Titāna īpašības un pielietojums

Titāns ir 22. elements periodiskajā tabulā un devītais visizplatītākais elements, kā arī ceturtais visbiežāk sastopamais metāla elements zemes garozā. Minerāli, kuros tas sastopams, sastopami aluviālos un vulkāniskajos veidojumos, un nogulsnes parasti satur no 2 līdz 12% smago minerālu, piemēram, ilmenītu, rutilu, leukoksēnu, cirkonu un citus, starp kuriem divi galvenie minerāli ir rutils un ilmenīts. satur titānu, kas veido 24% no zemes garozas. Tomēr dabā tas notiek tikai ķīmiskās kombinācijās; visizplatītākie ir skābeklis un dzelzs. Ķīnā vispirms ir titāna rezerves-vanādija titāna-magnetīts Panzhihua, Sičuaņā, ir pieejams neuzkrītošā daudzumā (aptuveni 1,5 miljardi tonnu, kas veido 97% no Ķīnas pierādītajām rezervēm).

Titāns ir sava veida spēcīgs metāls ar zemu blīvumu, kas ir diezgan elastīgs (īpaši vidē, kurā nav skābekļa), spīdīgs un metāliski baltā krāsā. Tam ir daudz unikālu īpašību.

Fiziskās īpašības

Spēka un svara attiecība. Dotā materiāla izturības un svara attiecība ir materiāla izturība, dalīta ar materiāla masu (parasti saukta arī par svaru uz planētas Zeme). Precīzāk, īpatnējā stiprība ir materiāla izturība, dalīta ar tā blīvumu. Un titāns ir atzīts par augstu izturības un svara attiecību. Šis metāls ir tikpat stiprs kā tērauds un par 45% vieglāks, bet, lai gan tas ir divreiz spēcīgāks par alumīniju, tas ir par 60% smagāks. Šī attiecība padara to ideāli piemērotu aviācijai un citiem lietojumiem

Slikts siltuma un elektrības vadītājs. Titāna kušanas temperatūra ir 3034 ° F vai 1668 ° C. Salīdzinoši augstā kušanas temperatūra padara to noderīgu kā ugunsizturīgu metālu. Turklāt, salīdzinot ar citiem metāliem, titāns ir paramagnētisks un labi pārnes siltumu. Tam ir arī diezgan zema elektriskā un siltuma vadītspēja. Tātad tā izmērs ļoti maz mainās ekstremālās temperatūras izmaiņās. Tomēr titāns ir supravadošs, ja tas ir atdzisis zem kritiskās temperatūras 0,49 K.

Stiepes izturība. Titāna maksimālā stiepes izturība ir aptuveni 434 MPa (63 000 psi), kas ir vienāda ar parastajiem, zemas kvalitātes tērauda sakausējumiem.

Blīvums. Titāna blīvums ir 4,5 grami uz cm3, daudz mazāks nekā dzelzs - tādēļ titāna sakausējumi ir tik nozīmīgi kosmosa rūpniecībā.

Noguruma spēks. Saukts arī par izturības spēku, noguruma spēks attiecas uz vislielāko spriedzi, ko materiāls var izturēt noteiktu ciklu skaitu, nesalaužot. Titāna sakausējumam ir ļoti augsts cikla noguruma spēks, sasniedzot 106-107 ciklus.

Ķīmiskās īpašības

Izturība pret koroziju. Titānam ir augsta pasivitāte (pasivitāte ir elektroķīmiskās reaktivitātes zudums, tādējādi samazinot metāla korozijas ātrumu); tāpēc tam piemīt augsts korozijas izturības līmenis pret lielāko daļu minerālskābju un hlorīdu. Titāna metāla un tā sakausējumu virsma, nonākot gaisā, tūlīt oksidējas, veidojot plānu neporainu pasivācijas slāni, kas aizsargā beramo metālu no turpmākas oksidēšanās vai korozijas.

Toksicitāte. Tas ir arī netoksisks un bioloģiski saderīgs ar cilvēka audiem un kauliem, padarot to par ideālu materiālu medicīnisko implantu izstrādājumiem.

Izturība pret skābēm. Titāns spēj izturēt uzbrukumu, ko rada atšķaidītas sērskābes un sālsskābes, hlorīda šķīdumi un vairums organisko skābju. Tomēr titānu korozē koncentrētas skābes.

Šīs unikālās titāna īpašības padara to par ideālu metālu plašam lietojumu klāstam.

Aviācija un kosmoss

Titāns tiek uzskatīts par "kosmosa metālu". Ir teikts, ka līdz 2006. gadam 73% titāna metāla ASV joprojām tika izmantoti aviācijas un kosmosa būvniecībai. Kā jau minēts iepriekš, titāns ir tikpat stiprs kā tērauds, bet par 45% vieglāks, un to raksturo ļoti augsta stiepes izturība pat augstā temperatūrā, augsta izturība pret koroziju un spēja izturēt ekstremālas temperatūras. Tāpēc titānu galvenokārt izmanto lidmašīnās, spēkstaciju caurulēs, bruņu apšuvumā, kosmosa kuģos un raķetēs. Piemēram, Boeing 777 maksimālais tukšais darba svars ir aptuveni 304000 mārciņas jeb 137,8 tonnas. No šī milzīgā svara 59 tonnas ir izgatavotas no titāna.

Jūras

Metāls šķīst koncentrētās skābēs, bet ne ūdenī. Ja jūs 4000 gadus iegremdētu titāna loksni jūras ūdenī, tam būtu tikai korozija līdz aptuveni tāda papīra biezuma dziļumam. Tāpēc titānu izmanto dzenskrūves vārpstas, takelāžas un siltummaiņu izgatavošanai atsāļošanas iekārtās; sildītāju dzesētāji sālsūdens akvārijiem, makšķerēšanas līnija un līderis, kā arī ūdenslīdēji' naži. Titāns tiek izmantots arī okeānu izvietoto zinātnes un militāro novērošanas un uzraudzības ierīču korpusos un sastāvdaļās.

Medicīnas

Titāns ir bioloģiski saderīgs ar cilvēka ķermeni, tas nozīmē, ka organisms nemēģina to noraidīt. Tam ir arī dabiska spēja integrēties ar ķermeņa kauliem, lai izveidotu pastāvīgu struktūru. Tas padara to noderīgu plašam