Titan je důležitý kovový prvek s chemickou značkou Ti a atomovým číslem 22 v periodické tabulce. Má stříbrno-bílý kovový lesk a má vynikající vlastnosti, jako je vysoký bod tání, nízká hustota, vysoká pevnost a silná tažnost. Titan je zásadní průmyslový materiál. Pokud se chcete dozvědět více o titanu, pokračujte ve čtení níže!
Jiný termín pro titan
Titan má mnoho vynikajících výhod, jako je: nízká hustota, silná tažnost a silná odolnost proti korozi, takže je také známý jako „zázračný kov“, „vesmírný kov“ nebo „mořský kov“.
Historie titanu
V roce 1791 byl v Anglii amatérským geologem objeven titan William Gregory. V roce 1795 německý chemik Klaproth, odkazující na jména titánských božstev z řecké mytologie, pojmenoval tento nový prvek „Titan“. Až v roce 1910 americký chemik Hunter poprvé získal kovový titan o čistotě 99.9 % redukcí TiCl sodíkem. V roce 1940 lucemburský vědec Kroll také vyrobil čistý titan metodou redukce hořčíku. Od té doby se jak metoda redukce hořčíku, tak metoda redukce sodíku staly průmyslovými procesy pro výrobu titanu.
Barva titanu
Titanový kov má vzhled oceli se stříbrno-bílým nebo stříbrno-šedým leskem a je to přechodný kov.
Z čeho je vyroben titan?
Titan je široce rozšířen, tvoří asi 0.44 % zemské kůry a nachází se ve všech horninách, píscích, jílech a dalších půdách. Protože však titan snadno reaguje s kyslíkem, čistý titan se v přírodě nenachází; existuje hlavně ve formě oxidu titaničitého. Mezi titanové rudy patří hlavně ilmenit a rutil a čistý titan lze získat čištěním těchto minerálů.
Jak se vyrábí titan?
Titan se obvykle vyrábí pomocí Proces Kroll. Nejprve se zahřeje titanová ruda za vzniku kapalného chloridu titaničitého (TiCl4). Dále se provádí čištění pomocí frakční destilace. Po destilaci se přidá roztavený hořčík, aby se zredukoval na formu „houby“. Houba se poté roztaví za vzniku ingotů, které se dále zpracovávají na různé mechanické výrobky, jako jsou tyče, desky, plechy a trubky. Nakonec se tyto mechanické výrobky dále zpracovávají a tvarují a podle potřeby se aplikuje povrchová úprava pro optimalizaci výrobku.
Jaké jsou hlavní typy titanu?
Titan má dva typy polymorfních struktur, a to fázi α a fázi β. Na základě polymorfních charakteristik titanu lze slitiny titanu rozdělit do následujících tří hlavních kategorií: slitiny α titanu, slitiny β titanu a slitiny α+β titanu.
Alfa slitina titanu
Slitiny alfa titanu se dále dělí na slitiny plné alfa a slitiny blízké alfa. Jsou to jednofázové slitiny složené z tuhého roztoku alfa fáze. Vykazují dobré zpracovatelské vlastnosti za studena i za tepla, stabilní strukturu a silnou oxidační odolnost.
Beta titanová slitina
Beta titanové slitiny se dále dělí na stabilní beta slitiny, metastabilní beta slitiny a slitiny blízké beta. Jsou to jednofázové slitiny složené z beta fáze pevného roztoku a vykazují vynikající pevnostní charakteristiky, dosahující vysoké úrovně pevnosti. Mají také vysokou odolnost proti korozi a svařitelnost.
α+β (Alpha+Beta) slitina titanu
Jedná se o dvoufázovou slitinu s dobrými komplexními vlastnostmi, včetně stabilní struktury, dobré houževnatosti, dobré plasticity a odolnosti proti vysokoteplotní deformaci. Slitina může být zpevněna procesy, jako je lisování za tepla, kalení a ošetření stárnutím.
Jaké jsou běžné druhy titanu?
Grade 1
Komerčně čistý titan třídy 1 je nejměkčí a nejtažnější typ titanu. Nabízí maximální tvarovatelnost, vynikající odolnost proti korozi a vysokou rázovou houževnatost. Je to preferovaný materiál pro aplikace vyžadující snadné tvarování a běžně se používá v leteckém, automobilovém a energetickém průmyslu.
Grade 2
Komerčně čistý titan třídy 2 je nejběžněji používaným komerčním čistým titanem se střední pevností a vynikajícími vlastnostmi pro tváření za studena. Ve srovnání s jinými komerčními jakostmi čistého titanu je titan Grade 2 o něco slabší než Grade 3, ale silnější než Grade 1, přičemž stále nabízí odolnost proti korozi. Díky své odolnosti proti korozi se běžně používá v námořním, lékařském, energetickém a ropném průmyslu.
Grade 3
Titan třídy 3 je nejméně používaný mezi komerčními čistými titany, ale nesnižuje to jeho hodnotu. Má vysokou pevnost, dobrou odolnost proti korozi a svařitelnost. Jeho pevnost je vyšší než Grade 1 a Grade 2, ale jeho tažnost je nižší než u ostatních dvou jakostí. Běžně se používá v námořním průmyslu, leteckém a chemickém průmyslu.
Grade 4
Titan třídy 4 je považován za nejpevnější mezi komerčními čistými titanovými třídami, známý pro svou vynikající odolnost proti korozi, dobrou tvarovatelnost a svařitelnost. Běžně se používá v leteckém, chemickém a lékařském průmyslu pro aplikace, jako jsou konstrukce draků letadel, výměníky tepla, chirurgický hardware atd.
Stupeň 5 nebo Ti 6Al-4V
Titan třídy 5, také známý jako Ti6Al-4V, je označován jako „tažný kůň“ slitin titanu a je nejběžněji používaným ze všech slitin titanu, přičemž představuje 50 % celkového celosvětového využití titanu. Tato slitina se vyznačuje nízkou hmotností, extrémně vysokou pevností, tepelnou odolností, odolností proti korozi a tvarovatelností. Proto je velmi oblíbený v leteckém průmyslu pro výrobu motorů, konstrukčních součástí a spojovacích prvků.
Stupeň 6 nebo Ti 5Al-2.5Sn
Titan třídy 6 má extrémně silnou stabilitu a zachovává si dobrou svařitelnost a pevnost i při vysokých teplotách. Vykazuje také vynikající zpracovatelské vlastnosti. Běžně se používá pro skříně turbínových motorů, součásti letadel a části pro chemické zpracování.
Grade 7
Titan třídy 7 je podobný titanu třídy 2, s výjimkou přidání intersticiálního prvku palladia (v rozsahu 0.12 % až 0.25 %), který zvyšuje jeho schopnost odolávat štěrbinové korozi. Stupeň 7 také vykazuje vynikající svařitelnost a je nejodolnější vůči korozi ze všech slitin titanu. Běžně se používá v chemické výrobě, odsolování mořské vody a výrobě energie.
Grade 11
Titan třídy 11, také známý jako CP Ti-0.15Pd, je komerční čistý titan podobný jakosti 1 a třídy 2, s přidáním malého množství palladia pro zvýšení odolnosti proti korozi. Může být použit k prevenci štěrbinové koroze a snížení kyselin v chloridových prostředích. Titan třídy 11 také vykazuje vysokou tažnost, tvárnost za studena, užitečnou pevnost, rázovou houževnatost a vynikající svařitelnost. Běžně se používá v chemickém zpracování a výměnících tepla.
Stupeň 12 nebo Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
Titan třídy 12, také známý jako Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, je slitina vysoce odolná proti korozi obsahující malá množství niklu a molybdenu. Tyto prvky zvyšují odolnost proti korozi a zvyšují pevnost slitiny. Běžně se používá v aplikacích, jako jsou lodě nebo pobřežní vrtné plošiny.
Stupeň 23 nebo Ti 6AL-4V ELI
Titan třídy 123, také známý jako Ti 6Al-4V ELI, se vyznačuje vysokou tažností, vysokou pevností, nízkou hmotností, odolností proti korozi a vysokou houževnatostí. Je preferovanou volbou pro zubní a lékařské aplikace.
Jaký druh titanu je nejlepší?
Titan třídy 5 (Ti 6Al-4V) je známý jako „pracant“, protože představuje polovinu poptávky po titanu. Díky své široké škále žádoucích vlastností se stal nejběžněji používaným typem titanu. Titan třídy 5 má vysokou pevnost, vysokou tažnost, silnou odolnost proti korozi, vynikající tepelnou stabilitu a snadno se zpracovává a tvaruje, díky čemuž je široce používán v průmyslových odvětvích, jako je letecký a námořní průmysl.
Jaká je cena titanu?
Cena komerčního čistého titanu je přibližně 23-25 USD za kilogram, zatímco cena slitin titanu je přibližně 27-30 USD za kilogram.
Jaká je nejlevnější třída titanu?
V současné době je titan třídy 1 relativně levnější, zejména v závislosti na konkrétních požadavcích aplikace a podmínkách nabídky na trhu.
Jaký druh titanu se používá pro eloxování
Pro eloxování lze použít titan 2. i 3. třídy.
Jaké jsou vlastnosti titanu?
Níže jsou uvedeny fyzikální a chemické vlastnosti titanu:
Fyzikální vlastnosti
Hustota: 4.5 gramů/cmXNUMX
Barva: Stříbrno-bílý kovový lesk
Pevnost: Pevnost titanu závisí na kvalitě titanu a koncentraci jeho legujících prvků.
Hojnost: Titan je devátým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, téměř ve všech horninách a sedimentech.
Teplotní odolnost: Titan snese vyšší a nižší teploty ve srovnání s nerezovou ocelí a hliníkem.
Kujnost: Tažnost titanu se pohybuje od 6 % prodloužení (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) do 25 % (komerčně čistý stupeň 1).
Chemické vlastnosti
Oxidace: Díky svému vysokému oxidačnímu potenciálu se titan v přírodě nevyskytuje ve své čisté formě, ale spíše ve formě oxidů v horninách a minerálech.
Reaktivita: Při vysokých teplotách reaguje s kyselinami a halogeny, ale s alkáliemi nereaguje vůbec.
Odolnost proti korozi: Titan má extrémně silnou odolnost proti korozi, odolává korozi z kyselin, zásad a mořské vody, protože molekuly kyslíku se spojují s titanem za vzniku oxidu titaničitého.
Obrábění: Snadno se zpracovává na různé tvary výrobků, jako jsou tyče, desky, trubky atd.
Proces výroby titanu
Proces Kroll se používá k přeměně surového titanu na kovový titan. Kroky tohoto procesu zahrnují extrakci, čištění, výrobu houby, výrobu slitin, stejně jako tvarování a tvarování.
Těžba
Vysoce kvalitní koncentráty se extrahují ze surových rud, jako je ilmenit a rutil, a posílají se do továren ke zpracování. Po předběžné úpravě k odstranění obsahu železa se ilmenit umístí do reaktoru s fluidním ložem obsahujícím chlor a uhlík a zahřeje se na 900 °C. Během chemické reakce vzniká chlorid titaničitý spolu s oxidem uhelnatým. Chlorid titaničitý obsahuje nečistoty, které je třeba odstranit pro přípravu oxidu titaničitého.
Čištění
Chlorid titaničitý prochází vysokoteplotní vakuovou destilací za účelem čištění. Kov vyrobený během procesu extrakce se zahřívá ve velkých destilačních tancích. Proces čištění využívá frakční destilaci a srážení k oddělení nečistot. V důsledku různých bodů varu různých prvků se během destilačního procesu různé prvky odstraní, když dosáhnou svých bodů varu. Mezi odstraněné nečistoty patří vanad, křemík, hořčík, zirkonium a železo.
Tvorba houby
Za vzniku houby se vyčištěný chlorid titaničitý nalévá do reakčních nádob z nerezové oceli v kapalné formě. Přidá se hořčík a směs se zahřívá na 1100 °C, aby reagovala s chlorem za vzniku chloridu hořečnatého. Plynný argon je čerpán, aby se odstranil vzduch, což zabraňuje reakcím s kyslíkem a dusíkem. Vyrobený titan se extrahuje vrtáním a zpracovává se směsí vody a kyseliny chlorovodíkové, aby se odstranil přebytek hořčíku a chloridu hořečnatého. Výsledný titan je ve formě houby.
Tvorba slitin
Čistý houbovitý titan se při výrobě slitin mísí s různými slitinami a kovovými odpady. Po roztavení a smíchání kovů ve vhodných poměrech jsou kusy zhutněny a svařeny za vzniku houbových elektrod. Ty se taví ve vakuové obloukové peci za vzniku ingotů pro další zpracování na různé průmyslové a komerční produkty.
Tvarování a formování
Ingoty jsou vyjmuty z pece, kontrolovány, baleny a přepravovány pro výrobu produktů ze slitiny titanu. Vlastnosti každého ingotu jsou kontrolovány, aby bylo zajištěno, že splňují požadavky zákazníka. Během výrobního procesu ingotů procházejí různými procesy, jako je svařování, tvarování, odlévání, kování a prášková metalurgie.
Jaké jsou výhody titanu?
Vysoká pevnost
Titan má vynikající pevnost, což z něj činí jeden z nejsilnějších kovů v periodické tabulce. Díky své nízké hustotě je titan také velmi lehký.
Odolnost proti korozi
Titan snadno reaguje s kyslíkem a vytváří na svém povrchu tenkou vrstvu oxidu, která poskytuje přirozenou odolnost proti korozi.
Biokompatibilita
Titan je netoxický a biokompatibilní s lidmi i zvířaty. Proto se titan často používá v lékařském a zubním průmyslu.
Nízký koeficient tepelné roztažnosti
Titan má nízký koeficient tepelné roztažnosti, což má za následek minimální roztahování a smršťování při extrémních teplotách, což vede k vyšší strukturální stabilitě.
Vysoká teplota tání
Titan má extrémně vysoký bod tání (přibližně 1668 °C), díky čemuž je velmi vhodný pro vysokoteplotní aplikace, jako jsou slévárny a turbínové tryskové motory.
Vynikající výrobní možnosti
Přestože je titan velmi pevný kov, je také měkký a tažný. To umožňuje výrobu titanových komponent pomocí různých výrobních procesů.
Jaká jsou omezení titanu?
Drahý
Titan je považován za vzácný kov a jeho čištění je nákladné a složité.
Náročné na tvarování
K jeho tvarování do užitečných forem jsou zapotřebí pokročilé stroje a specializované vybavení.
Reaguje při vysokých teplotách
Díky tomu je výroba čistého titanu a titanových slitin těžkopádná a vysoce kontrolovaná. Výroba titanu musí být prováděna v přísně kontrolovaném anaerobním prostředí.
Špatná tepelná vodivost
Titan je materiál se špatnou tepelnou vodivostí, takže se obtížně zpracovává.
Jaké jsou aplikace titanu?
Aerospace
Slitiny titanu jsou ceněny v letecký průmysl pro jejich vysoký poměr pevnosti k hustotě, odolnost proti korozi a schopnost odolávat mírným teplotám bez tečení.
Automobilový průmysl
Titan je oblíbený v automobilovém průmyslu pro svou nízkou hustotu, vysoký poměr pevnosti k hmotnosti, odolnost proti korozi a tepelnou odolnost.
Průmysl
Titan je široce používán v průmyslovém prostředí díky své vysoké pevnosti, odolnosti proti korozi, nízké hmotnosti a trvanlivosti. Jeho aplikace zahrnují výměníky tepla, ventily, potrubí a spojovací tyče.
Zdravotnictví
Titan je netoxický a biokompatibilní s lidskými kostmi, takže je velmi vhodný pro lékařské aplikace. Má přirozené vlastnosti pro integraci kosti a může být použit pro zubní implantáty, které mohou trvat déle než 30 let, což je také užitečné pro aplikace ortopedických implantátů.
Účinky kovového titanu na zdraví a životní prostředí
Účinky titanu na zdraví
Kovový titan je biokompatibilní materiál s vynikající biokompatibilitou a je netoxický. Běžně se používá v lékařských nástrojích a implantátech a nemá škodlivé účinky na lidský organismus.
Vliv titanu na životní prostředí
Titan neuvolňuje toxické látky, čímž se zamezuje nepříznivým dopadům na životní prostředí. Během výrobního procesu titanu však může vznikat určitý odpad nebo výfukové emise. Nicméně s účinným řízením a proaktivními opatřeními na úpravu lze dopad na životní prostředí minimalizovat na co největší možnou míru.
Nejčastější dotazy
Je titan odolný vůči korozi?
Ano, slitiny titanu mají vynikající odolnost proti korozi a odolají erozi mnoha chemikálií.
Je titan magnetický?
Obecně řečeno, čistý titan je typicky nemagnetický, protože krystalová struktura čistého titanu nepodporuje magnetismus. Některé titanové slitiny však mohou vykazovat magnetismus v závislosti na typech a koncentracích legujících prvků.
Je titan neprůstřelný?
Ano, titan má neprůstřelné vlastnosti pro ruční zbraně a lovecké pušky, ale pro vybavení vojenské kvality titan neprůstřelný není.
Jaký je rozdíl mezi titanem a hliníkem?
Vlastnosti materiálu
Titan má vyšší pevnost a odolnost proti korozi než hliník, i když je také lehčí než hliník, ale je dražší. Hliník je lehký kov s dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí a nižší cenou ve srovnání s titanem.
Aplikace
Titan se běžně používá v aplikacích vyžadujících vysokou pevnost a odolnost proti korozi, jako je letecký průmysl a lékařská zařízení. Hliník má širší škálu aplikací, včetně letectví, automobilového průmyslu, stavebnictví a elektroniky.
Obtížnost zpracování
Vzhledem ke své vyšší pevnosti a odolnosti proti korozi se titan obtížněji zpracovává, což vyžaduje zařízení a techniky na zpracování na vyšší úrovni. Naproti tomu hliník je relativně snadno zpracovatelný a lze jej obrábět a tvarovat běžnými metodami.
Jaká kvalita titanu se používá pro 3D tisk?
Titan třídy 5, také známý jako Ti-6Al-4V, se běžně používá ve 3D tisku díky svému vynikajícímu poměru pevnosti k hmotnosti a biokompatibilitě.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Tento článek přibližuje, co je titan, jeho vývojovou historii, druhy titanu, klasifikaci jakostí titanu, základní informace o jeho vlastnostech atd. Proces tvorby titanových slitin je primárně vysvětlen pomocí Krollovy metody spolu s výhodami a nevýhodami titanu a jeho aplikační oblasti.
Pokud se chcete dozvědět více o titanu nebo mít přizpůsobené požadavky na produkty, navštivte naše webové stránky.