Металл Профиль: титановые свойства и характеристики

Титан - сильный и легкий огнеупорный металл. Сплавы титана имеют решающее значение для аэрокосмической промышленности, но из-за их многочисленных уникальных свойств также используются в медицинских, химических и военных целях, а также в спортивных товарах.

Свойства:

• Атомный символ: Ti
• Атомный номер: 22
• Элемент Категория: Переходный металл
• Плотность: 4. 506 / см3
• Точка плавления: 3034 ° F (1668 ° C )
• Точка кипения: 5949 ° F (3287 ° C)

• Твердость Моха: 6

Характеристики:

Сплавы, содержащие титан, известны своей высокой прочностью, малым весом и исключительной коррозионной стойкостью.

Несмотря на то, что он имеет такую ​​же сильную сталь, как титан, он на 40% легче по весу, что, наряду с его устойчивостью к кавитации и эрозии, делает его неотъемлемым структурным металлом для инженеров аэрокосмической промышленности.

Титан также обладает стойкостью к коррозии как водой, так и химическими средами. Он делает это, образуя на своей поверхности тонкий слой двуокиси титана (TiO2), который чрезвычайно затрудняет проникновение этих материалов.

Наличие низкого модуля упругости означает, что титан также не очень гибкий, но после изгиба возвращается к своей первоначальной форме, что приводит к его важности для формирования сплавов памяти.

Титан немагнитный и биосовместимый (нетоксичный, неаллергенный), что привело к его все более широкому использованию в медицинской области.

История:

Использование титанового металла в любой форме, действительно развитой после Второй мировой войны.

Фактически, титан не был изолирован как металл, пока американский химик Мэтью Хантер не произвел его путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl4) натрием в 1910 году; Метод, который теперь известен как процесс Хантера.

Коммерческое производство, однако, не наступило до тех пор, пока Уильям Джастин Кролл не продемонстрировал, что титан также может быть уменьшен из хлорида с использованием магния в 1930-х годах.

Процесс Kroll остается самым важным коммерческим методом производства по сей день.

После того, как был разработан экономически эффективный метод производства, первым основным титаном было использование в военных самолетах. Как советские, так и американские военные самолеты и подводные лодки (например, советские подлодки Alfa и Mike Class, а также USA F100 Super Sabre и Lockheed A-12), спроектированные в 1950-х и 1960-х годах, начали использовать титановые сплавы. К началу 1960-х годов титановые сплавы стали использоваться и коммерческими авиастроителями.

Медицинское поле, особенно зубные имплантаты и протезирование, пробудилось к полезности титана после изучения шведского врача Пер-Ингвара Бранемарка, относящегося к 1950-м годам, показало, что титан не вызывает отрицательного иммунного ответа у людей, позволяя металлу интегрироваться в наши тела в процесс, который он назвал osseointegration .

Производство:

Хотя титан является четвертым наиболее распространенным металлическим элементом в земной коре (за алюминием, железом и магнием), производство титанового металла чрезвычайно чувствительно к загрязнению, особенно кислородом, что объясняется его сравнительно недавним развития и высокой стоимости.

Основными рудами, используемыми в первичной продукции титана, являются ильменит, на долю которого приходится около 90% производства, и рутил, на долю которого приходится оставшиеся 10%.

В 2010 году было произведено около 6,3 млн. Тонн титанового минерального концентрата, хотя лишь незначительная часть (около 5%) титанового концентрата, получаемого каждый год, в конечном итоге заканчивается металлическим титаном. Вместо этого большинство используется в производстве диоксида титана (TiO2), отбеливающего пигмента, используемого в красках, пищевых продуктах, лекарствах и косметике.

На первом этапе процесса Кролла титановая руда измельчается и нагревается коксующимся углем в атмосфере хлора для получения тетрахлорида титана (TiCl4). Затем хлорид захватывают и направляют через конденсатор, который продуцирует жидкий хлорид титана, который более 99% чист.

Четыреххлористый титан затем направляют непосредственно в сосуды, содержащие расплавленный магний. Чтобы избежать загрязнения кислородом, это делается инертным путем добавления аргона.

Во время последующей дистилляции, которая может занять несколько дней, сосуд нагревают до 1832 ° F (1000 ° C). Магний реагирует с хлоридом титана, отгоняет хлорид и образует элементный титан и хлорид магния.

Волокнистый титан, который образуется в результате, называется титановой губкой. Для получения титановых сплавов и высокочистых титановых слитков титановая губка может быть расплавлена ​​различными легирующими элементами с использованием электронного пучка, плазменной дуги или вакуумно-дуговой плавки.

В надежде сократить издержки на извлечение титана продолжают активно изучаться электролитические и другие процессы производства титанового металла.

В силу своего стратегического характера статистика производства металлического титана может быть затруднена. Однако, по оценкам, общий объем производства титановой губки в мире в 2010 году составил около 150 000 тонн. Крупнейшими странами-производителями являются Китай, Япония, Россия, Казахстан и США. Крупными производителями титановой губки являются ВСМПО (Россия), Titanium Metals Corp. (США), RTI Intl. (США), Фушун Цзиньминская титановая промышленность (Китай), Лоян Санруи Уэйи Титани Ко. (Китай) и Осака Титановая технологическая компания (Япония).

Применения:

Титановые металлические сплавы в основном используются в следующих отраслях:

• Aerospace
• Военные
• Медицинские
• Химические
• Спортивные товары

В течение последних нескольких десятилетий самолеты производители все чаще обращаются к титану как к основному структурному компоненту. Из первых применений в начале 1960-х годов средний уровень содержания титана в коммерческих авиакомпаниях Boeing увеличился с примерно 2% от массы тела до примерно 15%. Подробнее …

Источники:

Видео TIMET: процесс Кролла.Доступен на веб-сайте Международной ассоциации титанов: // www. титана. org
Геологическая служба США: титан. // минералы. USGS. gov / минералы / пабы / товар / титан /
Вулкан, Том. 2010. Титан: Металл богов . Hardassetinvestor. ком.

Следуйте за Теренцией в Google+