplotu, što je zauzvrat odredilo njihovu upotrebu u avijaciji i automobilskoj industriji kao konstrukcijskih materijala.
Titan je jedan od najčešćih getter materijala koji se koristi u visokovakumskim pumpama.
Bijeli titan dioksid (TiO2) koristi se u bojama (kao što je titan bijela), kao iu proizvodnji papira i plastike. Dodatak prehrani E171.
Organotitanijumska jedinjenja (npr. tetrabutoksititan) se koriste kao katalizatori i učvršćivači u hemijskoj industriji i industriji boja.
Neorganska jedinjenja titana koriste se u hemijskoj, elektronskoj industriji, industriji staklenih vlakana kao aditivi ili premazi.
Titanijum karbid, titanijum diborid, titanijum karbonitrid su važne komponente supertvrdih materijala za obradu metala.
Titanijum nitrid se koristi za premazivanje alata, crkvenih kupola i u izradi bižuterije, jer. ima boju sličnu zlatnoj.
Barijum titanat BaTiO3, olovo titanat PbTiO3 i niz drugih titanata su feroelektrici.
Postoji mnogo legura titanijuma sa različitim metalima. Legirajući elementi se dijele u tri grupe, ovisno o njihovom utjecaju na temperaturu polimorfne transformacije: beta stabilizatori, alfa stabilizatori i neutralni učvršćivači. Prvi snižavaju temperaturu transformacije, drugi je povećavaju, a drugi na nju ne utiču, već dovode do očvršćavanja matrice rastvorom. Primjeri alfa stabilizatora: aluminij, kisik, ugljik, dušik. Beta stabilizatori: molibden, vanadijum, gvožđe, hrom, nikl. Neutralni učvršćivači: cirkonijum, kalaj, silicijum. Beta stabilizatori se, pak, dijele na beta-izomorfne i beta-eutektoidne formirajuće. Najčešća legura titana je legura Ti-6Al-4V (u ruskoj klasifikaciji - VT6).
60% - boja;
20% - plastika;
13% - papir;
7% - mašinstvo.
15-25 dolara po kilogramu, u zavisnosti od čistoće.
Čistoća i kvaliteta grubog titana (titanijum sunđera) obično se određuju njegovom tvrdoćom, koja zavisi od sadržaja nečistoća. Najčešći brendovi su TG100 i TG110.
Cijena ferotitanija (minimalno 70% titanijuma) od 22.12.2010. je 6,82 dolara po kilogramu. Na dan 01.01.2010. godine cijena je bila na nivou od 5,00$ po kilogramu.
U Rusiji su cijene titanijuma početkom 2012. bile 1200-1500 rubalja/kg.
Prednosti:
mala gustoća (4500 kg / m3) pomaže u smanjenju mase upotrijebljenog materijala;
visoka mehanička čvrstoća. Vrijedi napomenuti da na povišene temperature(250-500 °C) legure titanijuma su superiornije u čvrstoći od legura aluminijuma i magnezijuma visoke čvrstoće;
neobično visoka otpornost na koroziju, zbog sposobnosti titanijuma da formira tanke (5-15 mikrona) neprekidne filmove TiO2 oksida na površini, čvrsto vezane za metalnu masu;
specifična čvrstoća (omjer čvrstoće i gustoće) najboljih legura titana doseže 30-35 ili više, što je gotovo dvostruko više od specifične čvrstoće legiranih čelika.
Nedostaci:
visoka cijena proizvodnje, titan je mnogo skuplji od željeza, aluminija, bakra, magnezija;
aktivna interakcija na visokim temperaturama, posebno u tekućem stanju, sa svim plinovima koji čine atmosferu, zbog čega se titan i njegove legure mogu topiti samo u vakuumu ili u okruženju inertnog plina;
poteškoće u proizvodnji titanijumskog otpada;
loša antifrikciona svojstva zbog lepljenja titanijuma za mnoge materijale, titanijum uparen sa titanom ne može da deluje na trenje;
visoka sklonost titanijuma i mnogih njegovih legura vodoničnom krtosti i koroziji soli;
loša obradivost slična onoj kod austenitnih nerđajućih čelika;
visoka reaktivnost, sklonost rastu zrna na visokim temperaturama i fazne transformacije tokom ciklusa zavarivanja uzrokuju poteškoće u zavarivanju titanijuma.
Najveći dio titanijuma se troši za potrebe avijacije i raketne tehnike i brodogradnje. Titan (ferotitan) se koristi kao legirajući dodatak visokokvalitetnim čelicima i kao deoksidans. Tehnički titanijum se koristi za proizvodnju rezervoara, hemijskih reaktora, cjevovoda, fitinga, pumpi, ventila i drugih proizvoda koji rade u agresivnom okruženju. Rešetke i drugi dijelovi elektrovakuum uređaja koji rade na visokim temperaturama izrađeni su od kompaktnog titanijuma.
U pogledu upotrebe kao konstruktivnog materijala, titan je na 4. mjestu, drugi nakon Al, Fe i Mg. Titanijum aluminidi su vrlo otporni na oksidaciju i otporni na toplotu, što je zauzvrat odredilo njihovu upotrebu u avijaciji i automobilskoj industriji kao konstrukcijskih materijala. Biološka sigurnost titanijuma čini ga odličnim materijalom za prehrambenu industriju i rekonstruktivnu hirurgiju.
Titan i njegove legure se široko koriste u inženjerstvu zbog svoje visoke mehaničke čvrstoće, koja se održava na visokim temperaturama, otpornosti na koroziju, otpornosti na toplinu, specifične čvrstoće, male gustoće i drugih korisnih svojstava. Visoka cijena titanijuma i njegovih legura u mnogim slučajevima je nadoknađena njihovim većim performansama, au nekim slučajevima oni su jedini materijal od kojeg je moguće proizvesti opremu ili konstrukcije sposobne za rad u datim specifičnim uvjetima.
Legure titana igraju važnu ulogu u vazduhoplovnoj tehnologiji, gde je cilj da se dobije najlakši dizajn u kombinaciji sa potrebnom čvrstoćom. Titan je lagan u odnosu na druge metale, ali u isto vrijeme može raditi na visokim temperaturama. Legure titana koriste se za izradu kože, dijelova za pričvršćivanje, sklopa za napajanje, dijelova šasije i raznih jedinica. Takođe, ovi materijali se koriste u konstrukciji avionskih mlaznih motora. To vam omogućava da smanjite njihovu težinu za 10-25%. Legure titana koriste se za proizvodnju diskova i lopatica kompresora, dijelova za usis zraka i vodeće lopatice, te za pričvršćivanje.
Titanijum i njegove legure se takođe koriste u raketnoj nauci. Zbog kratkotrajnog rada motora i brzog prolaska gustih slojeva atmosfere, u raketnoj nauci otklanjaju se problemi zamorne čvrstoće, statičke izdržljivosti i, donekle, puzanja.
Zbog nedovoljno visoke otpornosti na toplotu, tehnički titanijum nije pogodan za upotrebu u vazduhoplovstvu, ali je zbog izuzetno visoke otpornosti na koroziju u nekim slučajevima neophodan u hemijskoj industriji i brodogradnji. Tako se koristi u proizvodnji kompresora i pumpi za pumpanje agresivnih medija kao što su sumporna i hlorovodonična kiselina i njihove soli, cjevovodi, ventili, autoklavi, razni kontejneri, filteri itd. Samo titan ima otpornost na koroziju u medijima kao što su vlažni hlor, vodene i kisele otopine hlora, pa se od ovog metala proizvodi oprema za industriju hlora. Titan se koristi za izradu izmjenjivača topline koji rade u korozivnim sredinama, na primjer, u dušičnoj kiselini (ne dima). U brodogradnji, titan se koristi za proizvodnju propelera, oplata brodova, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpor posude kada se kreće.
Legure titana su obećavajuće za upotrebu u mnogim drugim aplikacijama, ali njihova upotreba u tehnologiji je ograničena visokim troškovima i nedostatkom titanijuma.
Jedinjenja titana također se široko koriste u raznim industrijama. Titanov karbid ima visoku tvrdoću i koristi se u proizvodnji reznih alata i abrazivnih materijala. Bijeli titan dioksid (TiO2) koristi se u bojama (kao što je titan bijela), kao iu proizvodnji papira i plastike. Organotitanijumska jedinjenja (npr. tetrabutoksititan) se koriste kao katalizatori i učvršćivači u hemijskoj industriji i industriji boja. Neorganska jedinjenja titana koriste se u hemijskoj, elektronskoj, industriji stakloplastike kao aditivi. Titanijum diborid je važna komponenta supertvrdih materijala za obradu metala. Titanijum nitrid se koristi za premazivanje alata.
Uz sadašnje visoke cijene titanijuma, on se uglavnom koristi za proizvodnju vojne opreme, pri čemu glavna uloga nije cijena, već tehničke karakteristike. Ipak, poznati su slučajevi upotrebe jedinstvenih svojstava titanijuma za civilne potrebe. Kako cijena titanijuma opada i njegova proizvodnja raste, upotreba ovog metala u vojne i civilne svrhe će se sve više širiti.
Avijacija. Mala specifična težina i visoka čvrstoća (posebno na povišenim temperaturama) titanijuma i njegovih legura čine ih veoma vrednim vazduhoplovnim materijalima. U oblasti konstrukcije aviona i proizvodnje avionskih motora titanijum sve više zamenjuje aluminijum i nerđajući čelik. Kako temperatura raste, aluminijum brzo gubi snagu. S druge strane, titan ima jasnu prednost u čvrstoći na temperaturama do 430°C, a povišene temperature ovog reda se javljaju pri velikim brzinama zbog aerodinamičkog zagrijavanja. Prednost zamjene čelika titanom u avijaciji je smanjenje težine bez žrtvovanja snage. Sveukupno smanjenje težine uz povećane performanse na povišenim temperaturama omogućava povećanje nosivosti, dometa i manevrisanja aviona. To objašnjava napore usmjerene na proširenje upotrebe titanijuma u konstrukciji aviona u proizvodnji motora, konstrukciji trupa, proizvodnji omotača, pa čak i pričvršćivača.
U konstrukciji mlaznih motora titan se uglavnom koristi za proizvodnju lopatica kompresora, turbinskih diskova i mnogih drugih štancanih dijelova. Ovde titanijum zamenjuje nerđajuće i termički obrađene legirane čelike. Ušteda od jednog kilograma na težini motora štedi do 10 kg ukupne težine aviona zbog olakšanja trupa. U budućnosti se planira koristiti lim od titanijuma za proizvodnju kućišta za komore za sagorevanje motora.
U konstrukciji aviona, titan se široko koristi za dijelove trupa koji rade na povišenim temperaturama. Titanijumski lim se koristi za izradu svih vrsta omotača, zaštitnih omotača kablova i vodilica za projektile. Od legiranih titanijumskih limova izrađuju se razni elementi za ukrućenje, okviri trupa, rebra itd.
Poklopci, poklopci, omoti kablova i vodilice projektila izrađeni su od nelegiranog titanijuma. Legirani titan se koristi za izradu okvira trupa, okvira, cjevovoda i protupožarnih barijera.
Titanijum se sve više koristi u konstrukciji aviona F-86 i F-100. U budućnosti će se od titanijuma praviti vrata stajnog trapa, hidraulički cjevovodi, izduvne cijevi i mlaznice, lamele, klapne, sklopivi podupirači itd.
Titanijum se može koristiti za izradu oklopnih ploča, lopatica propelera i kutija za školjke.
Trenutno se titanijum koristi u konstrukciji vojnih aviona Douglas X-3 za kožu, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 i Boeing B-52.
Titanijum se takođe koristi u konstrukciji civilnih aviona DC-7. Kompanija Douglas, zamjenom aluminijskih legura i nehrđajućeg čelika titanijumom u proizvodnji gondole motora i protivpožarnih barijera, već je postigla uštede u težini konstrukcije aviona od oko 90 kg. Trenutno je težina titanijumskih delova u ovom avionu 2%, a očekuje se da će ta cifra biti povećana na 20% ukupne težine aviona.
Upotreba titanijuma omogućava smanjenje težine helikoptera. Titanijumski lim se koristi za podove i vrata. Značajno smanjenje težine helikoptera (oko 30 kg) postignuto je zamjenom legiranog čelika titanom za oblaganje lopatica njegovih rotora.
mornarica. Otpornost na koroziju titanijuma i njegovih legura čini ih veoma vrednim materijalom na moru. Američko Ministarstvo mornarice opsežno istražuje otpornost titanijuma na koroziju na izlaganje dimnim gasovima, pari, nafti i morskoj vodi. Visoka specifična čvrstoća titanijuma je od gotovo istog značaja u pomorstvu.
Niska specifična težina metala, u kombinaciji sa otpornošću na koroziju, povećava manevarsku sposobnost i domet brodova, a također smanjuje troškove održavanja materijalnog dijela i njegovog popravka.
Primjena titanijuma u mornarici uključuje ispušne prigušivače za podmorske dizel motore, diskove s instrumentima, cijevi tankih stijenki za kondenzatore i izmjenjivače topline. Prema riječima stručnjaka, titan, kao nijedan drugi metal, može produžiti vijek trajanja prigušivača na podmornicama. Za mjerne diskove izložene slanoj vodi, benzinu ili ulju, titan će pružiti bolju izdržljivost. Istražuje se mogućnost korištenja titanijuma za izradu cijevi izmjenjivača topline, koji bi trebao biti otporan na koroziju u morskoj vodi koja pere cijevi izvana, a istovremeno izdržati efekte izduvnog kondenzata koji teče unutar njih. Razmatra se mogućnost izrade antena i komponenti radarskih instalacija od titanijuma, koji moraju biti otporni na uticaj dimnih gasova i morske vode. Titanijum se takođe može koristiti za proizvodnju delova kao što su ventili, propeleri, delovi turbina itd.
Artiljerija. Očigledno, najveći potencijalni potrošač titanijuma može biti artiljerija, gdje su trenutno u toku intenzivna istraživanja različitih prototipova. Međutim, u ovoj oblasti standardizovana je proizvodnja samo pojedinačnih delova i delova od titanijuma. Prilično ograničena upotreba titana u artiljeriji s velikim opsegom istraživanja objašnjava se njegovom visokom cijenom.
Različiti dijelovi artiljerijske opreme istraženi su sa stanovišta mogućnosti zamjene konvencionalnih materijala titanijumom, uz sniženje cijena titanijuma. Glavna pažnja posvećena je dijelovima za koje je bitno smanjenje težine (dijelovi koji se prenose ručno i transportuju zrakom).
Osnovna ploča od maltera napravljena od titanijuma umesto čelika. Takvom zamjenom i nakon određene izmjene, umjesto čelične ploče od dvije polovice ukupne težine 22 kg, moguće je napraviti jedan dio težine 11 kg. Zahvaljujući ovoj zamjeni, moguće je smanjiti broj servisera sa tri na dvoje. Razmatra se mogućnost upotrebe titanijuma za izradu odvodnika plamena pištolja.
Testiraju se nosači topova od titanijuma, krstovi lafeta i trzajni cilindri. Titanijum se može široko koristiti u proizvodnji vođenih projektila i raketa.
Prva istraživanja titanijuma i njegovih legura pokazala su mogućnost proizvodnje oklopnih ploča od njih. Zamjena čeličnog oklopa (debljine 12,7 mm) oklopom od titanijuma iste otpornosti projektila (debljine 16 mm) omogućava, prema ovim studijama, uštedu do 25% težine.
Visokokvalitetne legure titana daju nadu u mogućnost zamjene čeličnih ploča titanijumskim pločama jednake debljine, čime se štedi do 44% u težini. Industrijska upotreba titanijuma omogućit će veću manevarsku sposobnost, povećati domet transporta i izdržljivost pištolja. Sadašnji nivo razvoja vazdušnog saobraćaja čini očiglednim prednosti lakih oklopnih automobila i drugih vozila od titanijuma. Artiljerijsko odjeljenje namjerava u budućnosti opremiti pješadiju šlemovima, bajonetima, bacačima granata i ručnim bacačima plamena od titanijuma. Titanijumska legura je prvi put korištena u artiljeriji za proizvodnju klipa nekih automatskih topova.
Transport. Mnoge prednosti upotrebe titanijuma u proizvodnji oklopnog materijala odnose se i na vozila.
Zamjena konstruktivnih materijala koje trenutno troše poduzeća transportnog inženjeringa titanom bi trebala dovesti do smanjenja potrošnje goriva, povećanja nosivosti, povećanja granice zamora dijelova koljenastih mehanizama itd. željeznice bitno je smanjiti mrtvu težinu. Značajno smanjenje ukupne težine voznog parka zbog upotrebe titanijuma će uštedjeti na vuči, smanjiti dimenzije vratova i osovinskih kutija.
Težina je takođe važna za prikolice. Ovdje bi zamjena čelika titanom u proizvodnji osovina i kotača također povećala nosivost.
Sve ove mogućnosti mogle bi se ostvariti smanjenjem cijene titanijuma sa 15 na 2-3 dolara po kilogramu titanijumskih poluproizvoda.
Hemijska industrija. U proizvodnji opreme za hemijsku industriju otpornost metala na koroziju je od najveće važnosti. Također je bitno smanjiti težinu i povećati snagu opreme. Logično, treba pretpostaviti da bi titanijum mogao pružiti niz prednosti u proizvodnji opreme za transport kiselina, lužina i anorganskih soli iz njega. Dodatne mogućnosti za upotrebu titanijuma otvaraju se u proizvodnji opreme kao što su rezervoari, stubovi, filteri i sve vrste cilindara. visokog pritiska.
Upotreba titanijumskih cevi može poboljšati efikasnost grejnih spirala u laboratorijskim autoklavima i izmenjivačima toplote. Primjenjivost titanijuma za proizvodnju cilindara u kojima se plinovi i tekućine čuvaju pod pritiskom dugo vremena dokazuje korištenje u mikroanalizi produkata sagorijevanja umjesto teže staklene cijevi (prikazano u gornjem dijelu slike). Zbog male debljine zida i niske specifična gravitacija ova epruveta se može meriti na manjim, osetljivijim analitičkim vagama. Ovdje kombinacija lakoće i otpornosti na koroziju poboljšava tačnost kemijske analize.
Ostale aplikacije. Upotreba titanijuma je svrsishodna u prehrambenoj, naftnoj i elektro industriji, kao i za proizvodnju hirurških instrumenata i u samoj hirurgiji.
Stolovi za pripremu hrane, stolovi za kuhanje na pari od titanijuma superiorni su kvalitetom u odnosu na čelične proizvode.
U industriji bušenja nafte i plina borba protiv korozije je od velike važnosti, pa će upotreba titana omogućiti rjeđu zamjenu korodirajućih šipki opreme. U katalitičkoj proizvodnji i za proizvodnju naftovoda poželjno je koristiti titan, koji zadržava mehanička svojstva na visokim temperaturama i ima dobru otpornost na koroziju.
U elektroindustriji, titan se može koristiti za armiranje kablova zbog svoje dobre specifične čvrstoće, velike električne otpornosti i nemagnetnih svojstava.
U raznim industrijama počinju se koristiti pričvršćivači jednog ili drugog oblika od titana. Daljnje širenje upotrebe titanijuma moguće je za proizvodnju hirurških instrumenata, uglavnom zbog njegove otpornosti na koroziju. Titanijumski instrumenti su superiorniji u ovom pogledu od konvencionalnih hirurških instrumenata kada se više puta kuvaju ili autoklaviraju.
U oblasti hirurgije, titanijum se pokazao boljim od vitalijuma i nerđajućeg čelika. Prisustvo titanijuma u telu je sasvim prihvatljivo. Ploča i vijci od titanijuma za pričvršćivanje kostiju bili su u telu životinje nekoliko meseci, a kost je urasla u navoje šrafova i u otvor na ploči.
Prednost titanijuma je i u činjenici da se na ploči formira mišićno tkivo.
Otprilike polovina proizvoda od titanijuma proizvedenih u svijetu obično se šalje u industriju civilnih zrakoplova, ali njen pad nakon dobro poznatih tragičnih događaja prisiljava mnoge sudionike industrije da traže nove primjene za titanijum. Ovaj materijal predstavlja prvi dio izbora publikacija u stranoj metalurškoj štampi posvećenih izgledima titanijuma u savremenim uslovima. Prema jednom od vodećih američkih proizvođača titanijuma RT1, od ukupnog obima proizvodnje titanijuma na globalnom nivou na nivou od 50-60 hiljada tona godišnje, avio-svemirski segment čini do 40 potrošnje, industrijske primene i primene. čine 34, a vojno područje 16 , a oko 10 otpada na upotrebu titanijuma u proizvodima široke potrošnje. Industrijska primjena titanijuma uključuje hemijske procese, energiju, industriju nafte i gasa, postrojenja za desalinizaciju. Vojne neaeronautičke primjene uključuju prvenstveno upotrebu u artiljeriji i borbenim vozilima. Sektori sa značajnom upotrebom titanijuma su automobilska industrija, arhitektura i građevinarstvo, sportska oprema i nakit. Gotovo sav titanijum u ingotima proizvodi se u SAD-u, Japanu i ZND - Evropa čini samo 3,6 globalne količine. Regional Markets krajnja upotreba titanijum je veoma različit - najupečatljiviji primer originalnosti je Japan, gde civilni vazduhoplovni sektor zauzima samo 2-3, a koristi 30 od ukupne potrošnje titanijuma u opremi i strukturnim elementima hemijskih postrojenja. Otprilike 20% ukupne potražnje Japana je za nuklearnu energiju i elektrane na čvrsta goriva, ostatak je za arhitekturu, medicinu i sport. Suprotna slika je uočena u SAD i Evropi, gde je potrošnja u vazduhoplovnom sektoru izuzetno važna - 60-75 i 50-60 za svaki region, respektivno. U SAD-u tradicionalno jaka krajnja tržišta su hemikalije, medicinska oprema, industrijska oprema, dok je u Evropi najveći udio u industriji nafte i plina i građevinskoj industriji. Veliko oslanjanje na avio industriju je dugotrajna briga za industriju titana, koja pokušava proširiti primjenu titanijuma, posebno u trenutnom globalnom padu civilnog zrakoplovstva. Prema podacima američkog Geološkog zavoda, u prvom kvartalu 2003. godine došlo je do značajnog pada uvoza titanijumskog sunđera - samo 1319 tona, što je 62 manje od 3431 tone u istom periodu 2002. godine. Vazduhoplovstvo će uvijek biti jedno od vodećih tržišta za titanijum, ali mi titanijumska industrija moramo odgovoriti izazovu i učiniti sve što je u našoj moći da osiguramo da se naša industrija ne razvija i recesijski ciklusi u sektoru vazduhoplovstva. Neki od vodećih proizvođača titanijumske industrije vide rastuće mogućnosti na postojećim tržištima, od kojih je jedno tržište podmorske opreme i materijala. Prema riječima Martina Proka, menadžera prodaje i distribucije za RT1, titan se koristi u energetskoj i podmorskoj industriji dugo vremena, još od ranih 1980-ih, ali tek u posljednjih pet godina ova područja su se stabilno razvijala uz odgovarajući rast u tržišnu nišu. U podmorskom sektoru, rast je prvenstveno vođen operacijama bušenja na većim dubinama, gdje je titanijum najpogodniji materijal. To je, da tako kažem, pod vodom životni ciklus je pedeset godina, što odgovara uobičajenom trajanju podvodnih projekata. Već smo naveli područja u kojima je vjerovatno povećanje upotrebe titanijuma. Voditelj prodaje Howmet Ti-Cast-a Bob Funnell napominje da se trenutno stanje na tržištu može vidjeti kao rastuće mogućnosti u novim područjima, kao što su rotirajući dijelovi za turbo punjače u kamionima, rakete i pumpe.
Jedan od naših tekućih projekata je razvoj lakih artiljerijskih sistema BAE Butitzer XM777 kalibra 155 mm. Newmet će isporučiti 17 od 28 strukturnih titanijumskih sklopova za svaki topovski nosač, s isporukom američkom marinskom korpusu u augustu 2004. Sa ukupnom težinom pištolja od 9.800 funti od približno 4.44 tone, titanijum čini oko 2.600 funti od približno 1.18 tona titanijuma u svom dizajnu - koristi se legura 6A14U sa velikim brojem odlivaka, kaže Frank Hrster, šef sistema za podršku vatre. BAE Sy81et8. Ovaj sistem XM777 će zamijeniti trenutni M198 Newitzer sistem, koji je težak oko 17.000 funti i otprilike 7,71 tona. Masovna proizvodnja planirana je za period od 2006. do 2010. godine - prvobitno su predviđene isporuke u SAD, Veliku Britaniju i Italiju, ali je moguće proširiti program i za zemlje članice NATO-a. John Barber iz Timeta ističe te primjere vojne opreme , u čijoj konstrukciji se koriste značajne količine titanijuma, su tenk Abramé i borbeno vozilo Bradley. U protekle dvije godine u toku je zajednički program između NATO-a, SAD-a i Velike Britanije za intenziviranje upotrebe titanijuma u oružju i odbrambenim sistemima. Kao što je više puta napomenuto, titan je vrlo pogodan za upotrebu u automobilskoj industriji, međutim, udio ovog smjera je prilično skroman - oko 1 ukupne količine potrošenog titana, odnosno 500 tona godišnje, prema talijanskom kompanija Poggipolini, proizvođač komponenti i delova od titanijuma za Formulu-1 i trkaće motocikle. Daniele Stoppolini, šef istraživanja i razvoja ove kompanije, smatra da je trenutna potražnja za titanijumom u ovom segmentu tržišta na nivou od 500 tona, uz masovnu upotrebu ovog materijala u izradi ventila, opruga, izduvnih sistema, transmisije. osovine, vijci, potencijalno bi mogli porasti na nivo od gotovo ne 16.000 tona godišnje. On je dodao da njegova kompanija tek počinje da razvija automatizovanu proizvodnju titanijumskih vijaka kako bi smanjila troškove proizvodnje. Prema njegovom mišljenju, ograničavajući faktori, zbog kojih upotreba titanijuma ne raste značajno u automobilskoj industriji, su nepredvidivost tražnje i neizvesnost u snabdevanju sirovinama. Istovremeno, velika potencijalna niša za titan ostaje u automobilskoj industriji, kombinujući optimalne karakteristike težine i čvrstoće za spiralne opruge i sisteme izduvnih gasova. Nažalost, na američkom tržištu široku upotrebu titana u ovim sistemima obilježava samo sasvim ekskluzivni polu-sportski model Chevrolet Corvette Z06, koji nikako ne može tvrditi da je masovni automobil. Međutim, zbog tekućih izazova uštede goriva i otpornosti na koroziju, izgledi za titan u ovoj oblasti ostaju. Za odobrenje na tržištima nevazduhoplovnih i nevojnih aplikacija, nedavno je stvoreno zajedničko ulaganje UNITI u njegovo ime, riječ jedinstvo se igra - jedinstvo i Ti - oznaka titana u periodnom sistemu kao dio svjetskog vodeći proizvođači titanijuma - američki Allegheny Technologies i ruski VSMPO-Avisma. Ova tržišta su namjerno isključena, rekao je Carl Moulton, predsjednik nove kompanije, jer namjeravamo da od nove kompanije napravimo vodećeg dobavljača u industrijama koje koriste dijelove i podsklopove od titanijuma, prvenstveno petrohemiju i proizvodnju električne energije. Osim toga, namjeravamo se aktivno plasirati na tržište u oblastima uređaja za desalinizaciju, vozila, potrošačkih proizvoda i elektronike. Vjerujem da se naši proizvodni pogoni dobro nadopunjuju - VSMPO ima izvanredne mogućnosti za proizvodnju krajnjih proizvoda, Allegheny ima odličnu tradiciju u proizvodnji hladno i toplo titan valjanih proizvoda. Očekuje se da će UNITI-jev udio na globalnom tržištu proizvoda od titanijuma iznositi 45 miliona funti, otprilike 20.411 tona. Tržište medicinske opreme može se smatrati tržištem u stalnom razvoju - prema britanskoj Titanium International Group, godišnji sadržaj titana širom svijeta u raznim implantatima i protezama je oko 1000 tona, a ova brojka će se povećavati, kako se povećavaju mogućnosti operacije zamjene ljudski zglobovi nakon nezgoda ili povreda. Pored očiglednih prednosti fleksibilnosti, snage, lakoće, titanijum je veoma kompatibilan sa telom u biološkom smislu zbog odsustva korozije za tkiva i tečnosti u ljudsko tijelo. U stomatologiji je upotreba proteza i implantata također u vrtoglavom porastu - tri puta u posljednjih deset godina, prema Američkom udruženju stomatologije, uglavnom zbog karakteristika titana. Iako upotreba titanijuma u arhitekturi datira više od 25 godina, njegova široka upotreba u ovoj oblasti počela je tek godine. poslednjih godina. Proširenje aerodroma Abu Dabi u UAE, planirano za završetak 2006. godine, koristit će do 1,5 miliona funti od približno 680 tona titanijuma. Planirano je da se realizuje dosta različitih arhitektonskih i građevinskih projekata koji koriste titanijum ne samo u razvijenim zemljama SAD, Kanade, Velike Britanije, Nemačke, Švajcarske, Belgije, Singapura, već iu Egiptu i Peruu.
Tržišni segment robe široke potrošnje trenutno je najbrže rastući segment tržišta titanijuma. Dok je prije 10 godina ovaj segment bio samo 1-2 na tržištu titanijuma, danas je narastao na 8-10 tržišta. Sveukupno, potrošnja titana u industriji široke potrošnje rasla je otprilike dvostruko brže od cjelokupnog tržišta titana. Upotreba titana u sportu je najduža i drži najveći udio u upotrebi titana u proizvodima široke potrošnje. Razlog popularnosti titana u sportskoj opremi je jednostavan - omogućava vam da dobijete omjer težine i snage superiorniji od bilo kojeg drugog metala. Upotreba titanijuma u biciklima počela je prije otprilike 25-30 godina i bila je prva upotreba titana u sportskoj opremi. Uglavnom se koriste cijevi od legure Ti3Al-2.5V ASTM razreda 9. Ostali dijelovi napravljeni od legura titanijuma uključuju kočnice, lančanike i opruge sedišta. Upotreba titanijuma u proizvodnji palica za golf prvi put je počela kasnih 80-ih i ranih 90-ih od strane proizvođača palica u Japanu. Prije 1994-1995, ova primjena titanijuma je bila praktički nepoznata u SAD-u i Evropi. To se promijenilo kada je Callaway predstavio svoj Ruger Titanium titanijumski štap, nazvan Great Big Bertha. Zbog očiglednih prednosti i dobro osmišljenog marketinga iz Callawaya, titanijumski štapići postali su hit. U kratkom vremenskom periodu, palice od titanijuma su od ekskluzivne i skupe opreme male grupe igrača golfa postale široko korištene od strane većine golfera, dok su i dalje skuplje od čeličnih palica. Želio bih da navedem glavne, po mom mišljenju, trendove u razvoju tržišta golfa koje je u kratkom periodu od 4-5 godina prešlo od high-tech do masovne proizvodnje, prateći put drugih industrija sa visokim troškovima rada kao što je proizvodnja odeće, igračaka i potrošačke elektronike, proizvodnja palica za golf otišla je u zemlje sa najjeftinijom radnom snagom prvo u Tajvan, zatim u Kinu, a sada se grade fabrike u zemljama sa još jeftinijom radnom snagom, kao što su Vijetnam i Tajland , titan se definitivno koristi za vozače, gdje njegovi vrhunski kvaliteti daju jasnu prednost i opravdavaju veću cijenu. Međutim, titan još nije naišao na veliku upotrebu na kasnijim klubovima, jer značajno povećanje troškova nije praćeno odgovarajućim poboljšanjem igre. Trenutno se drajveri uglavnom proizvode sa kovanom udarnom površinom, kovanim ili livenim vrhom i livenom Nedavno je Profesionalna golf asocijacija ROA dozvolila povećanje gornje granice takozvanog povratnog faktora, u vezi sa čim će svi proizvođači klubova pokušati povećati opružna svojstva udarne površine. Da biste to učinili, potrebno je smanjiti debljinu udarne površine i za to koristiti jače legure, kao što su SP700, 15-3-3-3 i VT-23. Sada se fokusirajmo na upotrebu titanijuma i njegovih legura na drugoj sportskoj opremi. Cijevi za trkaće bicikle i ostali dijelovi napravljeni su od legure Ti3Al-2.5V ASTM razreda 9. Iznenađujuće značajna količina titanijumske ploče koristi se u proizvodnji noževa za ronjenje. Većina proizvođača koristi leguru Ti6Al-4V, ali ova legura ne pruža izdržljivost ivica oštrice kao druge jače legure. Neki proizvođači prelaze na korištenje legure BT23.
Maloprodajna cijena noževa od titanijuma je otprilike 70-80 dolara. Potkove od livenog titanijuma obezbeđuju značajno smanjenje težine u poređenju sa čelikom, a istovremeno pružaju potrebnu čvrstoću. Nažalost, ova upotreba titana nije se ostvarila jer su titanijumske potkove svjetlucale i plašile konje. Malo tko će pristati koristiti potkove od titana nakon prvih neuspješnih eksperimenata. Titanium Beach, sa sjedištem u Newport Beachu, Kalifornija, Newport Beach, Kalifornija, razvila je oštrice klizaljki od legure Ti6Al-4V. Nažalost, i ovdje je problem izdržljivost ruba oštrica. Mislim da ovaj proizvod ima šansu da živi ako proizvođači koriste jače legure poput 15-3-3-3 ili BT-23. Titanijum se veoma široko koristi u planinarenju i planinarenju, za skoro sve predmete koje penjači i planinari nose u svojim ruksacima, boce, šolje maloprodajne cene 20-30 dolara, maloprodajne cene setova za kuvanje oko 50 dolara, posuđe uglavnom napravljeno od komercijalno čistog titanijuma 1 i 2. Drugi primjeri opreme za penjanje i planinarenje su kompaktne peći, nosači i nosači za šatore, cepine i vijci za led. Proizvođači oružja su nedavno počeli proizvoditi pištolje od titanijuma za sportsko streljaštvo i za primjenu zakona.
Potrošačka elektronika je prilično novo i brzo rastuće tržište za titanijum. U mnogim slučajevima, upotreba titana u potrošačkoj elektronici nije samo zbog njegovih odličnih svojstava, već i zbog atraktivnog izgleda proizvoda. Komercijalno čisti titanijum 1. razreda koristi se za izradu kućišta za laptopove, mobilni telefoni, plazma televizore sa ravnim ekranom i drugu elektronsku opremu. Upotreba titanijuma u konstrukciji zvučnika daje bolja akustička svojstva zbog toga što je titanijum lakši od čelika što rezultira povećanom akustičnom osetljivošću. Titanijumski satovi, koje su na tržište prvi predstavili japanski proizvođači, danas su jedan od najpristupačnijih i najpriznatijih proizvoda od titanijuma za potrošače. Svjetska potrošnja titana u proizvodnji tradicionalnog i takozvanog nosivog nakita mjeri se u nekoliko desetina tona. Sve češće možete vidjeti vjenčano prstenje od titanijuma, a naravno, ljudi koji nose nakit na tijelu jednostavno su obavezni da koriste titanijum. Titanijum se široko koristi u proizvodnji brodskih spojnih elemenata i fitinga, gde je kombinacija visoke otpornosti na koroziju i čvrstoće veoma važna. Atlas Ti sa sjedištem u Los Angelesu proizvodi široku paletu ovih proizvoda od VTZ-1 legure. Upotreba titanijuma u proizvodnji alata prvi put je počela u Sovjetskom Savezu ranih 80-ih, kada su, po nalogu vlade, napravljeni laki i praktični alati za olakšavanje rada radnika. Sovjetski gigant proizvodnje titanijuma, Verkhne-Saldinskoye proizvodno udruženje za preradu metala, u to je vreme proizvodilo titanijumske lopate, alate za izvlačenje eksera, nosače, sekire i ključeve.
Kasnije su japanski i američki proizvođači alata počeli koristiti titan u svojim proizvodima. Ne tako davno VSMPO je potpisao ugovor sa Boeingom za isporuku titanijumskih ploča. Ovaj ugovor je nesumnjivo veoma blagotvorno uticao na razvoj proizvodnje titana u Rusiji. Titanijum se već dugi niz godina široko koristi u medicini. Prednosti su čvrstoća, otpornost na koroziju, a što je najvažnije, neki ljudi su alergični na nikal, bitnu komponentu nerđajućeg čelika, dok niko nije alergičan na titan. Korištene legure su komercijalno čisti titanij i Ti6-4Eli. Titanijum se koristi u proizvodnji hirurških instrumenata, unutrašnjih i spoljašnjih proteza, uključujući i one kritične kao što je srčani zalistak. Štake i invalidska kolica su napravljeni od titanijuma. Upotreba titanijuma u umetnosti datira od 1967. godine, kada je u Moskvi podignut prvi spomenik od titanijuma.
Trenutno je na gotovo svim kontinentima podignut značajan broj spomenika i zgrada od titanijuma, uključujući i one poznate poput Gugenhajmovog muzeja, koji je sagradio arhitekt Frank Gehry u Bilbau. Materijal je vrlo popularan među ljudima umjetnosti zbog svoje boje, izgled, čvrstoća i otpornost na koroziju. Iz tih razloga, titan se koristi u suvenirima i galanteriji bižuterije, gdje se uspješno takmiči s plemenitim metalima poput srebra, pa čak i zlata. . Kako ističe Martin Proko iz RTi-a, u SAD prosječna cijena titanijumski sunđer je 3,80 po funti, u Rusiji 3,20 po funti. Osim toga, cijena metala u velikoj mjeri ovisi o cikličnosti komercijalne zrakoplovne industrije. Razvoj mnogih projekata mogao bi se dramatično ubrzati ako se pronađu načini za smanjenje troškova proizvodnje i prerade titana, prerade otpada i tehnologija topljenja, rekao je Markus Holz, generalni direktor njemačkog Deutshe Titana. British Titanium se slaže da širenje proizvoda od titanijuma koče visoki troškovi proizvodnje i da je potrebno napraviti mnoga poboljšanja da bi se titanijum mogao masovno proizvoditi. moderne tehnologije.
Jedan od koraka u tom pravcu je razvoj tzv. FFC procesa, koji je novi elektrolitički proces za proizvodnju metalnog titana i legura, čija je cijena znatno niža. Prema Danieleu Stoppoliniju, cjelokupna strategija u industriji titana zahtijeva razvoj najpogodnijih legura, proizvodnu tehnologiju za svako novo tržište i primjenu titanijuma.
Izvori
Wikipedia - Besplatna enciklopedija, WikiPedia
metotech.ru - Metotehnika
housetop.com - House Top
atomsteel.com – Atom tehnologija
domremstroy.ru - DomRemStroy
Element 22 (engleski Titanium, francuski Titane, njemački Titan) otkriven je krajem 18. stoljeća, kada je potraga i analiza novih minerala koji još nisu opisani u literaturi privukli ne samo hemičare i mineraloge, već i naučnike amatere. Jedan takav hobista, engleski svećenik Gregor, pronašao je crni pijesak pomiješan sa sitnim, prljavo bijelim pijeskom u svojoj župi u dolini Menachan u Cornwallu. Gregor je rastvorio uzorak peska u hlorovodoničkoj kiselini; istovremeno je 46% gvožđa otpušteno iz peska. Gregor je ostatak uzorka rastvorio u sumpornoj kiselini, a gotovo sva supstanca je otišla u rastvor, sa izuzetkom 3,5% silicijum dioksida. Nakon isparavanja otopine sumporne kiseline, ostao je bijeli prah u količini od 46% uzorka. Gregor je smatrao da je to posebna vrsta vapna, rastvorljivog u višku kiseline i istaloženog kaustičnom potašom. Nastavljajući proučavanje praha, Gregor je došao do zaključka da se radi o kombinaciji željeza s nekim nepoznatim metalom. Nakon konsultacija sa svojim prijateljem, mineralogom Hawkinsom, Gregor je 1791. objavio rezultate svog rada, predlažući da se novi metal nazove Menachine po dolini u kojoj je pronađen crni pijesak. Prema tome, originalni mineral je nazvan menakonit. Klaprot se upoznao sa Gregorovom porukom i, nezavisno od njega, počeo da analizira mineral, u to vreme poznat kao "crveni mađarski schorl" (rutil). Ubrzo je uspio iz minerala izolirati oksid nepoznatog metala, koji je nazvao titanijum (Titan) po analogiji s titanima - drevnim mitskim stanovnicima zemlje. Klaproth je namjerno odabrao mitološko ime za razliku od imena elemenata prema njihovim svojstvima, kao što su predložili Lavoisier i Komisija za nomenklaturu Pariške akademije nauka, a što je dovelo do ozbiljnih nesporazuma. Sumnjajući da su Gregorov menahin i titanijum isti element, Klaprot je napravio komparativnu analizu menakonita i rutila i utvrdio identitet oba elementa. u Rusiji krajem 19. veka. titan je izolovan iz ilmenita i detaljno ga je proučavao sa hemijske strane T.E. Lovits; međutim, primijetio je neke greške u Klaprothovim definicijama. Elektrolitički čisti titanijum je 1895. dobio Moissan. U ruskoj književnosti početka 19. veka. titan se ponekad naziva i titanijum (Dvigubsky, 1824), a naziv titan se tamo pojavljuje pet godina kasnije.
Titanijum u obliku oksida (IV) otkrio je engleski mineralog amater W. Gregor 1791. godine u magnetskom željeznom pijesku grada Menakan (Engleska); 1795. godine, njemački hemičar M. G. Klaproth ustanovio je da je mineral rutil prirodni oksid istog metala, koji je nazvao "titanijum" [u grčka mitologija titani su djeca Urana (Neba) i Geje (Zemlje)]. Dugo vremena nije bilo moguće izolovati titanijum u čistom obliku; tek 1910. je američki naučnik M. A. Hunter dobio metalni titanijum zagrevanjem njegovog hlorida sa natrijumom u zatvorenoj čeličnoj bombi; metal koji je dobio bio je duktilan samo na povišenim temperaturama i krt na sobnoj temperaturi zbog visokog sadržaja nečistoća. Prilika za proučavanje svojstava čistog titanijuma pojavila se tek 1925. godine, kada su holandski naučnici A. Van Arkel i I. de Boer termičkom disocijacijom titanijum jodida dobili metalnu plastiku visoke čistoće na niskim temperaturama.
Rasprostranjenost titanijuma u prirodi. Titan je jedan od uobičajenih elemenata, njegov prosječni sadržaj u zemljinoj kori (klarka) iznosi 0,57% mase (među strukturnim metalima zauzima 4. mjesto po zastupljenosti, iza željeza, aluminija i magnezija). Najviše titana ima u osnovnim stijenama tzv. "bazaltne ljuske" (0,9%), manje u stijenama "granitne ljuske" (0,23%), a još manje u ultrabazičnim stijenama (0,03%) itd. U stijene, obogaćene titanom, spadaju pegmatiti osnovnih stijena, alkalne stijene, sijeniti i pripadajući pegmatiti i dr. Poznato je 67 minerala titanijuma, uglavnom magmatskog porekla; najvažniji su rutil i ilmenit.
Titanijum je uglavnom rasprostranjen u biosferi. U morskoj vodi sadrži 10-7%; Titan je slab migrant.
Fizička svojstva titanijuma. Titanijum postoji u obliku dve alotropske modifikacije: ispod temperature od 882,5 °C, α-forma sa heksagonalnom zbijenom rešetkom je stabilna (a = 2,951Å, c = 4,679Å), a iznad ove temperature, β -forma sa kubičnom telocentričnom rešetkom a = 3,269 Å. Nečistoće i dodaci mogu značajno promijeniti temperaturu α/β transformacije.
Gustina α-forme na 20°C je 4,505 g/cm 3 , a na 870°C 4,35 g/cm 3 ; β-oblici na 900°C 4,32 g/cm 3 ; atomski radijus Ti 1,46 Å, jonski radijusi Ti + 0,94 A, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Taljenje 1668°C, Tbp 3227°C; toplotna provodljivost u opsegu 20-25°C 22,065 W/(m K); temperaturni koeficijent linearnog širenja na 20°S 8,5·10 -6 , u opsegu 20-700°S 9,7·10 -6 ; toplotni kapacitet 0,523 kJ/(kg K); električna otpornost 42,1 10 -6 ohm cm na 20 °C; temperaturni koeficijent električnog otpora 0,0035 na 20 °C; ima superprovodljivost ispod 0,38 K. Titanijum je paramagnetičan, specifična magnetna osetljivost je 3,2·10 -6 na 20 °C. Vlačna čvrstoća 256 MN / m 2 (25,6 kgf / mm 2), relativno izduženje 72%, tvrdoća po Brinelu manja od 1000 MN / m 2 (100 kgf / mm 2). Modul normalne elastičnosti je 108.000 MN / m 2 (10.800 kgf / mm 2). Kovanje metala visoke čistoće na normalnoj temperaturi.
Tehnički titan koji se koristi u industriji sadrži nečistoće kiseonika, azota, gvožđa, silicijuma i ugljenika, koje povećavaju njegovu čvrstoću, smanjuju duktilnost i utiču na temperaturu polimorfne transformacije koja se dešava u rasponu od 865-920 °C. Za tehničke vrste titana VT1-00 i VT1-0 gustina je oko 4,32 g/cm 3 , zatezna čvrstoća 300-550 MN/m 2 (30-55 kgf/mm 2), relativno izduženje ne manje od 25%, tvrdoća po Brinellu 1150 - 1650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Eksterna konfiguracija elektronska školjka atom Ti 3d 2 4s 2 .
Hemijska svojstva titanijuma.Čisti titanijum je hemijski aktivan prelazni element, u jedinjenjima ima oksidaciona stanja od +4, ređe +3 i +2. Na uobičajenim temperaturama i do 500-550 ° C, otporan je na koroziju, što se objašnjava prisutnošću tankog, ali snažnog oksidnog filma na njegovoj površini.
Primjetno stupa u interakciju s atmosferskim kisikom na temperaturama iznad 600 ° C sa stvaranjem TiO 2. Tanke titanijumske strugotine sa nedovoljnim podmazivanjem mogu se zapaliti tokom obrade. Uz dovoljnu koncentraciju kisika u okolini i oštećenje oksidnog filma udarom ili trenjem, moguće je da se metal zapali na sobnoj temperaturi iu relativno velikim komadima.
Oksidni film ne štiti titanij u tekućem stanju od daljnje interakcije s kisikom (za razliku od, na primjer, aluminija), te se stoga njegovo topljenje i zavarivanje mora obaviti u vakuumu, u atmosferi neutralnog plina ili pod vodom. Titanijum ima sposobnost da apsorbuje atmosferske gasove i vodonik, formirajući lomljive legure neprikladne za praktičnu upotrebu; u prisustvu aktivirane površine, apsorpcija vodonika se javlja čak i na sobnoj temperaturi niskom brzinom, koja se značajno povećava na 400 °C i više. Rastvorljivost vodika u titanijumu je reverzibilna i ovaj gas se može skoro potpuno ukloniti vakuumskim žarenjem. Titanijum reaguje sa azotom na temperaturama iznad 700 °C i dobijaju se nitridi tipa TiN; u obliku finog praha ili žice, titanijum može sagoreti u atmosferi azota. Brzina difuzije dušika i kisika u Titanu je mnogo niža od one u vodiku. Sloj dobiven kao rezultat interakcije s ovim plinovima karakterizira povećana tvrdoća i krtost i mora se ukloniti s površine proizvoda od titana jetkanjem ili strojnom obradom. Titanijum snažno reaguje sa suvim halogenima i stabilan je u odnosu na vlažne halogene, jer vlaga igra ulogu inhibitora.
Metal je stabilan u azotnoj kiselini svih koncentracija (s izuzetkom crvenog dima, koje izaziva koroziono pucanje titana, a reakcija ponekad teče i eksplozijom), u slabim rastvorima sumporne kiseline (do 5% masenog udjela). Hlorovodonična, fluorovodična, koncentrisana sumporna, kao i vruće organske kiseline: oksalna, mravlja i trihloroctena kiselina reaguju sa titanom.
Titanijum je otporan na koroziju u atmosferskom vazduhu, morskoj vodi i morskoj atmosferi, u vlažnom hloru, hlornoj vodi, toplim i hladnim rastvorima hlorida, u raznim tehnološkim rešenjima i reagensima koji se koriste u hemijskoj, naftnoj, papirnoj i drugim industrijama, kao i u hidrometalurgija. Titanijum formira metalu slična jedinjenja sa C, B, Se, Si, koja se odlikuju vatrostalnošću i velikom tvrdoćom. TiC karbid (taljenje t 3140 °C) se dobija zagrevanjem mešavine TiO 2 sa čađom na 1900-2000 °C u atmosferi vodonika; nitrida TiN (t pl 2950 °C) - zagrijavanjem titanovog praha u dušiku na temperaturi iznad 700 °C. Poznati su silicidi TiSi 2 , TiSi i boridi TiB, Ti 2 B 5 , TiB 2. Na temperaturi od 400-600 °C, titanijum apsorbuje vodonik sa formiranjem čvrstih rastvora i hidrida (TiH, TiH 2). Kada je TiO 2 fuzionisan sa alkalijama, titanove kisele soli meta- i ortotitanata (na primjer, Na 2 TiO 3 i Na 4 TiO 4), kao i polititanata (na primjer, Na 2 Ti 2 O 5 i Na 2 Ti 3 O 7) se formiraju. Titanati uključuju najvažnije minerale titana, na primjer, ilmenit FeTiO 3 , perovskit CaTiO 3 . Svi titanati su slabo rastvorljivi u vodi. Titanijum (IV) oksid, titanske kiseline (precipitati) i titanati se rastvaraju u sumpornoj kiselini da bi se formirali rastvori koji sadrže titanil sulfat TiOSO 4 . Kada se rastvori razblaže i zagreju, kao rezultat hidrolize taloži se H 2 TiO 3 iz koje se dobija titan (IV) oksid. Kada se vodikov peroksid dodaje kiselim rastvorima koji sadrže Ti (IV) spojeve, nastaju peroksidne (pertitanske) kiseline sastava H 4 TiO 5 i H 4 TiO 8 i njihove odgovarajuće soli; ova jedinjenja su obojena žuto ili narandžasto-crveno (u zavisnosti od koncentracije titana), što se koristi za analitičko određivanje titana.
Dobivanje Titana. Najčešća metoda za dobijanje metalnog titana je magnezijum-termalna metoda, odnosno redukcija titan tetrahlorida metalnim magnezijumom (ređe natrijum):
TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2.
U oba slučaja, rude titan oksida - rutil, ilmenit i druge - služe kao početna sirovina. U slučaju ruda tipa ilmenita, titanijum u obliku šljake se odvaja od željeza topljenjem u električnim pećima. Zgura (kao i rutil) se podvrgava kloriranju u prisustvu ugljika kako bi se formirao titan tetrahlorid, koji nakon pročišćavanja ulazi u reaktor za redukciju u neutralnoj atmosferi.
Titan se ovim postupkom dobiva u spužvastom obliku i nakon mljevenja se pretopi u vakum-lučnim pećima u ingote uz uvođenje legirajućih aditiva, ako je legura potrebna. Magnezijska termalna metoda vam omogućava da napravite veliki industrijska proizvodnja Titanijum sa zatvorenim tehnološkim ciklusom, budući da se nusproizvod koji nastaje tokom redukcije - magnezijum hlorid šalje na elektrolizu za dobijanje magnezijuma i hlora.
U velikom broju slučajeva je korisno koristiti metode metalurgije praha za proizvodnju predmeta od titanijuma i njegovih legura. Za dobivanje posebno finih prahova (na primjer, za radio elektroniku), može se koristiti redukcija titan (IV) oksida kalcijum hidridom.
Primjena titanijuma. Glavne prednosti titana u odnosu na druge konstrukcijske metale: kombinacija lakoće, čvrstoće i otpornosti na koroziju. Legure titana u apsolutnoj, a još više specifičnoj čvrstoći (tj. čvrstoći u odnosu na gustinu) nadmašuju većinu legura na bazi drugih metala (na primjer, željeza ili nikla) na temperaturama od -250 do 550 °C, a korozivne su uporedive do legura plemenitih metala. Međutim, kao samostalan konstrukcijski materijal, titan se počeo koristiti tek 50-ih godina 20. stoljeća zbog velikih tehničkih poteškoća njegovog vađenja iz ruda i prerade (zbog toga je titan uvjetno klasifikovan kao rijedak metal). Najveći dio Titanijuma troši se na potrebe avijacije i raketne tehnike i brodogradnje. Legure titanijuma sa gvožđem, poznate kao "ferotitanijum" (20-50% titanijuma), u metalurgiji visokokvalitetnih čelika i specijalnih legura služe kao aditiv za legiranje i deoksidans.
Tehnički titanijum se koristi za proizvodnju rezervoara, hemijskih reaktora, cjevovoda, fitinga, pumpi i drugih proizvoda koji rade u agresivnim sredinama, na primjer, u hemijskom inženjerstvu. Oprema od titana se koristi u hidrometalurgiji obojenih metala. Koristi se za pokrivanje čeličnih proizvoda. Upotreba titanijuma u mnogim slučajevima daje veliki tehnički i ekonomski efekat, ne samo zbog produženja veka trajanja opreme, već i zbog mogućnosti intenziviranja procesa (kao, na primer, u hidrometalurgiji nikla). Biološka sigurnost titanijuma čini ga odličnim materijalom za proizvodnju opreme za prehrambenu industriju i rekonstruktivnu hirurgiju. U uslovima duboke hladnoće, čvrstoća titanijuma se povećava uz održavanje dobre duktilnosti, što ga omogućava da se koristi kao konstrukcijski materijal za kriogenu tehnologiju. Titan je pogodan za poliranje, eloksiranje u boji i druge metode završne obrade površina, te se stoga koristi za izradu različitih umjetničkih proizvoda, uključujući monumentalnu skulpturu. Primjer je spomenik u Moskvi, podignut u čast lansiranja prvog vještački satelit Zemlja. Od titanovih spojeva, oksidi, halogenidi, kao i silicidi koji se koriste u visokotemperaturnoj tehnologiji su od praktične važnosti; boridi i njihove legure koji se koriste kao moderatori u nuklearnim elektranama zbog svoje netopivosti i velikog presjeka hvatanja neutrona. Titanov karbid, koji ima visoku tvrdoću, dio je alatnih tvrdih legura koje se koriste za proizvodnju reznih alata i kao abrazivni materijal.
Titanijum oksid (IV) i barijum titanat služe kao osnova za titanijumsku keramiku, a barijum titanat je najvažniji feroelektrik.
Titanijum u telu. Titan je stalno prisutan u tkivima biljaka i životinja. U kopnenim biljkama njegova koncentracija je oko 10 -4%, u morskim biljkama - od 1,2 10 -3 do 8 10 -2%, u tkivima kopnenih životinja - manje od 2 10 -4%, morskim - od 2 10 - 4 do 2 10 -2%. Akumulira se kod kralježnjaka uglavnom u rožnatim formacijama, slezeni, nadbubrežnim žlijezdama, štitnoj žlijezdi, posteljici; slabo se apsorbira iz gastrointestinalnog trakta. Kod ljudi, dnevni unos titana hranom i vodom iznosi 0,85 mg; izlučuje se urinom i izmetom (0,33 i 0,52 mg, respektivno).
ravan stomak za nedelju dana ravan stomak za nedelju dana za devojčice
Znakovi i simptomi nedostatka joda kod žena i muškaraca
Crvena knjiga Republike Udmurt - ugrožene vrste životinja Fauna Udmurtije
Tehnologija ravnog krova i savjeti Kako pokriti ravan krov
Kako prevariti svoju ženu