(!LANG:מאפייני מתכת טיטניום - תכונות, תכונות של יישום מתכת, איכויות חיוביות ושליליות. בנייה. תכונות טיטניום כמתכת בעלת עמידות מצוינת בפני קורוזיה

נצחי, מסתורי, קוסמי - כל אלה ורבים אחרים מוקצים לטיטניום במקורות שונים. ההיסטוריה של גילוי המתכת הזו לא הייתה טריוויאלית: במקביל, כמה מדענים עבדו על בידוד היסוד בצורתו הטהורה. תהליך הלימוד הפיזי, תכונות כימיותוהגדרת תחומי היישום שלה כיום. טיטניום היא מתכת העתיד, מקומה בחיי האדם טרם נקבע סופית, מה שנותן לחוקרים מודרניים מרחב עצום ליצירתיות ולמחקר מדעי.

מאפיין

היסוד הכימי מצוין בטבלה המחזורית של D.I. Mendeleev בסמל Ti. הוא ממוקם בתת-הקבוצה המשנית של קבוצה IV של התקופה הרביעית ויש לו מספר סידורי 22. טיטניום היא מתכת לבנה-כסף, קלה ועמידה. לתצורה האלקטרונית של אטום יש את המבנה הבא: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. בהתאם, לטיטניום יש מספר מצבי חמצון אפשריים: 2, 3, 4; בתרכובות היציבות ביותר, הוא ארבע-ערכי.

טיטניום - סגסוגת או מתכת?

שאלה זו מעניינת רבים. בשנת 1910, הכימאי האמריקני האנטר השיג את הטיטניום הטהור הראשון. המתכת הכילה רק 1% זיהומים, אך יחד עם זאת, התבררה כמותה כזניחה ולא אפשרה להמשיך ולחקור את תכונותיה. הפלסטיות של החומר המתקבל הושגה רק בהשפעת טמפרטורות גבוהות; בתנאים רגילים (טמפרטורת החדר), המדגם היה שביר מדי. למעשה, אלמנט זה לא עניין את המדענים, מכיוון שהסיכויים לשימוש בו נראו לא ודאיים מדי. הקושי להשיג ולמחקר הפחית עוד יותר את הפוטנציאל ליישומו. רק בשנת 1925, כימאים מהולנד I. de Boer ו-A. Van Arkel קיבלו מתכת טיטניום, שתכונותיה משכו את תשומת הלב של מהנדסים ומעצבים ברחבי העולם. ההיסטוריה של חקר יסוד זה מתחילה בשנת 1790, בדיוק בזמן הזה, במקביל, ללא תלות זה בזה, שני מדענים מגלים טיטניום כיסוד כימי. כל אחד מהם מקבל תרכובת (תחמוצת) של חומר, לא מצליח לבודד את המתכת בצורתה הטהורה. מגלה הטיטניום הוא הנזיר המינרלוג האנגלי ויליאם גרגור. בשטח הקהילה שלו, הממוקמת בחלק הדרום-מערבי של אנגליה, הצעירים המדען התחילחקר החול השחור של עמק מנקאן. התוצאה הייתה שחרור של גרגרים מבריקים, שהיו תרכובת טיטניום. במקביל, בגרמניה בודד הכימאי מרטין היינריך קלפרוט חומר חדש מהמינרל רוטיל. ב-1797 הוא גם הוכיח שאלמנטים שנפתחו במקביל דומים. טיטניום דו חמצני היה תעלומה עבור כימאים רבים במשך יותר ממאה שנה, ואפילו ברזליוס לא הצליח להשיג מתכת טהורה. הטכנולוגיות העדכניות ביותר של המאה ה-20 האיצו באופן משמעותי את תהליך לימוד האלמנט הנזכר וקבעו את הכיוונים הראשוניים לשימוש בו. במקביל, היקף היישום מתרחב כל הזמן. רק המורכבות של תהליך השגת חומר כזה כמו טיטניום טהור יכולה להגביל את היקפו. המחיר של סגסוגות ומתכת גבוה למדי, ולכן כיום הוא אינו יכול לעקור ברזל ואלומיניום מסורתיים.

מקור השם

מנקין הוא השם הפרטי לטיטניום, שהיה בשימוש עד 1795. כך, לפי השתייכות טריטוריאלית, קרא וו.גרגור לאלמנט החדש. מרטין קלפרות' נותן ליסוד את השם "טיטניום" בשנת 1797. בשלב זה, עמיתיו הצרפתים, בראשות כימאי בעל מוניטין למדי A. L. Lavoisier, הציעו לתת שמות של החומרים החדשים שהתגלו בהתאם לתכונות הבסיסיות שלהם. המדען הגרמני לא הסכים עם גישה זו, הוא בהחלט האמין שבשלב הגילוי די קשה לקבוע את כל המאפיינים הטמונים בחומר ולשקף אותם בשם. עם זאת, יש להכיר בכך שהמונח שנבחר באופן אינטואיטיבי על ידי Klaproth מתאים באופן מלא למתכת - זה הודגש שוב ושוב על ידי מדענים מודרניים. קיימות שתי תיאוריות עיקריות למקור השם טיטניום. ניתן היה לייעד את המתכת לכבוד מלכת האלפים טיטאניה (דמות במיתולוגיה הגרמאנית). שם זה מסמל הן את הקלילות והן את החוזק של החומר. רוב המדענים נוטים להשתמש בגרסה של השימוש במיתולוגיה היוונית העתיקה, שבה נקראו בניה החזקים של אלת האדמה גאיה טיטאנים. גם שמו של היסוד שהתגלה בעבר, אורניום, מדבר בעד גרסה זו.

להיות בטבע

מבין המתכות בעלות ערך טכני לבני אדם, טיטניום הוא הרביעי בשכיחותו בקרום כדור הארץ. גָדוֹל אֲחוּזִיםרק ברזל, מגנזיום ואלומיניום מאופיינים בטבע. התכולה הגבוהה ביותר של טיטניום מצוינת בקליפת הבזלת, מעט פחות בשכבת הגרניט. במי ים, התוכן של חומר זה נמוך - כ 0.001 מ"ג לליטר. היסוד הכימי טיטניום פעיל למדי, ולכן לא ניתן למצוא אותו בצורתו הטהורה. לרוב, הוא קיים בתרכובות עם חמצן, בעוד שיש לו ערכיות של ארבע. מספר המינרלים המכילים טיטניום משתנה בין 63 ל-75 (במקורות שונים), בעוד שבשלב המחקר הנוכחי, מדענים ממשיכים לגלות צורות חדשות של תרכובותיו. לשימוש מעשי, המינרלים הבאים הם בעלי החשיבות הגדולה ביותר:

1. אילמניט (FeTiO 3).
2. רוטיל (TiO 2).
3. טיטנייט (CaTiSiO 5).
4. פרובסקיט (CaTiO 3).
5. טיטנומגנטיט (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) וכו'.

כל העפרות הקיימות המכילות טיטניום מחולקות ל-placer ובסיסי. אלמנט זה הוא מהגר חלש, הוא יכול לנוע רק בצורה של שברי סלעים או סלעים תחתונים מלוחים. בביוספרה, הכמות הגדולה ביותר של טיטניום נמצאת באצות. אצל נציגי החי היבשתי, היסוד מצטבר ברקמות הקרניות, השיער. גוף האדם מאופיין בנוכחות טיטניום בטחול, בלוטות יותרת הכליה, השליה, בלוטת התריס.

תכונות גשמיות

טיטניום היא מתכת לא ברזלית עם צבע לבן כסוף שנראה כמו פלדה. בטמפרטורה של 0 0 C, הצפיפות שלו היא 4.517 גרם / ס"מ 3. החומר בעל משקל סגולי נמוך, האופייני למתכות אלקליות (קדמיום, נתרן, ליתיום, צסיום). מבחינת צפיפות, טיטניום תופס עמדת ביניים בין ברזל לאלומיניום, בעוד הביצועים שלו גבוהים משל שני היסודות. התכונות העיקריות של מתכות, הנלקחות בחשבון בעת ​​קביעת היקף היישום שלהן, הן קשיות. טיטניום חזק פי 12 מאלומיניום, פי 4 חזק יותר מברזל ונחושת, תוך שהוא הרבה יותר קל. הפלסטיות וחוזק התפוקה שלה מאפשרים עיבוד בטמפרטורות נמוכות וגבוהות, כמו במקרה של מתכות אחרות, כלומר ריתוק, חישול, ריתוך, גלגול. מאפיין ייחודי של טיטניום הוא המוליכות התרמית והחשמלית הנמוכה שלו, בעוד שתכונות אלו נשמרות בטמפרטורות גבוהות, עד 500 0 C. בשדה מגנטי, טיטניום הוא יסוד פרמגנטי, הוא אינו נמשך כמו ברזל, ואינו נדחף החוצה כמו נחושת. ביצועים גבוהים מאוד נגד קורוזיה בסביבות אגרסיביות ותחת לחץ מכני הם ייחודיים. יותר מ-10 שנים של שהייה במי ים לא שינו את המראה וההרכב של לוח הטיטניום. ברזל במקרה זה ייהרס לחלוטין על ידי קורוזיה.

תכונות תרמודינמיות של טיטניום

1. הצפיפות (בתנאים רגילים) היא 4.54 גרם/ס"מ 3 .
2. המספר האטומי הוא 22.
3. קבוצת מתכות - עקשן, קל.
4. המסה האטומית של טיטניום היא 47.0.
5. נקודת רתיחה (0 C) - 3260.
6. נפח מולרי ס"מ 3 / מול - 10.6.
7. נקודת ההיתוך של טיטניום (0 C) היא 1668.
8. חום אידוי סגולי (kJ / mol) - 422.6.
9. התנגדות חשמלית (ב-20 0 C) אוהם * ס"מ * 10 -6 - 45.

תכונות כימיות

העמידות המוגברת בפני קורוזיה של האלמנט מוסברת על ידי היווצרות של סרט תחמוצת קטן על פני השטח. הוא מונע (בתנאים רגילים) מגזים (חמצן, מימן) באטמוספירה שמסביב של יסוד כמו מתכת טיטניום. תכונותיו משתנות בהשפעת הטמפרטורה. כאשר הוא עולה ל-600 0 C, מתרחשת תגובת אינטראקציה עם חמצן, וכתוצאה מכך היווצרות תחמוצת טיטניום (TiO 2). במקרה של ספיגת גזים אטמוספריים נוצרות תרכובות שבירות שאין להן יישום מעשי, ולכן ריתוך והיתוך טיטניום מתבצעים בתנאי ואקום. התגובה ההפיכה היא תהליך פירוק המימן במתכת, היא מתרחשת בצורה פעילה יותר עם עלייה בטמפרטורה (מ-400 0 מעלות צלזיוס ומעלה). טיטניום, במיוחד החלקיקים הקטנים שלו (לוח דק או חוט), נשרף באווירת חנקן. תגובה כימית של אינטראקציה אפשרית רק בטמפרטורה של 700 0 C, וכתוצאה מכך היווצרות של ניטריד TiN. יוצר סגסוגות קשות מאוד עם מתכות רבות, לרוב כאלמנט מתג. הוא מגיב עם הלוגנים (כרום, ברום, יוד) רק בנוכחות זרז (טמפרטורה גבוהה) ובכפוף לאינטראקציה עם חומר יבש. במקרה זה נוצרות סגסוגות עקשנות קשות מאוד. עם תמיסות של רוב האלקליות והחומצות, טיטניום אינו פעיל מבחינה כימית, למעט גופרית מרוכזת (עם רתיחה ממושכת), הידרופלואורית, אורגנית חמה (פורמית, אוקסלית).

מקום לידה

עפרות אילמניט הן הנפוצות ביותר בטבע - עתודותיהן מוערכות בכ-800 מיליון טון. המרבצים של מרבצי הרוטיל הם הרבה יותר צנועים, אבל הנפח הכולל - תוך שמירה על צמיחת הייצור - אמור לספק לאנושות במשך 120 השנים הבאות מתכת כמו טיטניום. מחיר מוצר מוגמריהיה תלוי בביקוש ובעלייה ברמת הייצור, אך בממוצע זה משתנה בטווח שבין 1200 ל 1800 רובל/ק"ג. בתנאים של שיפור טכני מתמיד, העלות של כל תהליכי הייצור מופחתת באופן משמעותי עם המודרניזציה שלהם בזמן. לסין ולרוסיה יש את הרזרבות הגדולות ביותר בסיס משאבי מינרליםיש יפן, דרום אפריקה, אוסטרליה, קזחסטן, הודו, דרום קוריאה, אוקראינה, ציילון. המרבצים שונים בהיקפי הייצור ובאחוז הטיטניום בעפרה, נמשכים סקרים גיאולוגיים המאפשרים להניח ירידה בערך השוק של המתכת ושימוש רחב יותר בה. רוסיה היא ללא ספק היצרנית הגדולה ביותר של טיטניום.

קַבָּלָה

לייצור טיטניום משתמשים לרוב בטיטניום דו חמצני, המכיל כמות מינימלית של זיהומים. הוא מתקבל על ידי העשרת תרכיזי אילמניט או עפרות רוטיל. בכבשן הקשת החשמלי מתבצע טיפול החום בעפרה המלווה בהפרדת ברזל ויצירת סיגים המכילים תחמוצת טיטניום. שיטת הסולפט או הכלוריד משמשת לעיבוד השבר ללא ברזל. תחמוצת טיטניום היא אבקה צבע אפור(ראה תמונה). מתכת טיטניום מתקבלת על ידי עיבוד השלב שלה.

השלב הראשון הוא תהליך סינון הסיגים עם קולה וחשיפה לאדי כלור. ה-TiCl 4 המתקבל מופחת עם מגנזיום או נתרן כאשר הוא נחשף לטמפרטורה של 850 0 C. כתוצאה מכך מתקבל ספוג טיטניום (מסה נקבובית מתמזגת) תגובה כימית, מזוקק או מותך למטילים. בהתאם לכיוון השימוש הנוסף, נוצרת סגסוגת או מתכת טהורה (זיהומים מוסרים על ידי חימום ל-1000 0 C). לייצור חומר עם תכולת טומאה של 0.01%, נעשה שימוש בשיטת יודיד. הוא מבוסס על תהליך האידוי של האדים שלו מספוג טיטניום שטופל מראש בהלוגן.

יישומים

טמפרטורת ההיתוך של טיטניום גבוהה למדי, אשר בהתחשב בקלילות המתכת היא יתרון שלא יסולא בפז בשימוש בה כחומר מבני. לכן, הוא מוצא את היישום הגדול ביותר בבניית ספינות, תעשיית התעופה, ייצור רקטות ותעשיות כימיות. טיטניום משמש לעתים קרובות למדי כתוסף סגסוגת בסגסוגות שונות, בעלות תכונות קשיות ועמידות בחום מוגברות. תכונות אנטי קורוזיה גבוהות והיכולת לעמוד בפני רוב הסביבות האגרסיביות הופכות את המתכת הזו לחובה לתעשייה הכימית. טיטניום (הסגסוגות שלו) משמש לייצור צינורות, מיכלים, שסתומים, מסננים המשמשים בזיקוק והובלה של חומצות וחומרים פעילים כימית אחרים. זה מבוקש בעת יצירת מכשירים הפועלים בתנאים של מחווני טמפרטורה גבוהים. תרכובות טיטניום משמשות לייצור כלי חיתוך עמידים, צבעים, פלסטיק ונייר, מכשירים כירורגיים, שתלים, תכשיטים, חומרי גימור, המשמשים בתעשיית המזון. קשה לתאר את כל הכיוונים. תרופה מודרניתבשל בטיחות ביולוגית מלאה, נעשה שימוש בטיטניום לעתים קרובות. המחיר הוא הגורם היחיד שמשפיע עד כה על רוחב היישום של אלמנט זה. זה הוגן לומר שטיטניום הוא החומר של העתיד, על ידי לימוד שאליו תעבור האנושות שלב חדשהתפתחות.

סגסוגות טיטניום - אנו מבינים את הפרטים

המתכת טיטניום היא מתכת נפוצה בטבע, בקרום כדור הארץ היא יותר מנחושת, עופרת ואבץ. עם צפיפות של 4.51 גרם / cm3, לטיטניום יש חוזק של 267 ... 337 MPa, והסגסוגות שלו - עד 1,250 MPa. זוהי מתכת אפורה עמומה עם נקודת התכה של 1668 0C, עמידה בפני קורוזיה בשעה טמפרטורה רגילהאפילו בסביבות אגרסיביות חזקות, אך הוא פעיל מאוד כאשר הוא מחומם מעל 400 0C. בחמצן, הוא מסוגל לבעירה ספונטנית. מגיב באלימות עם חנקן. מחומצן על ידי אדי מים, פחמן דו חמצני, סופג מימן. המוליכות התרמית של טיטניום נמוכה יותר מפי שניים מזו של פלדת פחמן. לכן, בעת ריתוך טיטניום, למרות נקודת ההיתוך הגבוהה שלו, נדרש פחות חום.

טיטניום יכול להיות בצורת שני שלבים יציבים עיקריים, הנבדלים במבנה של סריג הגביש. בטמפרטורה רגילה, הוא קיים כ-α-phase בעל מבנה דק שאינו רגיש לקצב הקירור. בטמפרטורות מעל 882 0C, נוצר שלב β עם גרגירים גסים ורגישות גבוהה לקצב הקירור. יסודות סגסוגת וזיהומים יכולים לייצב את שלב ה-α (אלומיניום, חמצן, חנקן) או שלב β (כרום, מנגן, ונדיום). לכן, סגסוגות טיטניום מחולקות על תנאי לשלוש קבוצות: α, α + β וסגסוגות β. הראשונים (VT1, VT5-1) אינם מוקשים תרמית, הם רקיעים ובעלי יכולת ריתוך טובה. השניים (OT4, VTZ, VT4, VT6, VT8) עם תוספות קטנות של מייצבי β גם מרתכים היטב. הם מעובדים תרמית. סגסוגות בעלות מבנה β, כגון VT15, VT22, מתקשות על ידי טיפול בחום. הם מרתכים גרוע יותר, נוטים לצמיחת גרגרים וסדקים קרים.
בטמפרטורת החדר, פני השטח של טיטניום ממיסים חמצן, ונוצרת תמיסה מוצקה שלו ב-α-טיטניום. מופיעה שכבה של תמיסה רוויה, המגנה על הטיטניום מפני חמצון נוסף. שכבה זו נקראת אלפא. כאשר מחומם, טיטניום נכנס לשילוב כימי עם חמצן, ויוצר סדרה של תחמוצות מ-Ti6O ל-TiO2. ככל שהחמצון מתקדם, צבע סרט התחמוצת משתנה מצהוב זהוב לסגול כהה, והופך ללבן. לפי צבעים אלו באזור הריתוך הקרוב, ניתן לשפוט את איכות ההגנה על מתכת במהלך הריתוך. טיטניום, באינטראקציה פעילה עם חנקן בטמפרטורה של יותר מ-500 0C, יוצר ניטרידים המגבירים את החוזק, אך מפחיתים בחדות את משיכות המתכת. מסיסותו של מימן בטיטניום נוזלי גדולה יותר מאשר בפלדה, אך עם ירידה בטמפרטורה הוא יורד בחדות, מימן משתחרר מהתמיסה. כאשר המתכת מתמצקת, הדבר עלול לגרום לנקבוביות ולכישלון מאוחר של ריתוכים לאחר הריתוך. כל סגסוגות הטיטניום אינן מועדות להיווצרות סדקים חמים, אך מועדות להתגבשות חזקה של הגרגר במתכת הריתוך ובאזור הנגוע בחום, אשר מחמירה את תכונות המתכת.
טכנולוגיית ריתוך סגסוגת טיטניום

בשל הפעילות הכימית הגבוהה, ניתן לרתך סגסוגות טיטניום באמצעות ריתוך קשת בגזים אינרטיים עם אלקטרודה שאינה מתכלה ומתכלה, ריתוך קשת שקוע, קרן אלקטרונים, אלקטרוסג וריתוך התנגדות. טיטניום מותך נוזל, התפר נוצר היטב בכל שיטות הריתוך.

הקושי העיקרי בריתוך טיטניום הוא הצורך הגנה אמינהמתכת מחוממת מעל טמפרטורה של 400 0C מהאוויר.

ריתוך קשת מתבצע בארגון ובתערובות שלו עם הליום. ריתוך בהגנה מקומית מתבצע על ידי אספקת גז דרך פיית המבער, לעיתים עם חרירים המגדילים את אזור ההגנה. בצד ההפוך של צומת החלקים, מותקנים רצועות גיבוי נחושת עם חריץ, שלאורכו מסופק ארגון באופן שווה. עם עיצוב מורכב של חלקים, כאשר קשה ליישם הגנה מקומית, ריתוך מתבצע עם הגנה כללית בחדרים עם אווירה מבוקרת. אלו יכולים להיות תאי זרבובית להגנה על חלק מהמכלול המרותך, חדרים קשיחים העשויים ממתכת או חדרים רכים מבד עם חלונות צפייה וכפפות מובנות לידיו של הרתך. חלקים, ציוד ריתוך ולפיד מונחים בחדרים. עבור יחידות קריטיות גדולות, נעשה שימוש בתאי מגורים בנפח של עד 350 מ"ר, שבהם מותקנים מכונות ריתוך ומניפולטורים אוטומטיים. החדרים מפונים, ואז מתמלאים בארגון, ורתכים בחליפות חלל נכנסים דרך מנעולי אוויר.

על ידי ריתוך ארגון-קשת עם אלקטרודת טונגסטן, חלקים בעובי של 0.5 ... 1.5 מ"מ מרותכים בקת ללא פער וללא תוסף, ובעובי של יותר מ-1.5 מ"מ - עם חוט מילוי. יש לנקות את הקצוות של החלקים לריתוך ואת החוט כדי להסיר את שכבת האלפא רווית החמצן. החוט חייב לעבור חישול ואקום בטמפרטורה של 900 ... 1000 0C למשך 4 שעות.ריתוך מתבצע בזרם ישר של קוטביות ישירה. חלקים עם עובי של יותר מ 10 ... 15 מ"מ ניתן לרתך במעבר אחד עם קשת שקועה. לאחר היווצרות בריכת הריתוך, קצב זרימת הארגון גדל ל-40...50 ליטר לדקה, מה שמוביל לדחיסת קשת. לאחר מכן מורידים את האלקטרודה לתוך בריכת הריתוך. לחץ הקשת דוחף את המתכת הנוזלית משם, הקשת נשרפת בתוך השקע שנוצר, יכולת ההיתוך שלה עולה.
ניתן להשיג תפר צר עם חדירה עמוקה בעת ריתוך באלקטרודה לא מתכלה בארגון באמצעות משחות שטף AN-TA, ANT17A על בסיס סידן פלואוריד עם תוספים. הם משכללים ומשנים חלקית את מתכת הריתוך וגם מפחיתים את הנקבוביות.

ריתוך קשת של סגסוגות טיטניום עם אלקטרודה מתכלה (חוט בקוטר של 1.2 ... 2.0 מ"מ) מתבצע על זרם ישר של קוטביות הפוכה במצבים המספקים העברת טיפות עדינות של מתכת האלקטרודה. תערובת של 20% ארגון ו-80% הליום או הליום טהור משמשת כמדיום מגן. זה מאפשר לך להגדיל את רוחב התפר ולהפחית את הנקבוביות.

ניתן לרתך סגסוגות טיטניום על ידי ריתוך קשת תחת שטפי פלואור נטולי חמצן של גרגיר יבש ANT1, ANTZ לעובי של 2.5 ... 8.0 מ"מ ו-ANT7 למתכת עבה יותר. הריתוך מתבצע עם חוט אלקטרודה בקוטר של 2.0 ... 5.0 מ"מ עם יציקת אלקטרודה של 14 ... 22 מ"מ על רירית נחושת או שטף נחושת, או על כרית שטף. מבנה המתכת כתוצאה מפעולת השינוי של השטף מתברר כעדין יותר מאשר בעת ריתוך בגזים אינרטיים.

בריתוך אלקטרוסג משתמשים באלקטרודות צלחות מאותה סגסוגת טיטניום כמו החלק שיש לרתך, בעובי של 8 ... 12 מ"מ ורוחב שווה לעובי המתכת המרותכת. נעשה שימוש בשטפי פלואוריד עקשן ANT2, ANT4, ANT6. כדי למנוע חדירת חמצן דרך השטף, אמבט הסיגים מוגן בנוסף בארגון. המתכת של האזור מושפע החום מוגנת על ידי הגדלת רוחב המחוונים המקוררים במים וניפוח ארגון לתוך הפער בינם לבין החלק. למפרקים מרותכים לאחר ריתוך electroslag יש מבנה גס, אך תכונותיהם קרובות לאלו של המתכת הבסיסית. לפני ריתוך electroslag, כמו גם לפני ריתוך קשת, שטפים חייבים להיות calcinated בטמפרטורה של 200 ... 300 0C.

ריתוך קרן אלקטרונים של סגסוגות טיטניום מספק את ההגנה הטובה ביותר ממתכת מפני גזים ומבנה ריתוך עדין. דרישות ההרכבה מחמירות יותר משיטות אחרות.

עם כל השיטות של ריתוך סגסוגות טיטניום, אין לאפשר התחממות יתר של המתכת. יש צורך ליישם שיטות וטכניקות המאפשרות השפעה על התגבשות המתכת: פעולה אלקטרומגנטית, תנודות של האלקטרודה או קרן האלקטרונים על פני המפרק, פעולה קולית על בריכת הריתוך, מחזור ריתוך קשת פועם וכו'. כל זה יאפשר להשיג מבנה עדין יותר של התפר ותכונות גבוהות של מפרקים מרותכים.

מאפייני מתכת טיטניום ויישומה

מתכת טיטניום היא מתכת לבנה כסופה בהירה. סגסוגות טיטניום קלות וחזקות, בעלות עמידות בפני קורוזיה גבוהה ומקדם התפשטות תרמית נמוך. בנוסף, טיטניום היא מתכת המסוגלת לשמור על תכונותיה בטווח הטמפרטורות שבין -290 ל-+600 מעלות צלזיוס.

התחמוצת של מתכת זו התגלתה לראשונה בשנת 1789 על ידי וו. גרגור. במהלך חקר החול הברזלי, הוא הצליח לבודד תחמוצת של מתכת לא ידועה לפני הכפר, לה הוא נתן את השם menakenovaya. אחת הדגימות הראשונות של טיטניום מתכתי הושגה בשנת 1825 על ידי ג'יי יא ברזליוס.

מוזרויות

בטבלה המחזורית של מנדלייב, טיטניום הוא יסוד שנמצא בקבוצה ה-4 של התקופה ה-4 במספר 22. בתרכובות היציבות ביותר, יסוד זה הוא ארבע-ערכי. שֶׁלוֹ מראה חיצוניזה קצת כמו פלדה ושייך ליסודות המעבר. נקודת ההיתוך של טיטניום היא 1668 ± 4 מעלות צלזיוס, והוא רותח ב-3300 מעלות צלזיוס. באשר לחום הסמוי של היתוך ואידוי של מתכת זו, הוא גדול כמעט פי 2 מזה של ברזל.

טיטניום היא מתכת כסופה
כיום ישנם שני שינויים אלוטרופיים של טיטניום. הראשון הוא שינוי אלפא בטמפרטורה נמוכה. השני הוא שינוי בטא בטמפרטורה גבוהה. מבחינת צפיפות, כמו גם קיבולת חום ספציפית, מתכת זו מדורגת בין אלומיניום לברזל.

למאפיין של טיטניום יש מספר תכונות חיוביות. החוזק המכני שלו הוא פי שניים מזה של ברזל טהור ופי שישה מאלומיניום. עם זאת, טיטניום מסוגל לספוג חמצן, מימן וחנקן. הם יכולים להפחית בחדות את תכונות הפלסטיק שלה. אם טיטניום מעורבב עם פחמן, אז נוצרים קרבידים עקשן, בעלי קשיות גבוהה.

טיטניום מאופיין במוליכות תרמית נמוכה, שהיא פי 4 פחות מזו של אלומיניום, ופי 13 פחות מזו של ברזל. לטיטניום יש גם התנגדות חשמלית גבוהה למדי.

טיטניום היא מתכת פרמגנטית, וכפי שאתם יודעים, לחומרים פרמגנטיים יש רגישות מגנטית הפוחתת בחימום. עם זאת, טיטניום הוא חריג, שכן הרגישות שלו רק עולה עם הטמפרטורה.

יתרונות:
צפיפות נמוכה, המסייעת להפחית את מסת החומר;
חוזק מכני גבוה;
עמידות בפני קורוזיה גבוהה;
חוזק ספציפי גבוה.

פגמים:
עלות ייצור גבוהה;
אינטראקציה פעילה עם כל הגזים, וזו הסיבה שהוא נמס רק בוואקום או בסביבת גז אינרטי;
תכונות אנטי-חיכוך גרועות;
קשיים הכרוכים בייצור פסולת טיטניום;
נטייה לקורוזיה של מלח, התפרקות מימן;
יכולת עיבוד ירודה למדי;
פעילות כימית גדולה.

נוֹהָג

השימוש בטיטניום הוא המבוקש ביותר בייצור ציוד רקטות ותעופה, בניית ספינות ימיות.

טבעות
הוא משמש כסוכן סגסוג לפלדות באיכות גבוהה. טיטניום טכני משמש לייצור מיכלים וכורים כימיים, צינורות ואביזרים, משאבות ושסתומים, בתוספת כל המוצרים הפועלים בסביבות אגרסיביות. טיטניום קומפקטי משמש לייצור רשתות וחלקים אחרים של מכשירי אלקטרו ואקום הפועלים בטמפרטורות גבוהות.

החוזק המכני, העמידות בפני קורוזיה, החוזק הספציפי, עמידות החום ותכונות אחרות של טיטניום מאפשרים לו שימוש נרחב בהנדסה. העלות הגבוהה של מתכת וסגסוגות זו מפוצה ביעילות גבוהה. במצבים מסוימים, סגסוגות טיטניום הן היחידות המשמשות לייצור ציוד או מבנים מסוימים שיכולים לפעול בתנאים ספציפיים.

בתחילה נכרה טיטניום לצרכי ייצור צבעים. עם זאת, השימוש במתכת זו כחומר מבני הוביל להרחבת כריית עפרות טיטניום, כמו גם לחיפוש ופיתוח של מרבצים חדשים.

פס טיטניום טהור (99.995%).
בעבר טיטניום היה תוצר לוואי ובמקרים רבים הפריע למשל להפקת עפרות ברזל. כיום, המכרות מופעלים רק כדי להשיג מתכת זו כמוצר העיקרי.

כדי לכרות עפרות טיטניום, אתה לא צריך להיות מיוחד ולבצע פעולות מורכבות. אם מינרלים טיטניום נמצאים במרבצים חוליים, הם נאספים בעזרת מחפרני שאיבה, שעוברים דרכם הם עולים על דוברות, והם, בתורם, מעבירים אותם למפעל העשרה. אבל, אם מינרלים טיטניום נמצאים ב סלעיםאה, אפילו ציוד כרייה כבר לא בשימוש כאן.

העפרה נכתשת כדי להבטיח הפרדה יעילה של מרכיבי המינרלים. לאחר מכן, מופעלת הפרדה מגנטית רטובה בעוצמה נמוכה כדי להפריד את האילמניט מחומרים זרים. לאחר מכן מועשר שאריות האילמניט באמצעות מסווגים הידראוליים וטבלאות. לאחר מכן ההעשרה מתבצעת בשיטה של ​​הפרדה מגנטית יבשה, בעלת עוצמה גבוהה.

תכונת מתכת הטיטניום ומקומה במוצרים

טיטניום הוא יסוד כימי נפוץ למדי בטבע. הוא מתכת, אפור כסוף וקשה; הוא חלק ממינרלים רבים, וניתן לכרות אותו כמעט בכל מקום - רוסיה נמצאת במקום השני בעולם בייצור טיטניום.

יש הרבה טיטניום בעפרת ברזל טיטניום - אילמניט, השייך לתחמוצות מורכבות, ורוטיל אדום-זהוב, שהוא שינוי פולימורפי (מגוון ומסוגל להתקיים במבני גביש שונים) של טיטניום דו חמצני - כימאים מכירים שלושה טבעיים כאלה. תרכובות.

טיטניום נמצא לעתים קרובות בסלעים, אך הוא נמצא בשפע אפילו יותר בקרקעות, במיוחד חוליות. בין סלעים המכילים טיטניום, ניתן למנות פרוסקיט - זה נחשב נפוץ למדי; טיטנייט הוא סיליקט של טיטניום וסידן, המיוחס לתכונות מרפא ואף מאגיות; anatase - גם תרכובת פולימורפית - תחמוצת פשוטה; וברוקיט - גביש יפהפה, שנמצא לעתים קרובות בהרי האלפים, וכאן, ברוסיה - באוראל, אלטאי וסיביר.

הכשרון של גילוי הטיטניום שייך לשני מדענים בו זמנית - גרמני ואנגלי. המדען האנגלי וויליאם מקגרגור לא היה כימאי, אבל הוא התעניין מאוד במינרלים, ויום אחד, בסוף המאה ה-18, בודד מתכת לא ידועה מהחול השחור של קורנוול, ועד מהרה כתב עליה מאמר.

מאמר זה נקרא גם על ידי המדען הגרמני המפורסם, הכימאי M.G. קלפרות', והוא, 4 שנים אחרי מקגרגור, גילו תחמוצת טיטניום (כפי שהוא כינה את המתכת הזו, והבריטים קראו לה מנקין - על שם המקום בו היא נמצאה) בחול אדום הנפוץ בהונגריה. כשהמדען השווה בין התרכובות שנמצאו בחול שחור ואדום, התברר שהן תחמוצות טיטניום - כך שמתכת זו התגלתה על ידי שני המדענים באופן עצמאי.

אגב, לשם המתכת אין שום קשר לטיטאנים של האלים היווניים הקדומים (למרות שיש גרסה כזו), אבל היא נקראה על שם טיטאניה, מלכת הפיות, עליה כתב שייקספיר. שם זה קשור לקלילות של טיטניום - צפיפותו הנמוכה באופן יוצא דופן.

לאחר התגליות הללו, מדענים רבים ניסו יותר מפעם אחת לבודד טיטניום טהור מהתרכובות שלו, אך במאה ה-19 הם עשו זאת בצורה גרועה - אפילו מנדלייב הגדול ראה במתכת זו נדירה, ולכן מעניינת רק עבור מדע "טהור", ולא עבור מטרות מעשיות. אבל מדענים של המאה ה-20 הבינו שיש הרבה טיטניום בטבע - כ-70 מינרלים מכילים אותו בהרכבם, וכיום ידועים מרבצים רבים כאלה. אם אנחנו מדברים על מתכות בשימוש נרחב על ידי האדם בטכנולוגיה, אז אתה יכול למצוא רק שלוש, שהן יותר בטבע מאשר טיטניום - אלה הם מגנזיום, ברזל ואלומיניום. כימאים אומרים גם שאם נשלב באופן כמותי את כל המאגרים של נחושת, כסף, זהב, פלטינה, עופרת, אבץ, כרום ועוד כמה מתכות שכדור הארץ עשיר בהן, אז הטיטניום יהיה יותר מכולם.

כימאים למדו לבודד טיטניום טהור מתרכובות רק ב-1940 - זה נעשה על ידי מדענים אמריקאים.
תכונות רבות של טיטניום כבר נחקרו, והוא נמצא בשימוש בתחומים שונים של מדע ותעשייה, אך לא נשקול את הצד הזה של היישום שלו בפירוט כאן - אנו מתעניינים במשמעות הביולוגית של טיטניום.

גם השימוש בטיטניום ברפואה ובתעשיית המזון מעניין אותנו - במקרים אלו טיטניום נכנס ישירות לגוף האדם, או בא איתו במגע. אחד המאפיינים של מתכת זו משמח מאוד: מדענים, כולל רופאים, רואים טיטניום בטוח לבני אדם, אם כי מחלות ריאה כרוניות עלולות להתרחש אם הוא נצרך בכמות מוגזמת.
טיטניום במוצרים

טיטניום נמצא במי ים, ברקמות צמחים ובעלי חיים, ומכאן במוצרים ממקור צמחי ובעלי חיים. צמחים מקבלים טיטניום מהאדמה שעליה הם גדלים, ובעלי חיים מקבלים אותו באכילת צמחים אלו, אבל בתחילת הדרך - כבר במאה ה-19 - גילו כימאים טיטניום בגוף של בעלי חיים, ורק אז בצמחים. תגליות אלו נעשו שוב על ידי אנגלי וגרמני - G. Rees ו-A. Adergold.

בגוף האדם, טיטניום הוא בערך 20 מ"ג, והוא מגיע בדרך כלל עם מזון ומים. טיטניום נמצא בביצים ובחלב, בבשר של בעלי חיים וצמחים - העלים, הגבעולים, הפירות והזרעים שלהם, אבל באופן כללי אין הרבה ממנו במזון. צמחים, במיוחד אצות, מכילים יותר טיטניום מרקמות בעלי חיים; יש הרבה ממנו בקלדופורה - אצה עבותה ירוקה בוהקת, שנמצאת לעתים קרובות במים מתוקים ובים.
הערך של טיטניום לגוף האדם

מדוע גוף האדם זקוק לטיטניום? מדענים אומרים שכן תפקיד ביולוגילא הובהר, אך הוא מעורב ביצירת תאי דם אדומים במח העצם, בסינתזה של המוגלובין וביצירת חסינות.

טיטניום נמצא במוח האנושי, במרכזי השמיעה והראייה; בחלב נשים הוא קיים תמיד, ובכמויות מסוימות. ריכוזי טיטניום בגוף מפעילים תהליכים מטבוליים ומשפרים הרכב כללידם, הפחתת תכולת הכולסטרול והאוריאה בו.

אדם מקבל כ-0.85 מ"ג טיטניום ליום, עם מים ומזון, כמו גם עם אוויר, אך הוא נספג בצורה גרועה במערכת העיכול - מ-1 עד 3%.

עבור בני אדם, טיטניום אינו רעיל או רעיל נמוך, וגם לרופאים אין נתונים על המינון הקטלני, אך בשאיפה קבועה של טיטניום דו חמצני, הוא מצטבר בריאות, ולאחר מכן מתפתח. מחלות כרוניות, מלווה בקוצר נשימה ושיעול עם כיח - דלקת קנה הנשימה, דלקת כאבים וכו'. הצטברות טיטניום, יחד עם אלמנטים אחרים, רעילים יותר, גורמת לדלקת ואף לגרנולומטוזיס - מחלת כלי דם חמורה המסכנת חיים.

עודף וחוסר טיטניום

מה יכול להסביר את הצריכה המוגזמת של טיטניום בגוף? מאחר וכפי שכבר צוין נעשה שימוש בטיטניום בתחומי מדע ותעשייה רבים, עודף טיטניום ואף הרעלה באמצעותו מאיים לא פעם על עובדים בתעשיות שונות: בניית מכונות, מתכות, צבע ולכה וכו'. טיטניום כלוריד הוא הרעיל ביותר: מספיק לעבוד בייצור כזה במשך כ-3 שנים, בלי להקפיד במיוחד על אמצעי זהירות, ומחלות כרוניות לא יאטו לבוא לידי ביטוי.

מחלות כאלה מטופלות בדרך כלל באנטיביוטיקה, מסירי קצף, קורטיקוסטרואידים, ויטמינים; המטופלים צריכים להיות במנוחה ולקבל הרבה נוזלים.

מחסור בטיטניום – הן בבני אדם והן בבעלי חיים, לא זוהה ולא תואר, ובמקרה זה ניתן לשער שהוא באמת לא קיים.

ברפואה, טיטניום פופולרי ביותר: מכינים ממנו כלים מצוינים, ויחד עם זאת סבירים וזולים - טיטניום עולה בין 15 ל-25 דולר לק"ג. טיטניום אהוב על אורטופדים, רופאי שיניים ואפילו נוירוכירורגים – ואין פלא.

מסתבר שלטיטניום יש תכונה חשובה לרופאים - אינרציה ביולוגית: המשמעות היא שמבנים העשויים ממנו מתנהגים בצורה מושלמת בגוף האדם, ובטוחים לחלוטין לרקמות השרירים והעצם, אותן הם רוכשים עם הזמן. מבנה הרקמות אינו משתנה: טיטניום אינו נתון לקורוזיה, ותכונותיו המכניות גבוהות מאוד. די לומר כי במי הים, הקרובים מאוד בהרכבם ללימפה אנושית, ניתן להרוס טיטניום בקצב של 0.02 מ"מ ל-1000 שנים, ובתמיסות של אלקליות וחומצות הוא דומה ביציבותו לפלטינה.

בין כל הסגסוגות המשמשות ברפואה, סגסוגות טיטניום נבדלות בטוהר שלהן, ואין בהן כמעט זיהומים, מה שלא ניתן לומר על סגסוגות קובלט או נירוסטה.

תותבות פנימיות וחיצוניות העשויות מסגסוגות טיטניום אינן קורסות או מתעוותות, למרות שהן עומדות בעומסי עבודה כל הזמן: החוזק המכני של טיטניום גבוה פי 2-4 מזה של ברזל טהור, ופי 6-12 מזה של אלומיניום. .

הגמישות של טיטניום מאפשרת לך לעשות איתו הכל - לחתוך, לקדוח, לטחון, לזייף עם טמפרטורות נמוכות, מגולגל - מתקבל ממנו אפילו נייר כסף דק.

נקודת ההיתוך שלו, לעומת זאת, די גבוהה, בסביבות 1670 מעלות צלזיוס.

המוליכות החשמלית של טיטניום נמוכה מאוד, והיא שייכת למתכות לא מגנטיות, כך שניתן לרשום למטופלים עם מבני טיטניום בגוף נהלי פיזיותרפיה - זה בטוח.

בתעשיית המזון, טיטניום דו חמצני משמש כצבע, המוגדר כ-E171. הם משמשים לצביעת ממתקים ומסטיקים, מוצרי ממתקים ואבקה, אטריות, מקלות סרטנים, מוצרי בשר טחון; הם גם מבהירים זיגוגים וקמח.

בפרמקולוגיה, תרופות מוכתמות בטיטניום דו חמצני, ובקוסמטולוגיה - קרמים, ג'לים, שמפו ומוצרים אחרים.

מתכת טיטניום תכונה של מתכת טיטניום מאפיינים של מתכת טיטניום

טִיטָן- אחד מאקרו-נוטריאנטים המסתוריים, שנחקרו מעט במדע ובחיי האדם. אמנם זה לא לשווא נקרא היסוד ה"קוסמי", כי. הוא נמצא בשימוש פעיל בענפים המתקדמים של מדע, טכנולוגיה, רפואה ובדרכים רבות אחרות - זה מרכיב של העתיד.

מתכת זו בצבע אפור כסף (ראה תמונה), בלתי מסיס במים. יש לו צפיפות כימית קטנה, ולכן הוא מאופיין בקלילות. יחד עם זאת, הוא חזק מאוד וקל לעיבוד הודות להתמזגותו וגמישותו. היסוד אינרטי מבחינה כימית בשל נוכחות של סרט מגן על פני השטח. טיטניום אינו דליק, אבל האבק שלו חומר נפץ.

גילוי היסוד הכימי הזה שייך לאוהב הגדול של המינרלים, האנגלי וויליאם מקגרגור. אבל טיטניום עדיין חייב את שמו לכימאי מרטין היינריך קלפרות', שגילה אותו ללא תלות במקגרגור.

ההנחות לגבי הסיבות לכך שמתכת זו נקראה "טיטניום" הן רומנטיות. לפי גרסה אחת, השם נקשר לאלים היוונים העתיקים טיטאנים, שהוריהם היו האל אורנוס והאלה גאיה, אך לפי השנייה, הוא בא משמה של מלכת הפיות - טיטאניה.

כך או כך, מקרו-נוטריינט זה הוא התשיעי ביותר שנמצא בטבע. זה חלק מהרקמות של נציגי החי והצומח. יש הרבה ממנו במי הים (עד 7%), אבל באדמה הוא מכיל רק 0.57%. סין היא העשירה ביותר במאגרי טיטניום, ואחריה רוסיה.

פעולה טיטאן

הפעולה של אלמנט מאקרו על הגוף נובעת מתכונותיו הפיזיקליות-כימיות. החלקיקים שלו קטנים מאוד, הם יכולים לחדור למבנה התא ולהשפיע על עבודתו. הוא האמין כי בשל האדישות שלו, המאקרונוטריינט אינו יוצר אינטראקציה כימית עם חומרים מגרים, ולכן אינו רעיל. עם זאת, הוא נכנס במגע עם תאי הרקמות, האיברים, הדם, הלימפה באמצעות פעולה פיזית, מה שמוביל לנזק מכני שלהם. לפיכך, יסוד יכול, בפעולתו, להוביל לפגיעה ב-DNA חד ודו גדילי, פגיעה בכרומוזומים, העלולה להוביל לסיכון לפתח סרטן ולתקלה בקוד הגנטי.

התברר שחלקיקי מאקרו-נוטריינט אינם מסוגלים לעבור דרך העור. לכן, הם נכנסים לאדם רק עם מזון, מים ואוויר.

טיטניום נספג טוב יותר דרך מערכת העיכול (1-3%), אך רק כ-1% נספג דרך דרכי הנשימה, אך תכולתו בגוף מרוכזת כמו בריאות (30%).למה זה קשור? לאחר ניתוח כל הנתונים לעיל, נוכל להגיע למספר מסקנות. ראשית, טיטניום בדרך כלל נספג בצורה גרועה בגוף. שנית, טיטניום מופרש דרך מערכת העיכול דרך צואה (0.52 מ"ג) ושתן (0.33 מ"ג), אך בריאות מנגנון זה חלש או נעדר לחלוטין, שכן עם הגיל באדם ריכוז הטיטניום באיבר זה עולה כמעט 100 פִּי. מה הסיבה לריכוז כה גבוה עם ספיגה כה חלשה? סביר להניח שזה נובע מהתקפה מתמדת על גוף האבק שלנו, שבו יש תמיד רכיב טיטניום. בנוסף, במקרה זה, יש צורך לקחת בחשבון את האקולוגיה שלנו ואת הזמינות של מתקנים תעשייתיים ליד התנחלויות.

בהשוואה לריאות, באיברים אחרים, כגון הטחול, בלוטות יותרת הכליה, בלוטת התריס, תכולת המקרונוטריינט נשארת ללא שינוי לאורך החיים. כמו כן, נוכחות היסוד נצפית בלימפה, השליה, המוח, הנקבה חלב אם, עצמות, ציפורניים, שיער, עדשת העין, רקמות אפיתל.

בהיותו בעצמות, טיטניום מעורב בהיתוך שלהם לאחר שברים. כמו כן, השפעה חיובית נצפית בתהליכי התחדשות המתרחשים במפרקי עצם נעים פגומים בדלקת מפרקים ובארתרוזיס. מתכת זו היא נוגד חמצון חזק. מחליש את פעולת הרדיקלים החופשיים על העור ותאי הדם, הוא מגן על הגוף כולו מפני הזדקנות מוקדמת ובלאי.

בהתרכזות בחלקי המוח האחראים על הראייה והשמיעה, זה משפיע לטובה על תפקודם. נוכחות המתכת בבלוטות האדרנל ובבלוטת התריס מרמזת על השתתפותה בייצור הורמונים המעורבים בחילוף החומרים. הוא מעורב גם בייצור המוגלובין, ייצור תאי דם אדומים. על ידי הפחתת תכולת הכולסטרול והאוריאה בדם, הוא עוקב אחר הרכבו התקין.

ההשפעה השלילית של טיטניום על הגוף נובעת מכך שהוא היא מתכת כבדה. ברגע שהוא בגוף, הוא אינו מתפצל ואינו מתפרק, אלא מתיישב באיברים וברקמות של אדם, מרעיל אותו ומפריע לתהליכים חיוניים. הוא אינו מחליד ועמיד בפני אלקליות וחומצות, ולכן מיץ הקיבה אינו מסוגל לפעול עליו.

לתרכובות טיטניום יש את היכולת לחסום גלים קצרים קרינה אולטרא - סגולהואינם נספגים דרך העור, כך שניתן להשתמש בהם כדי להגן על העור מקרינה אולטרה סגולה.

הוכח כי עישון מגביר את כניסת המתכת לריאות מהאוויר פי כמה. האם זו לא סיבה להיגמל מההרגל הרע הזה!

תעריף יומי - מהו הצורך ביסוד כימי?

תעריף יומימאקרונוטריינט נובע מהעובדה שגוף האדם מכיל כ-20 מ"ג של טיטניום, מתוכם 2.4 מ"ג בריאות. כל יום, הגוף רוכש 0.85 מ"ג מהחומר עם מזון, 0.002 מ"ג עם מים ו-0.0007 מ"ג עם אוויר. התעריף היומי של טיטניום מותנה מאוד, שכן ההשלכות של השפעתו על האיברים לא נחקרו במלואם. בערך, זה בערך 300-600 מק"ג ליום. אין נתונים קליניים על ההשלכות של חריגה מהנורמה הזו - הכל נמצא בשלב של מחקרי פיילוט.

חוסר טיטניום

לא זוהו תנאים שבהם יצפה חוסר מתכת, ולכן מדענים הגיעו למסקנה שהם אינם קיימים בטבע. אבל חסרונו נצפה ברובם מחלה רציניתמה שעלול להחמיר את מצבו של החולה. את החיסרון הזה ניתן להסיר עם תכשירים המכילים טיטניום.

השפעת עודף טיטניום על הגוף

לא זוהה עודף של אלמנט המאקרו של צריכה חד פעמית של טיטניום לגוף. אם, נניח, אדם בלע סיכת טיטניום, אז, כנראה, אין צורך לדבר על הרעלה. סביר להניח, בגלל האינרטיות שלו, האלמנט לא יבוא במגע, אלא יוסר באופן טבעי.

סכנה גדולה נגרמת על ידי עלייה שיטתית בריכוז המאקרו-אלמנט במערכת הנשימה. זה גורם לנשימה ו מערכות לימפה. קיים גם קשר ישיר בין מידת הסיליקוזיס לתכולת היסוד במערכת הנשימה. ככל שתכולתו גבוהה יותר, כך המחלה חמורה יותר.

עודף של מתכת כבדה נצפה אצל אנשים העובדים במפעלים כימיים ומתכות. טיטניום כלוריד הוא המסוכן ביותר - בעוד 3 שנות עבודה מתחיל הביטוי של מחלות כרוניות קשות.

מחלות כאלה מטופלות בתרופות מיוחדות וויטמינים.

מהם המקורות?

האלמנט נכנס לגוף האדם בעיקר עם מזון ומים. יותר מכל זה בקטניות (אפונה, שעועית, עדשים, שעועית) ודגנים (שיפון, שעורה, כוסמת, שיבולת שועל). נוכחותו התגלתה במאכלי חלב ובשר וכן בביצים. צמחים מכילים יותר מרכיב זה מאשר בעלי חיים. תכולתו גבוהה במיוחד באצות - קלדופורה עבותה.

כל מוצרי המזון המכילים צבע מאכל E171 מכילים מתכת דו חמצנית זו. הוא משמש לייצור רטבים ותבלינים. הנזק של תוסף זה מוטל בספק, שכן תחמוצת טיטניום כמעט בלתי מסיס במים ובמיץ קיבה.

אינדיקציות לשימוש

ישנן אינדיקציות לשימוש באלמנט, למרות העובדה שהיסוד הקוסמי הזה עדיין נחקר מעט, הוא נמצא בשימוש פעיל בכל תחומי הרפואה. בשל חוזקו, עמידות בפני קורוזיה ואינרטיות ביולוגית, הוא נמצא בשימוש נרחב בתחום התותבות לייצור שתלים. הוא משמש ברפואת שיניים, נוירוכירורגיה, אורטופדיה. בשל עמידותו, מיוצרים ממנו מכשירים כירורגיים.

דו חמצני של חומר זה משמש לטיפול במחלות עור כגון cheilitis, הרפס, אקנה, דלקת של רירית הפה. הם מסירים את המנגיומה של הפנים.

ניקליד מתכת מעורב בחיסול סרטן מתקדם מקומי של הגרון. הוא משמש להחלפת אנדופרוסטזה של הגרון וקנה הנשימה. הוא משמש גם לטיפול בפצעים נגועים בשילוב עם תמיסות אנטיביוטיות.

ה-Macronutrient glycerosolvate aquacomplex מקדם ריפוי של פצעים כיבים.

ישנן הזדמנויות רבות עבור מדענים ברחבי העולם ללמוד את אלמנט העתיד, כפי שהוא תכונות פיזיוכימיותהם גבוהים ויכולים להביא תועלת בלתי מוגבלת לאנושות.

ניתן לחלק סגסוגות טיטניום לשלוש קבוצות על פי היחס בין מספר b-phase (עם סריג גבישי משושה) ו-b-phase (עם סריג מעוקב מרכז נפח), b-, (b + c) - ו נבדלים סגסוגות c.

על פי ההשפעה על הטמפרטורה של טרנספורמציות פולימורפיות, יסודות סגסוגת ( סמים (גרמנית legieren--"פתיל", מ La T. ligare--"לִקְשׁוֹר")--תוספת לקומפוזיציה חומרים, זיהומים לשנות (לשפר) גוּפָנִי ו/או כימי תכונות חומר בסיס) מחולקים למייצבי b, המגבירים את הטמפרטורה של הטרנספורמציה הפולימורפית, מייצבי b, המורידים אותה, ומקשיחים ניטרליים, המשפיעים מעט על טמפרטורה זו. 6-מייצבים כוללים את Al, In ו-Ga; ל-β-מייצבי - אלמנטים יוצרי אווטקטואידים (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Si) ואלמנטים איזומורפיים (V, Nb, Ta, Mo, W), למקשים ניטרליים - Zr, Hf, Sn, Ge.

יסודות ביניים הם זיהומים מזיקים (C, N, O), אשר מפחיתים את המשיכות ואת יכולת הייצור של מתכות, ו-H (מימן), הגורם לשבירות המימן של סגסוגות.

היווצרות המבנה, וכתוצאה מכך, התכונות של סגסוגות טיטניום מושפעת באופן מכריע מתמורות פאזה הקשורות לפולימורפיזם של טיטניום. על איור. 17.1 מציג דיאגרמות של דיאגרמות מצב "סגסוגת טיטניום", המשקפות את החלוקה של יסודות סגסוגת לפי אופי השפעתם על הטרנספורמציות הפולימורפיות של טיטניום לארבע קבוצות.

טרנספורמציה פולימורפית b ® a יכולה להתרחש בשתי דרכים. עם קירור איטי וניידות גבוהה של אטומים, זה מתרחש על פי מנגנון הדיפוזיה הרגיל עם היווצרות של מבנה פוליהדרלי של תמיסה מוצקה. עם קירור מהיר - על ידי מנגנון מרטנסיטי ללא דיפוזיה עם היווצרות של מבנה מרטנסיטי אצילי, המסומן ב- ў או בדרגה גבוהה יותר של סגסוגת - ў ў. מבנה הגבישי a, a ў, a ў ў הוא למעשה מאותו סוג (hcp), עם זאת, הסריג של ў ו- ў ў מעוות יותר, ומידת העיוות גדלה עם הגדלת הריכוז של יסודות סגסוגת. ישנן עדויות [1] לכך שהסריג של שלב a ў ў הוא מעוין ולא משושה. במהלך ההזדקנות, שלב b או השלב הבין מתכתי מופרד מהשלבים a ў ו- ў ў.

תמונה 1

רִכּוּך מתבצע עבור כל סגסוגות טיטניום על מנת להשלים את היווצרות המבנה, פילוס הטרוגניות מבנית וריכוז, כמו גם תכונות מכניות. טמפרטורת החישול צריכה להיות גבוהה מטמפרטורת הגיבוש מחדש, אך נמוכה מטמפרטורת המעבר למצב b ( ט pp) כדי למנוע צמיחת דגנים. להגיש מועמדות חישול קונבנציונלי, כפול או איזותרמי(כדי לייצב את המבנה והמאפיינים), לא שלם(להקלה על מתחים פנימיים).

התקשות והזדקנות (טיפול בחום מתקשה) ישים לסגסוגות טיטניום עם מבנה (a + b). העיקרון של טיפול בחום מתקשה הוא להשיג שלבים מט-יציבים b, a ў, a ў ў במהלך הכיבוי והדעיכה שלהם לאחר מכן עם שחרור של חלקיקים מפוזרים a - ו- b - שלבי ההזדקנות המלאכותית. במקרה זה, השפעת החיזוק תלויה בסוג, בכמות ובהרכב של השלבים המט-יציבים, כמו גם בעדינות של חלקיקי שלב a ו-b הנוצרים לאחר ההזדקנות.

טיפול כימי-תרמי הוא מתבצע כדי להגביר את הקשיות ועמידות הבלאי, עמידות בפני "התקף" בעבודה בתנאי חיכוך, חוזק עייפות, כמו גם לשיפור עמידות בפני קורוזיה, עמידות בחום ועמידות בחום. לניגוד, סיליקון וסוגים מסוימים של מתכת דיפוזיה יש יישומים מעשיים.

סגסוגות b

סגסוגות עם מבנה b: VT1-0, VT1-00, VT5, VT5-1, OT4, OT4-0, OT4-1. הם מסוגגים עם Al, Sn ו-Zr. הם מאופיינים בעמידות מוגברת בחום, יציבות תרמית גבוהה, נטייה נמוכה לשבריריות קרה, יכולת ריתוך טובה. הסוג העיקרי של טיפול בחום הוא חישול ב-590-740 מעלות צלזיוס. הוא משמש לייצור חלקים הפועלים בטמפרטורות של עד 400-450 מעלות צלזיוס; סגסוגת Ti בטוהר גבוה (5% A1 ו-2.5% Sn) היא אחד החומרים הטובים ביותר לפעולה בטמפרטורות קריוגניות (עד 20 K).

VT1-0:

VT1-0 היא סגסוגת b, אשר רוויה על מנת להגביר את הטמפרטורה של הטרנספורמציה הפולימורפית של טיטניום עם מייצבים:

• אלומיניום (AL);
• גליום (Ga);
• אינדיום (In);
• · פחמן;
• חַנקָן;
• חַמצָן.

בטמפרטורה של 882.5 מעלות צלזיוס, מבנה הסגסוגת הוא hcp (משושה סגורה), כלומר עם האריזה הצפופה ביותר של כדורים אטומיים. בטווח הטמפרטורות שבין 882.5 מעלות צלזיוס לנקודת ההיתוך, קיים מבנה bcc, כלומר סריג במרכז הגוף.

טיטניום VT1-0 הוא טוהר גבוה, קל, עמיד בחום. ההתכה מתרחשת בטמפרטורה של 1668 מעלות צלזיוס. הסגסוגת מאופיינת במקדם התפשטות תרמית נמוך. הוא בעל צפיפות נמוכה (הצפיפות היא רק 4.505 גרם/סמ"ק) ופלסטיק מאוד (הפלסטיות יכולה לנוע בין 20 ל-80%). תכונות אלו מאפשרות להשיג חלקים מכל צורה רצויה מהסגסוגת המתוארת. הסגסוגת עמידה בפני קורוזיה עקב נוכחות של סרט מגן תחמוצת על פני השטח שלה.

בין החסרונות, ניתן להבחין בצורך בעלויות עבודה גבוהות בייצורו. התכה של טיטניום מתרחשת רק בוואקום או במדיום גז אינרטי. זה נובע מהאינטראקציה הפעילה של טיטניום נוזלי עם כמעט כל הגזים האטמוספריים. בנוסף, סגסוגת כיתה VT1-0 נחתכת בצורה גרועה, אם כי החוזק שלה אינו כה גבוה בהשוואה לאחרים. ככל שהרכב הסגסוגת קטן יותר מאלומיניום, כך חוזקה ועמידות החום שלו נמוכה יותר, והתפוררות המימן גבוהה יותר.

בזכות הגבוה שלהם מפרט טכניסגסוגת VT1-0 אידיאלית לייצור צינורות, הטבעות ואלמנטים יצוקים שונים בתעשיות הרקטות, מטוסי וספינות, כימיקלים ואנרגיה. בשל מקדם ההתפשטות התרמית הנמוך, החומר משולב בצורה מושלמת עם אחרים (זכוכית, אבן ו אחרים), מה שהופך אותו לאפקטיבי בענף הבנייה. המתכת אינה מגנטית ובעלת התנגדות חשמלית גבוהה, המבדילה אותה מהרבה מתכות אחרות. בשל תכונות אלה, זה פשוט הכרחי בתחומים כגון רדיו אלקטרוניקה, הנדסת חשמל. אינרטי ביולוגית, כלומר, לא מזיק לגוף האדם, בשל כך הוא משמש בתחומים רבים של הרפואה.

OT-4-0:

מותג סגסוגות OT4-0 נכלל בקטגוריית סגסוגות B פסאודו. סגסוגות אלו אינן כפופות להתקשות בחום והן מסווגות כדלקמן:

• 1. סגסוגות בעלות חוזק נמוך עם תכולה נמוכה של אלומיניום ואחוז נמוך של מייצבי β, מה שהופך אותן להייטק. הם מתאימים היטב לכל סוג של ריתוך.
• 2. סגסוגות סופר חוזק גבוה.

באחוזים, הרכבם הוא כדלקמן:

• אלומיניום (אל) הוא 0.8%;
• מנגן (Mn) הוא 0.8%;
• שווה ערך לאלומיניום הוא 1.8%;
• · המקבילה למנגן היא 1.3%.

זה אופייני לו תואר ממוצעחוזק, מוגבר על ידי תוספת של אלומיניום. החיסרון הוא שזה מקטין את יכולת הייצור של החומר. סגסוגת עם מנגן עוזרת לשפר את יכולת העבודה של החומר בתנאי עבודה חמים. גם חם וגם קר, הסגסוגת מעוותת בקלות. הטבעה אפשרית אפילו בטמפרטורת החדר, פלדה מרותכת בקלות. חסרונות משמעותיים של סגסוגת זו כוללים את החוזק הנמוך שלה, כמו גם נטייה לשבירות בחשיפה למימן אגרסיבי.

הסגסוגת משמשת לייצור חלקי היי-טק המיועדים להליך הטבעה הקרה. סוגים רבים של מתכת מגולגלת עשויים ממנו: צינור, תיל, גיליון ואחרים. תכונות הביצועים הגבוהות של הסגסוגת, לרבות עמידות בפני קורוזיה ושחיקה, עמידות בפני השפעה בליסטית, הופכות אותה ליעילה בתכנון של תחנות כוח גרעיניות, מחליפי חום וצינורות, ארובות על ספינות, משאבות ואלמנטים מבניים דומים אחרים. צינור OT4-0 משמש באופן פעיל בתעשיות הכוח הגרעיני והכימיקלים.

(b+c)-סגסוגות

סגסוגות עם מבנה (b + c): סגסוגות VT14, VT9, VT8, VT6, VT6S, VT3-1, VT22, VT23. בשל שלב הבטא הרקיע יותר, סגסוגות אלו ניתנות לעבודה ובלחץ טוב יותר מסגסוגות אלפא.

(a + b) מבנים מסוממים עם Al, V, Zr, Cr, Fe, Mo, Si, W; במצב חישול, הם מכילים 5-50% b-phase. הם נבדלים על ידי השילוב הטוב ביותר של תכונות מכניות וטכנולוגיות, חוזק גבוה, יכולת תרמית. התקשות כתוצאה מהתקשות והזדקנות, יכולת ריתוך מספקת, פחות נטייה להתפרקות מימן בהשוואה לסגסוגות b. תכונות החוזק של סגסוגות תעשייתיות (b + c) במצב חישול עולות עם עלייה בתכולת מייצבי β בהן. עלייה בתכולת האל בסגסוגות מגבירה את עמידות החום שלהן, מפחיתה את המשיכות ויכולת העבודה במהלך טיפול בלחץ.

VT3-1:

סגסוגת המבוססת על דרגת טיטניום VT3-1 שייכת לקטגוריה של סגסוגות b+b. הוא מסומם באלמנטים הבאים:

• אלומיניום (אל) בכמות של 6.3%;
• מוליבדן (Mo) בכמות של 2.5%;
• נחושת (Cu) בכמות של 1.5%;
• ברזל (Fe) בכמות של 0.5%;
• סיליקון (Si) בכמות של 0.3%.

מתכת מגולגלת VT3-1 עמידה בפני קורוזיה והתקפה כימית. הוא מאופיין בתכונות כגון עמידות מוגברת בחום, מקדם התפשטות תרמית קטן, כמו גם קלילות וגמישות. יכולתו של חומר להתנגד לעייפות מושפעת מגורמים חיצוניים. לכן, בסביבת ואקום, הסגסוגת עמידה יותר מאשר תחת השפעת האוויר. פני השטח שלו משפיעים באופן ניכר גם על הסיבולת, כלומר על המצב שבו הוא נמצא, ועל האיכות. האם הוא מחוספס, האם יש בו אי סדרים, אילו תכונות יש לשכבות פני השטח? הסיבולת של מוצרי טיטניום למחצה תלויה בגורמים אלה.

עלייה במגבלת הסיבולת מתאפשרת על ידי עיבוד סופי רך. המשמעות היא הסרה חובה של שכבת שבבים דקים בעובי של עד 0.1 מ"מ, ולאחר מכן ליטוש ידני באמצעות עור נחושת, שחספוסו נמצא בדרגת 8-9. אם בוצעה שחיקה עם חומרי שוחקים וחיתוך מאולץ, אז סגסוגת כזו לא תתנגד לעייפות היטב.

דרישות מסוימות מוטלות על מתכת מגולגלת מטיטניום בדרגה זו. אז זה צריך להיות צבע טהור בהיר, ועל פני השטח שלו לא צריך להיות כהה, פסים. הגלי המופיע לאחר חישול אינו חל על נישואין. בין החסרונות של סגסוגת VT3-1, יש צורך בעלויות עבודה גדולות בייצור שלה ובעלות גבוהה. מתכות כאלה מגיבות טוב יותר לדחיסה מאשר למתח.

מתכת מגולגלת VT3-1, כולל תיל, מוט, עיגול ואחרים, בשל התאמתם לתנאי שימוש קיצוניים, משמשים בבניית ספינות, מטוסים ורקטות. בשל עמידותה בפני קורוזיה וההשפעות השליליות של סביבות חומצה, הסגסוגת נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות הכימיות והנפט והגז. אינרטיות ביולוגית, כלומר בטיחות לגוף, מבטיחה את השימוש הפעיל בו בתחומי המזון, החקלאות והרפואה.

ל-VT-6 יש את המאפיינים הבאים:

• חוזק ספציפי מוגבר;
• · רגישות נמוכה להשפעה של מימן בהשוואה לפלדה של המותג OT4;
• · רגישות נמוכה לקורוזיה בהשפעת מלח;
• יכולת ייצור גבוהה: כאשר הוא מחומם, הוא מתעוות בקלות.

מגוון רחב של מתכת מגולגלת עשוי מסגסוגת של המותג המתואר: מוט, צינור, הטבעה, צלחת, גיליון וזנים רבים אחרים.

הריתוך שלהם מתבצע במספר שיטות מסורתיות, כולל דיפוזיה. כתוצאה מהשימוש בריתוך קרן אלקטרונים, הריתוך דומה בחוזק לחומר הבסיס.

טיטניום בדרגה BT6 נמצא בשימוש נרחב באותה מידה, גם מחולל וגם מטופל בחום, מה שאומר שהוא איכותי יותר.

חישול של סדין, צינור דק דופן, פרופיל מתבצע בטווח טמפרטורות של 750 עד 800 מעלות צלזיוס. הקירור מתבצע באחד משני הצדדים מחוץ לביתאו בתנור.

מתכת מגולגלת גדולה כגון סורגים, הטבעות, פרזול מחושלות בטווח הטמפרטורות שבין 760 ל-800 מעלות צלזיוס. הוא מקורר בתנור, המגן על מוצרים גדולים מפני דפורמציה, וקטנים מפני התקשות חלקית.

יש תיאוריה שזה יותר רציונלי לחשל בטווח הטמפרטורות שבין 900 ל-950 מעלות צלזיוס. זה יגדיל את קשיחות השבר, חוזק ההשפעה, ובשל ההרכב המעורב עם אחוז גדול של רכיב הפלסטיק, ישמר את הפלסטיות של המוצר. כמו כן, שיטת חישול דומה תגביר את עמידות הסגסוגת בפני קורוזיה.

הוא משמש בייצור (בעת ריתוך) של מבנים גדולים, למשל, כגון אלמנטים מבניים של מטוסים. זהו גם יצירת צילינדרים המסוגלים לעמוד בלחץ מוגבר בתוך עצמם בטווח הטמפרטורות של -196 - 450 C. לפי התקשורת המערבית, כמחצית מכל הטיטניום המשמש בתעשיית התעופה הוא טיטניום BT-6.

בתוך סגסוגות

סגסוגות עם מבנה v. חלקם מנוסים ב-BT15, TC6 עם תכולה גבוהה של כרום ומוליבדן. סגסוגות אלו משלבות גמישות תהליך טובה עם חוזק גבוה מאוד ויכולת ריתוך טובה.

מוצרים מוגמרים למחצה מטיטניום וסגסוגות טיטניום מיוצרים בצורות וסוגים שונים: מטילי טיטניום, לוחות טיטניום, ריקים, יריעות טיטניום ולוחות טיטניום, רצועות ורצועות טיטניום, מוטות טיטניום (או עיגולי טיטניום), חוטי טיטניום, צינורות טיטניום.

קבוצה זו כוללת סגסוגות שהמבנה שלהן נשלט על ידי תמיסה מוצקה המבוססת על שינוי β של טיטניום. יסודות הסגסוג העיקריים הם מייצבי β (יסודות המורידים את הטמפרטורה של הטרנספורמציה הפולימורפית של טיטניום). סגסוגות β מכילות כמעט תמיד אלומיניום, המחזק אותן.

בשל הסריג המעוקב, סגסוגות c קלות יותר מסגסוגות b- ו-(b+c), עוברות דפורמציה קרה, מתקשות היטב במהלך טיפול בחום, המורכב מהתקשות והתיישנות, והן מרותכות בצורה משביעת רצון; יש להם עמידות בחום גבוהה למדי; עם זאת, כאשר הם מסויגים רק עם מייצבי β, עמידות החום יורדת באופן ניכר עם עליית הטמפרטורה מעל 400 מעלות צלזיוס. עמידות הזחילה והיציבות התרמית של סגסוגות מסוג זה נמוכות מאלה של סגסוגות המבוססות על תמיסה א-סולידית.

לאחר היישון, החוזק של סגסוגות β יכול להגיע ל-1700 MPa (תלוי במותג הסגסוגת ובסוג המוצר הגמור למחצה). למרות השילוב המועדף של מאפייני חוזק ומשיכות, לסגסוגות β יש היקף מוגבל בשל העלות הגבוהה והמורכבות של תהליך הייצור, כמו גם הצורך בהקפדה על פרמטרים טכנולוגיים.

טווח היישום של סגסוגות β עדיין רחב למדי - מדיסקים של מנועי מטוסים ועד לתותבות רפואיות שונות. בתנאים של ייצור תעשייתי, ניתן לחזות את המאפיינים של מבנה המיקרו של פרזול בגודל גדול. עם זאת, בשל מורכבותו, עלולים להתעורר קשיים במהלך בקרת אולטרסאונד.

טיטניום נקרא במקור "גרגוריט" על ידי הכימאי הבריטי הכומר ויליאם גרגור, שגילה אותו ב-1791. טיטניום התגלה אז באופן עצמאי על ידי הכימאי הגרמני M.H. Klaproth בשנת 1793. הוא כינה אותו טיטאן לכבוד הטיטאנים מהמיתולוגיה היוונית - "התגלמות הכוח הטבעי". רק ב-1797 גילה קלפרוט שהטיטניום שלו הוא יסוד שהתגלה בעבר על ידי גרגור.

מאפיינים ומאפיינים

טיטניום הוא יסוד כימי עם הסמל Ti ומספר אטומי 22. זוהי מתכת מבריקה עם צבע כסוף, צפיפות נמוכה וחוזק גבוה. הוא עמיד בפני קורוזיה במי ים וכלור.

אלמנט נפגשבמספר מרבצי מינרלים, בעיקר רוטיל ואילמניט, המופצים באופן נרחב בקרום כדור הארץ ובליתוספירה.

טיטניום משמש לייצור סגסוגות קלות חזקות. שתי התכונות השימושיות ביותר של מתכת הן עמידות בפני קורוזיה ויחס קשיות לצפיפות, הגבוה מכל אלמנט מתכת. במצבה הלא-מסגסוג, מתכת זו חזקה כמו פלדות מסוימות, אך פחות צפופה.

תכונות פיזיקליות של מתכת

זו מתכת חזקהבעל צפיפות נמוכה, רקיע למדי (במיוחד בסביבה אנוקסית), לבן מבריק ולבן מתכתי. נקודת ההיתוך הגבוהה יחסית של מעל 1650°C (או 3000°F) הופכת אותו לשימושי כמתכת עקשנית. הוא פרמגנטי ובעל מוליכות חשמלית ותרמית נמוכה למדי.

בסולם Mohs, הקשיות של טיטניום היא 6. לפי אינדיקטור זה, הוא נחות מעט מפלדה מוקשה וטונגסטן.

לטיטניום טהור מסחרית (99.2%) יש חוזק מתיחה של כ-434 MPa, העומד בקנה אחד עם סגסוגות פלדה רגילות בדרגה נמוכה, אך טיטניום קל בהרבה.

תכונות כימיות של טיטניום

כמו אלומיניום ומגנזיום, טיטניום וסגסוגותיו מתחמצנים מיד בחשיפה לאוויר. הוא מגיב לאט עם מים ואוויר בטמפרטורות סביבה, מכיוון שהוא יוצר ציפוי תחמוצת פסיביאשר מגן על מתכת בתפזורת מפני חמצון נוסף.

פסיבציה אטמוספרית מעניקה לטיטניום עמידות מצוינת בפני קורוזיה כמעט שווה ערך לפלטינה. טיטניום מסוגל לעמוד במתקפה של גופרית מדוללת ו חומצות הידרוכלוריות, תמיסות כלוריד ורוב החומצות האורגניות.

טיטניום הוא אחד היסודות הבודדים שנשרפים בחנקן טהור, מגיבים ב-800 מעלות צלזיוס (1470 מעלות פרנהייט) ליצירת טיטניום ניטריד. בשל התגובתיות הגבוהה שלהם עם חמצן, חנקן וכמה גזים אחרים, חוטי טיטניום משמשים במשאבות סובלימציה של טיטניום כבולמים לגזים אלה. משאבות אלו הן זולות ומייצרות לחצים נמוכים במיוחד במערכות UHV.

מינרלים נושאי טיטניום נפוצים הם אנטאז, ברוקיט, אילמניט, פרוסקיט, רוטיל וטיטניט (ספפן). מהמינרלים הללו, רק רוטילולאילמניט יש חשיבות כלכלית, אבל גם אלה קשה למצוא בריכוזים גבוהים.

טיטניום נמצא במטאוריטים ונמצא בשמש ובכוכבים מסוג M עם טמפרטורת פני השטח של 3200°C (5790°F).

השיטות המוכרות כיום להפקת טיטניום מעפרות שונות הן עמלניות ויקרות.

ייצור וייצור

נכון לעכשיו, כ-50 דרגות של טיטניום וסגסוגות טיטניום פותחו ונמצאים בשימוש. נכון להיום, 31 סוגים של מתכת טיטניום וסגסוגות מוכרות, מתוכן מחלקות 1-4 טהורות מסחרית (ללא סגסוגות). הם נבדלים בחוזק המתיחה בהתאם לתכולת החמצן, כאשר דרגה 1 היא הכי גמישה (חוזק המתיחה הנמוך ביותר עם 0.18% חמצן) ודרגה 4 היא הכי פחות גמישה (חוזק מתיחה מרבי עם 0.40% חמצן).

המחלקות הנותרות הן סגסוגות, שלכל אחת מהן תכונות ספציפיות:

• פלסטיק;
• כוח;
• קַשִׁיוּת;
• התנגדות חשמלית;
• עמידות בפני קורוזיה ספציפית והשילובים ביניהם.

בנוסף למפרטים אלה, סגסוגות טיטניום מיוצרות גם כדי לעמוד בדרישות תעופה וחלל וצבאיות (SAE-AMS, MIL-T), תקני ISO ומפרטים ספציפיים למדינה, ודרישות משתמש קצה ליישומים תעופה וחלל, צבאי, רפואי ותעשייתי.

ניתן ליצור בקלות מוצר שטוח טהור מסחרית (יריעה, צלחת), אך העיבוד חייב לקחת בחשבון את העובדה שלמתכת יש "זיכרון" ונטייה לחזור חזרה. זה נכון במיוחד עבור כמה סגסוגות בעלות חוזק גבוה.

טיטניום משמש לעתים קרובות לייצור סגסוגות:

• עם אלומיניום;
• עם ונדיום;
• עם נחושת (להתקשות);
• עם ברזל;
• עם מנגן;
• עם מוליבדן ומתכות אחרות.

תחומי שימוש

סגסוגות טיטניום בצורה של יריעות, לוחות, מוטות, תיל, יציקה מוצאות יישומים בשווקים תעשייתיים, תעופה וחלל, פנאי ומתעוררים. טיטניום אבקת משמש בפירוטכניקה כמקור לחלקיקים בוערים בהירים.

מכיוון שלסגסוגות טיטניום יש יחס חוזק מתיחה לצפיפות גבוה, עמידות גבוהה בפני קורוזיה, עמידות בפני עייפות, עמידות גבוהה לסדקים ויכולת טמפרטורה בינונית גבוהה, הן משמשות במטוסים, שריון, ספינות ימיות, חלליותורקטות.

עבור יישומים אלה, טיטניום מסויג עם אלומיניום, זירקוניום, ניקל, ונדיום ואלמנטים אחרים כדי לייצר מגוון רחב של רכיבים, כולל איברים מבניים קריטיים, קירות אש, ציוד נחיתה, צינורות פליטה (מסוקים) ומערכות הידראוליות. למעשה, כשני שליש ממתכת הטיטניום המיוצרת משמשת במנועים ובמסגרות של מטוסים.

מאז סגסוגות טיטניום עמידות בפני קורוזיה מי ים, הם משמשים לייצור פירי מדחף, אביזרי מחליף חום וכו'. סגסוגות אלה משמשות בבתים ורכיבים של התקני תצפית וניטור אוקיינוסים עבור המדע והצבא.

סגסוגות ספציפיות מיושמות בבור ובארות נפט ובהידרופטלורגיית ניקל בגלל החוזק הגבוה שלהן. תעשיית העיסה והנייר משתמשת בטיטניום בציוד תהליך החשוף לסביבות קשות כגון נתרן היפוכלוריט או גז כלור רטוב (בהלבנה). יישומים אחרים כוללים ריתוך קולי, הלחמת גלים.

בנוסף, סגסוגות אלו משמשות במכוניות, במיוחד במירוצי מכוניות ואופנועים, שבהם משקל נמוך, חוזק גבוה וקשיחות חיוניים.

טיטניום משמש במוצרי ספורט רבים: מחבטי טניס, מקלות גולף, גלילי לקרוס; קסדות קריקט, הוקי, לקרוס וכדורגל, כמו גם מסגרות ורכיבים לאופניים.

בשל עמידותו, טיטניום הפך פופולרי יותר עבור תכשיטי מעצבים (במיוחד טבעות טיטניום). האינרטיות שלו הופכת אותו לבחירה טובה עבור אנשים עם אלרגיות או כאלה שיענדו תכשיטים בסביבות כמו בריכות שחייה. טיטניום גם סגסוגת זהב כדי לייצר סגסוגת שניתן למכור בזהב 24 קראט מכיוון ש-1% Ti סגסוגת לא מספיק כדי לדרוש דרגה נמוכה יותר. הסגסוגת המתקבלת היא בערך הקשיות של זהב 14 קראט והיא חזקה מזהב טהור 24 קראט.

אמצעי זהירות

טיטניום אינו רעיל אפילו במינונים גבוהים. בצורת אבקה או כשבבי מתכת, הוא מהווה סכנת שריפה חמורה, ואם הוא מחומם באוויר, סכנת פיצוץ.

מאפיינים ויישומים של סגסוגות טיטניום

להלן סקירה כללית של סגסוגות הטיטניום הנפוצות ביותר, המחולקות למחלקות, תכונותיהן, היתרונות והיישומים התעשייתיים שלהן.

כיתה ז'

דרגה 7 מקבילה מבחינה מכנית ופיזית לטיטניום טהור דרגה 2, למעט תוספת של יסוד ביניים של פלדיום, מה שהופך אותו לסגסוגת. יש לו יכולת ריתוך וגמישות מצוינים, העמידות בפני קורוזיה מכל סגסוגות מסוג זה.

Class 7 משמש בתהליכים כימיים וייצור רכיבי ציוד.

כיתה יא

דרגה 11 דומה מאוד לדרגה 1, למעט תוספת פלדיום לשיפור עמידות בפני קורוזיה, מה שהופך אותה לסגסוגת.

אַחֵר תכונות מועילות כוללים גמישות אופטימלית, חוזק, קשיחות ויכולת ריתוך מצוינת. ניתן להשתמש בסגסוגת זו במיוחד ביישומים שבהם קורוזיה היא בעיה:

• עיבוד כימי;
• ייצור כלורטים;
• הַתפָּלָה;
• יישומים ימיים.

Ti 6Al-4V class 5

Alloy Ti 6Al-4V, או טיטניום דרגה 5, הוא הנפוץ ביותר בשימוש. הוא מהווה 50% מכלל צריכת הטיטניום ברחבי העולם.

קלות השימוש טמונה ביתרונות הרבים שלו. Ti 6Al-4V ניתן לטיפול בחום כדי להגביר את חוזקו. לסגסוגת זו חוזק גבוה במשקל נמוך.

זוהי הסגסוגת הטובה ביותר לשימוש במספר תעשיותכגון תעשיות תעופה וחלל, רפואיות, ימיות וכימיות. ניתן להשתמש בו כדי ליצור:

• טורבינות תעופה;
• רכיבי מנוע;
• אלמנטים מבניים של מטוסים;
• מחברי תעופה וחלל;
• חלקים אוטומטיים בעלי ביצועים גבוהים;
• ציוד ספורט.

Ti 6AL-4V ELI class 23

דרגה 23 - טיטניום כירורגי. Ti 6AL-4V ELI, או דרגה 23, היא גרסה בעלת טוהר גבוה יותר של Ti 6Al-4V. זה יכול להיות עשוי מגלילים, גדילים, חוטים או חוטים שטוחים. זוהי הבחירה הטובה ביותר לכל מצב שבו נדרש שילוב של חוזק גבוה, משקל נמוך, עמידות טובה בפני קורוזיה וקשיחות גבוהה. יש לו עמידות מעולה לנזק.

זה יכול לשמש ביישומים ביו-רפואיים כגון רכיבים הניתנים להשתלה בשל התאימות הביולוגית שלו, חוזק עייפות טוב. זה יכול לשמש גם בפרוצדורות כירורגיות לייצור מבנים אלה:

• סיכות וברגים אורטופדיים;
• מהדקים לקשירה;
• סיכות כירורגית;
• קפיצים;
• מכשירים אורתודונטיים;
• כלי קריוגניים;
• מכשירים לקיבוע עצם.

כיתה 12

טיטניום דרגה 12 בעל יכולת ריתוך מעולה באיכות גבוהה. זוהי סגסוגת חוזק גבוה המספקת חוזק טוב בטמפרטורות גבוהות. לטיטניום דרגה 12 מאפיינים דומים לפלדות אל-חלד מסדרת 300.

היכולת שלו להיווצר במגוון דרכים הופכת אותו לשימושי ביישומים רבים. העמידות הגבוהה בפני קורוזיה של סגסוגת זו הופכת אותה גם לבעלת ערך רב עבור ייצור ציוד. Class 12 יכול לשמש בתעשיות הבאות:

• מחליפי חום;
• יישומים הידרו-מטלורגיים;
• ייצור כימי עם טמפרטורה גבוהה;
• רכיבי ים ואוויר.

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn היא סגסוגת שיכולה לספק יכולת ריתוך טובה עם יציבות. יש לו גם יציבות בטמפרטורה גבוהה וחוזק גבוה.

Ti 5Al-2.5Sn משמש בעיקר בתעשיית התעופה, כמו גם במתקנים קריוגניים.