Свойства и применение титана

Титан является 22-м элементом в периодической таблице и девятым наиболее распространенным элементом, а также четвертым наиболее распространенным металлическим элементом в земной коре. Минералы, в которых он находится, встречаются в аллювиальных и вулканических формациях, и месторождения обычно содержат от 2 до 12% тяжелых минералов, таких как ильменит, рутил, лейкоксен, циркон и другие, среди которых рутил и ильменит являются двумя основными минералами, которые содержат титан, слагая 24% земной коры. Однако встречается в природе только в химических комбинациях; наиболее распространенными из них являются кислород и железо. Китай обладает первыми по размеру запасами титана – титаном-магнетитом ванадия в Паньчжихуа, Сычуань имеется в невнимательном количестве (около 1,5 млрд тонн, что составляет 97% доказанных запасов Китая).

Титан — это своего рода прочный металл с низкой плотностью, который довольно пластилен (особенно в бескислородной среде), блестящий и металлико-белого цвета. Он обладает многими уникальными свойствами.

Физические свойства

Соотношение прочности к весу. Отношение прочности к весу данного материала - это прочность материала, деленная на массу (также обычно называемую весом на планете Земля) материала. Если быть более точным, удельная прочность — это прочность материала, деленная на его плотность. А титан признан за его высокое отношение прочности к весу. Этот металл такой же прочный, как сталь, и на 45% легче, но, хотя он в два раза прочнее алюминия, он на 60% тяжелее. Именно это соотношение делает его идеальным для аэрокосмической и других областей применения.

Плохой проводник тепла и электричества. Температура плавления титана составляет 3,034°F или 1,668°C. Относительно высокая температура плавления делает его полезным в качестве тугоплавких металлов. Кроме того, по сравнению с другими металлами, титан является парамагнитным и хорошо передает тепло. Он также имеет довольно низкую электрическую и теплопроводность. Поэтому его размер очень мало меняется при экстремальных изменениях температуры. Однако титан является сверхпроводящим при охлаждении ниже его критической температуры 0,49 К.

Прочность на растяжение. Титан имеет предел прочности на растяжение около 434 МПа (63 000 фунтов на кв. дюйм), равный силе обычных низкосортных стальных сплавов.

Плотность. Плотность титана составляет 4,5 грамма на см3, что намного меньше железа – именно поэтому титановые сплавы так важны в аэрокосмической промышленности.

Усталостная прочность. Также называемая прочностью на выносливость, усталостная прочность относится к самому высокому напряжению, которое материал может выдержать в течение заданного количества циклов без разрыва. Титановый сплав имеет очень высокую усталостную прочность, достигав 106-107 циклов.

Химические свойства

Коррозионная стойкость. Титан обладает высокой пассивностью (пассивность – это потеря электрохимической реакционной способности, тем самым снижая скорость коррозии металла); поэтому он демонстрирует высокий уровень коррозионной стойкости к большинству минеральных кислот и хлоридов. Поверхность титанового металла и его сплавов окисляется сразу после воздействия воздуха, образуя тонкий непористый пассивационный слой, который защищает объемный металл от дальнейшего окисления или коррозии.

Токсичность. Он также нетоксичен и биологически совместим с тканями и костью человека, что делает его идеальным материалом для медицинских имплантатов.

Кислотостойкость. Титан способен выдерживать атаку разбавленных серных и соляных кислот, растворов хлоридов и большинства органических кислот. Однако титан подвергается коррозии концентрированными кислотами.

Эти уникальные свойства титана делают его идеальным металлом для широкого спектра применений.

Аэрокосмический

Титан считается «аэрокосмическим металлом». Говорят, что к 2006 году 73% титанового металла в США все еще использовалось для аэрокосмического строительства. Как мы уже упоминали выше, титан так же прокрепок, как сталь, но на 45% легче и характеризуется очень высокой прочностью на растяжение даже при высоких температурах, высокой коррозионной стойкостью и способностью выдерживать экстремальные температуры. Поэтому титан в основном используется в самолетах, трубах для электростанций, бронетехнике, космических аппаратах и ракетах. Например, Boeing 777 имеет максимальный, пустой, рабочий вес примерно 304000 фунтов или 137,8 метрических тонн. Из этого огромного веса 59 метрических тонн построены из титана.

Морской

Металл растворим в концентрированных кислотах, но не в воде. Если бы вы погрузили лист титана в морскую воду на 4000 лет, он бы только коррозионно-нагружив до глубины около толщины листа копировального листа бумаги. Поэтому титан используется для изготовления гребных валов, такелажа и теплообменников в опреснительной установких; обогреватели-чиллеры для морских аквариумов, лески и вожака, а также дайверские ножи. Титан также используется в корпусах и компонентах устройств наблюдения и мониторинга, развернутых в океане, для науки и военных.

Медицинский

Титан биологически совместим с человеческим организмом, а это означает, что организм не пытается его отвергнуть. Он также обладает естественной способностью интегрироваться с костями в организме для создания постоянной структуры. Это делает его полезным для широкого