Titaniumegenskaper og egenskaper

Titanium er et sterkt og lett ildfast metall. Titanlegeringer er avgjørende for romfartsindustrien, mens de også brukes i medisinsk, kjemisk og militært utstyr, og sportsutstyr.

Aerospace applikasjoner regnskap for 80% av titanforbruket, mens 20% av metallet brukes i rustning, medisinsk utstyr og forbruksvarer.

• Atomisk symbol: Ti
• Atomnummer: 22
• Elementkategori: Overgangsmetall
• Tetthet: 4,506 / cm³
• Smeltepunkt: 1670 ° C (3038 ° F)
• Kokepunkt: 3287 ° C
• Mohs hardhet: 6

legeringer inneholder titan er kjent for sin høye styrke, lave vekt og eksepsjonelle korrosjonsbestandighet. Til tross for at han er så sterk som stål, titan er omtrent 40% lettere i vekt.

Dette sammen med sin motstand mot kavitasjon (raske trykkendringer, som forårsaker sjokkbølger, som kan svekke eller skade metall over tid) og erosjon, gjør det til et viktig strukturelt metall for romfart ingeniører.

Titan er også formidabel i sin motstand mot korrosjon av både vann og kjemiske medier. Denne motstanden er resultatet av et tynt lag titandioksid (TiO)

Titan har en lav elastisitetsmodul. Dette betyr at titan er veldig fleksibel, og kan komme tilbake til sin opprinnelige form etter bøyning. Minne legeringer (legeringer som kan deformeres når de er kalde, men som vil komme tilbake til sin opprinnelige form når de blir oppvarmet) er viktig for mange moderne applikasjoner.

Titan er ikke-magnetisk og biokompatibel (ikke-giftig, ikke-allergifremkallende), noe som har ført til økt bruk i det medisinske feltet.

Bruken av titanmetall, i alle former, utviklet seg egentlig bare etter andre verdenskrig. Faktisk ble titan ikke isolert som et metall før den amerikanske kjemikeren Matthew Hunter produserte det ved å redusere titantetraklorid (TiCl).₄) med natrium i 1910; en metode som nå er kjent som Hunter-prosessen.

Kommersiell produksjon kom imidlertid ikke før etter at William Justin Kroll viste at titan også kunne reduseres fra klorid ved bruk av magnesium på 1930-tallet. Kroll-prosessen er fortsatt den mest brukte kommersielle produksjonsmetoden til i dag.

Etter at en kostnadseffektiv produksjonsmetode ble utviklet, var titanens første hovedbruk i militære fly. Både sovjetiske og amerikanske militærfly og ubåter designet på 1950- og 1960-tallet begynte å benytte seg av titanlegeringer. På begynnelsen av 1960-tallet begynte titanlegeringer også å bli brukt av kommersielle flyprodusenter.

Det medisinske feltet, spesielt tannimplantater og protetikk, våknet til titan var nyttig etter den svenske legen Per-Ingvar Branemarks studier som dateres tilbake til 1950-tallet viste at titan utløser ingen negativ immunrespons hos mennesker, slik at metallet kan integreres i kroppene våre i en prosess han kalte osseointegrasjonen.

Selv om titan er det fjerde vanligste metallelementet i jordskorpen (bak aluminium, jern og magnesium), er produksjonen av titanmetall er ekstremt følsom for forurensning, spesielt av oksygen, noe som står for den relativt nylige utviklingen og høye koste.

De viktigste malmene som brukes i primærproduksjonen av titan er ilmenitt og rutil, som utgjør henholdsvis omtrent 90% og 10% av produksjonen.

Nærmere 10 millioner tonn titanmineralkonsentrat ble produsert i 2015, selv om bare en liten brøkdel (ca. 5%) av titankonsentrat produsert hvert år ender til slutt i titan metall. I stedet blir de fleste brukt i produksjonen av titandioksid (TiO₂), en bleking pigment brukes i maling, mat, medisiner og kosmetikk.

I det første trinnet i Kroll-prosessen blir titanmalm knust og oppvarmet med kokskull i en kloratmosfære for å produsere titantetraklorid (TiCl).₄). Kloridet blir deretter fanget og sendt gjennom en kondensator, som produserer en titankloridvæske som er mer 99% ren.

Titantetrakloridet blir deretter sendt direkte inn i kar som inneholder smeltet magnesium. For å unngå oksygenforurensning, blir dette inert gjennom tilsetning av argongass.

Under den påfølgende destillasjonsprosess, som kan ta et antall dager, blir fartøyet oppvarmet til 1000 ° C. Magnesiumet reagerer med titankloridet, stripper kloridet og produserer elementært titan og magnesiumklorid.

Det fibrøse titanet som produseres som et resultat blir referert til som titansvamp. For å produsere titanlegeringer og titan-blokker med høy renhet, kan titansvamp smeltes med forskjellige legeringselementer ved bruk av en elektronstråle, plasmabue eller vakuum-lysbue-smelting.