Titaani on tärkeä metallialkuaine, jonka kemiallinen symboli Ti ja atominumero 22 jaksollisessa taulukossa. Sillä on hopeanvalkoinen metallikiilto, ja sillä on erinomaiset ominaisuudet, kuten korkea sulamispiste, alhainen tiheys, korkea lujuus ja vahva sitkeys. Titaani on tärkeä teollinen materiaali. Jos haluat oppia lisää titaanista, jatka lukemista alla!
Toinen termi titaanille
Titaanilla on monia merkittäviä etuja, kuten: alhainen tiheys, vahva sitkeys ja vahva korroosionkestävyys, joten se tunnetaan myös nimellä "ihmemetalli", "avaruusmetalli" tai "merimetalli".
Titaanin historia
Vuonna 1791 amatöörigeologi löysi titaanin Englannista William Gregor. Vuonna 1795 saksalainen kemisti Klaproth antoi tälle uudelle alkuaineelle nimen "titaani", viitaten kreikkalaisen mytologian titaanien jumalien nimiin. Vasta vuonna 1910 amerikkalainen kemisti Hunter sai ensimmäisen kerran 99.9 % puhdasta titaanimetallia pelkistämällä TiCl:n natriumilla. Vuonna 1940 luxemburgilainen tiedemies Kroll tuotti myös puhdasta titaania magnesiumpelkistysmenetelmällä. Siitä lähtien sekä magnesiumin pelkistysmenetelmästä että natriumin pelkistysmenetelmästä on tullut teollisia prosesseja titaanin valmistukseen.
Titaanin väri
Titaanimetalli on teräksen näköinen, hopeanvalkoinen tai hopeanharmaa kiilto, ja se on siirtymämetallia.
Mistä titaani on tehty?
Titaani on levinnyt laajalle, sen osuus on noin 0.44 % maankuoresta, ja sitä löytyy kaikista kivistä, hiekasta, savesta ja muusta maaperästä. Koska titaani kuitenkin reagoi helposti hapen kanssa, puhdasta titaania ei löydy luonnosta; se esiintyy pääasiassa titaanidioksidin muodossa. Titaanimalmeja ovat pääasiassa ilmeniitti ja rutiili, ja puhdasta titaania voidaan saada puhdistamalla näitä mineraaleja.
Miten titaani valmistetaan?
Titaania valmistetaan yleensä käyttämällä Kroll-prosessi. Ensinnäkin titaanimalmi kuumennetaan nestemäisen titaanitetrakloridin (TiCl4) tuottamiseksi. Seuraavaksi puhdistus suoritetaan käyttämällä jakotislausta. Tislauksen jälkeen lisätään sulaa magnesiumia sen pelkistämiseksi "sienen" muotoon. Sitten sieni sulatetaan harkkojen muodostamiseksi, jotka jalostetaan edelleen erilaisiksi mekaanisiksi tuotteiksi, kuten tankoiksi, levyiksi, levyiksi ja putkiksi. Lopuksi näitä mekaanisia tuotteita prosessoidaan ja muotoillaan edelleen ja pintakäsittely tehdään tarpeen mukaan tuotteen optimoimiseksi.
Mitkä ovat titaanin päätyypit?
Titaanilla on kahdenlaisia polymorfisia rakenteita, nimittäin α- ja β-faasi. Titaanin polymorfisten ominaisuuksien perusteella titaaniseokset voidaan jakaa seuraaviin kolmeen pääluokkaan: α-titaaniseokset, β-titaaniseokset ja α+β-titaaniseokset.
Alfa-titaaniseos
Alfa-titaaniseokset jaetaan edelleen täysalfa- ja lähes alfa-seoksiin. Ne ovat yksifaasiseoksia, jotka koostuvat alfafaasin kiinteästä liuoksesta. Niillä on hyvät kylmä- ja kuumatyöskentelyominaisuudet, vakaa rakenne ja vahva hapettumisenkestävyys.
Beta-titaaniseos
Beeta-titaaniseokset jaetaan edelleen stabiileihin beetaseoksiin, metastabiileihin beetaseoksiin ja lähes beeta-seoksiin. Ne ovat yksivaiheisia lejeerinkejä, jotka koostuvat kiinteästä beetafaasiliuoksesta ja niillä on erinomaiset lujuusominaisuudet, jotka saavuttavat korkean lujuustason. Niillä on myös vahva korroosionkestävyys ja hitsattavuus.
α+β (Alfa+Beta) Titaaniseos
Se on kaksivaiheinen metalliseos, jolla on hyvät kattavat ominaisuudet, mukaan lukien vakaa rakenne, hyvä sitkeys, hyvä plastisuus ja korkeiden lämpötilojen muodonmuutoskestävyys. Seosta voidaan vahvistaa prosesseilla, kuten kuumapuristamalla, karkaisemalla ja vanhentamalla.
Mitkä ovat yleiset titaanilaadut?
Grade 1
Luokan 1 kaupallinen puhdas titaani on pehmein ja sitkein titaanityyppi. Se tarjoaa maksimaalisen muovattavuuden, erinomaisen korroosionkestävyyden ja suuren iskunkestävyyden. Se on suositeltava materiaali sovelluksissa, jotka vaativat helppokäyttöisyyttä, ja sitä käytetään yleisesti ilmailu-, auto- ja sähköntuotantoteollisuudessa.
Grade 2
Luokan 2 kaupallinen puhdas titaani on yleisimmin käytetty kaupallinen puhdas titaani, jolla on kohtalainen lujuus ja erinomaiset kylmämuovausominaisuudet. Verrattuna muihin kaupallisiin puhtaisiin titaanilajiin, luokan 2 titaani on hieman heikompi kuin Grade 3, mutta vahvempi kuin Grade 1, mutta tarjoaa silti korroosionkestävyyden. Korroosionkestävyyden vuoksi sitä käytetään yleisesti meri-, lääketieteellinen, sähköntuotanto- ja öljyteollisuudessa.
Grade 3
Luokan 3 titaani on vähiten käytetty kaupallisista puhtaista titaanilaaduista, mutta se ei vähennä sen arvoa. Sillä on korkea lujuus, hyvä korroosionkestävyys ja hitsattavuus. Sen lujuus on korkeampi kuin Grade 1 ja Grade 2, mutta sen sitkeys on pienempi kuin kaksi muuta laatua. Sitä käytetään yleisesti meriteollisuudessa, ilmailuteollisuudessa ja kemianteollisuudessa.
Grade 4
Luokan 4 titaania pidetään vahvimpana kaupallisten puhtaiden titaanilaatujen joukossa, ja se tunnetaan erinomaisesta korroosionkestävyydestään, hyvästä muovattavuudestaan ja hitsattavuudestaan. Sitä käytetään yleisesti ilmailu-, kemian- ja lääketeollisuudessa sovelluksissa, kuten lentokoneen runkorakenteissa, lämmönvaihtimissa, kirurgisissa laitteissa jne.
Grade 5 tai Ti 6Al-4V
Grade 5 titaania, joka tunnetaan myös nimellä Ti6Al-4V, kutsutaan titaaniseosten "työhevoseksi", ja se on yleisimmin käytetty titaaniseosten joukossa, ja sen osuus on 50 % maailmanlaajuisesta titaanin kokonaiskäytöstä. Tälle seokselle on ominaista sen kevyt, erittäin korkea lujuus, lämmönkestävyys, korroosionkestävyys ja muovattavuus. Siksi se on erittäin suosittu ilmailuteollisuudessa moottoreiden, rakenneosien ja kiinnittimien valmistuksessa.
Grade 6 tai Ti 5Al-2.5Sn
Grade 6 titaanilla on erittäin vahva stabiilisuus ja se säilyttää hyvän hitsattavuuden ja lujuuden jopa korkeissa lämpötiloissa. Sillä on myös erinomaiset prosessointiominaisuudet. Sitä käytetään yleisesti turbiinimoottorien koteloissa, lentokoneiden komponenteissa ja kemiallisissa osissa.
Grade 7
Grade 7 titaani on samanlainen kuin Grade 2 titaani, paitsi että siihen on lisätty välielementti palladium (välillä 0.12 % - 0.25 %), mikä parantaa sen kykyä vastustaa rakokorroosiota. Luokassa 7 on myös erinomainen hitsattavuus ja se on korroosionkestävin kaikista titaaniseosista. Sitä käytetään yleisesti kemikaalien valmistuksessa, meriveden suolanpoistossa ja sähköntuotannossa.
Grade 11
Grade 11 titaani, joka tunnetaan myös nimellä CP Ti-0.15Pd, on kaupallinen puhdas titaani, joka on samanlainen kuin Grade 1 ja Grade 2, johon on lisätty pieni määrä palladiumia korroosionkestävyyden parantamiseksi. Sitä voidaan käyttää estämään rakokorroosiota ja vähentämään happoja kloridiympäristöissä. Luokan 11 titaanilla on myös korkea sitkeys, kylmämuovattavuus, käyttökelpoinen lujuus, iskunkestävyys ja erinomainen hitsattavuus. Sitä käytetään yleisesti kemiallisessa käsittelyssä ja lämmönvaihtimissa.
Grade 12 tai Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
Grade 12 titaani, joka tunnetaan myös nimellä Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, on erittäin korroosionkestävä metalliseos, joka sisältää pieniä määriä nikkeliä ja molybdeeniä. Nämä elementit parantavat korroosionkestävyyttä ja lisäävät metalliseoksen lujuutta. Sitä käytetään yleisesti sovelluksissa, kuten laivoissa tai offshore-porauslautoissa.
Luokka 23 tai Ti 6AL-4V ELI
Laadun 123 titaanille, joka tunnetaan myös nimellä Ti 6Al-4V ELI, on ominaista korkea sitkeys, korkea lujuus, kevyt, korroosionkestävyys ja korkea sitkeys. Se on ensisijainen valinta hammaslääketieteen ja lääketieteen sovelluksiin.
Mikä titaaniluokka on paras?
Grade 5 (Ti 6Al-4V) titaani tunnetaan "työhevosena", koska se vastaa puolet titaanin kysynnästä. Laajan haluttujen ominaisuuksiensa ansiosta siitä on tullut yleisimmin käytetty titaanilaatu. Luokan 5 titaanilla on korkea lujuus, korkea sitkeys, vahva korroosionkestävyys, erinomainen lämmönkestävyys, ja se on helppo käsitellä ja muotoilla, joten sitä käytetään laajasti ilmailu- ja meriteollisuudessa.
Mikä on titaanin hinta?
Kaupallisen puhtaan titaanin hinta on noin 23-25 dollaria kilogrammalta, kun taas titaaniseosten hinta on noin 27-30 dollaria kilogrammalta.
Mikä on halvin titaanilaatu?
Tällä hetkellä luokan 1 titaani on suhteellisen halvempi hinta, pääasiassa erityisistä sovellusvaatimuksista ja markkinoiden toimitusolosuhteista riippuen.
Minkä luokan titaania käytetään anodisointiin
Sekä Grade 2 että Grade 3 titaania voidaan käyttää anodisointikäsittelyyn.
Mitkä ovat titaanin ominaisuudet?
Alla on titaanin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet:
Fyysiset ominaisuudet
Tiheys: 4.5 grammaa/kuutiosenttimetri
Väri: Hopeanvalkoinen metallinen kiilto
Vahvuus: Titaanin lujuus riippuu titaanin laadusta ja sen seosaineiden pitoisuudesta.
Yltäkylläisyys: Titaani on maankuoren yhdeksänneksi yleisin alkuaine, jota esiintyy melkein kaikissa kivissä ja sedimenteissä.
Lämpökestävyys: Titaani kestää korkeampia ja alhaisempia lämpötiloja verrattuna ruostumattomaan teräkseen ja alumiiniin.
Sitkeys: Titaanin sitkeys vaihtelee 6 % venymästä (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) 25 %:iin (kaupallisesti puhdas luokka 1).
Kemialliset ominaisuudet
hapettuminen: Korkean hapetuspotentiaalinsa vuoksi titaania ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan, vaan oksidien muodossa kivissä ja mineraaleissa.
Reaktiivisuus: Se reagoi happojen ja halogeenien kanssa korkeissa lämpötiloissa, mutta ei reagoi lainkaan alkalien kanssa.
Korroosionkestävyys: Titaanilla on erittäin vahva korroosionkestävyys ja se kestää korroosiota hapoista, emäksistä ja merivedestä, koska happimolekyylit yhdistyvät titaanin kanssa muodostaen titaanioksidia.
työstettävyys: Se on helppo työstää erimuotoisiksi tuotteiksi, kuten tankoiksi, levyiksi, putkiksi jne.
Titaanimetallin valmistusprosessi
Kroll-prosessia käytetään raakatitaanin muuntamiseen titaanimetalliksi. Tämän prosessin vaiheita ovat uutto, puhdistus, sienen valmistus, seosten valmistus sekä muotoilu ja muovaus.
Poisto
Korkealaatuiset rikasteet uutetaan raakamalmeista, kuten ilmeniitistä ja rutiilista, ja lähetetään tehtaille jalostettaviksi. Esikäsittelyn jälkeen rautapitoisuuden poistamiseksi ilmeniitti laitetaan leijukerrosreaktoriin, joka sisältää klooria ja hiiltä ja kuumennetaan 900 °C:seen. Kemiallisen reaktion aikana syntyy titaanitetrakloridia yhdessä hiilimonoksidin kanssa. Titaanitetrakloridi sisältää epäpuhtauksia, jotka on poistettava titaanidioksidin valmistamiseksi.
puhdistaminen
Titaanitetrakloridi läpikäy korkean lämpötilan tyhjötislauksen puhdistamista varten. Uuttoprosessissa syntyvä metalli kuumennetaan suurissa tislaussäiliöissä. Puhdistusprosessissa käytetään jakotislausta ja saostusta epäpuhtauksien erottamiseen. Eri alkuaineiden erilaisista kiehumispisteistä johtuen tislausprosessin aikana eri alkuaineita poistetaan, kun ne saavuttavat kiehumispisteensä. Poistettuja epäpuhtauksia ovat vanadiini, pii, magnesium, zirkonium ja rauta.
Sienen muodostuminen
Sienen muodostuessa puhdistettu titaanitetrakloridi kaadetaan ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin reaktioastioihin nestemäisessä muodossa. Magnesiumia lisätään ja seos kuumennetaan 1100 XNUMX °C:seen, jotta se reagoi kloorin kanssa, jolloin muodostuu magnesiumkloridia. Argonkaasua pumpataan sisään poistamaan ilmaa, mikä estää reaktiot hapen ja typen kanssa. Valmistettu titaani uutetaan poraamalla ja käsitellään veden ja kloorivetyhapon seoksella ylimääräisen magnesiumin ja magnesiumkloridin poistamiseksi. Tuloksena oleva titaani on sienen muodossa.
Seoksen luominen
Puhdasta sienititaania sekoitetaan eri metalliseosten ja metalliromun kanssa metalliseosten valmistukseen. Kun metallit on sulatettu ja sekoitettu sopivissa suhteissa, palat tiivistetään ja hitsataan sienielektrodien muodostamiseksi. Nämä sulatetaan tyhjiökaariuunissa harkkojen muodostamiseksi jatkojalostettaviksi erilaisiksi teollisiksi ja kaupallisiksi tuotteiksi.
Muotoilu ja muotoilu
Harkot poistetaan uunista, tarkastetaan, pakataan ja kuljetetaan titaaniseostuotteiden valmistusta varten. Kunkin harkon ominaisuudet tarkastetaan sen varmistamiseksi, että ne vastaavat asiakkaiden vaatimuksia. Harkot käyvät läpi erilaisia prosesseja, kuten hitsauksen, muotoilun, valun, takomisen ja jauhemetallurgian tuotteen valmistusprosessin aikana.
Mitkä ovat titaanin edut?
Voimakas
Titaanilla on erinomainen lujuus, mikä tekee siitä yhden jaksollisen järjestelmän vahvimmista metalleista. Alhaisen tiheytensä ansiosta titaani on myös erittäin kevyt.
Korroosionkestävyys
Titaani reagoi helposti hapen kanssa muodostaen sen pinnalle ohuen oksidikerroksen, joka tarjoaa luonnollisen korroosionkestävyyden.
bioyhteensopivuus
Titaani on myrkytön ja biologisesti yhteensopiva sekä ihmisten että eläinten kanssa. Siksi titaania käytetään usein lääketieteen ja hammaslääketieteen teollisuudessa.
Matala lämpölaajenemiskerroin
Titaanilla on alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä johtaa minimaaliseen laajenemiseen ja supistumiseen äärimmäisissä lämpötiloissa, mikä parantaa rakenteellista vakautta.
Korkea sulamispiste
Titaanilla on erittäin korkea sulamispiste (noin 1668 °C), mikä tekee siitä erittäin sopivan korkeisiin lämpötiloihin, kuten valimoihin ja turbiinisuihkumoottoreihin.
Erinomaiset valmistusmahdollisuudet
Huolimatta erittäin vahvasta metallista titaani on myös pehmeää ja taipuisaa. Tämä mahdollistaa titaanikomponenttien valmistamisen erilaisilla valmistusprosesseilla.
Mitkä ovat titaanin rajoitukset?
Kallis
Titaania pidetään harvinaisena metallina, ja sen puhdistaminen on sekä kallista että monimutkaista.
Vaikea muotoilla
Edistyksellisiä koneita ja erikoislaitteita tarvitaan sen muokkaamiseen hyödyllisiin muotoihin.
Reagoi korkeissa lämpötiloissa
Tämä tekee puhtaan titaanin ja titaaniseosten valmistamisesta hankalaa ja erittäin hallittua. Titaanin tuotanto on suoritettava tiukasti kontrolloiduissa anaerobisissa ympäristöissä.
Huono lämmönjohtavuus
Titaani on materiaali, jolla on huono lämmönjohtavuus, mikä vaikeuttaa sen käsittelyä.
Mitkä ovat titaanin sovellukset?
Aerospace
Titaaniseoksia arvostetaan ilmailu teollisuudelle korkean lujuus/tiheys-suhteen, korroosionkestävyyden ja kyvyn kestää maltillisia lämpötiloja ilman virumista.
Automotive
Titaania suositaan autoteollisuudessa sen alhaisen tiheyden, korkean lujuus-painosuhteen, korroosionkestävyyden ja lämmönkestävyyden vuoksi.
Teollinen
Titaania käytetään laajalti teollisuusympäristöissä sen korkean lujuuden, korroosionkestävyyden, keveyden ja kestävyyden vuoksi. Sen sovelluksia ovat lämmönvaihtimet, venttiilit, putket ja kiertokanget.
lääketieteellinen
Titaani on myrkytön ja biologisesti yhteensopiva ihmisen luiden kanssa, mikä tekee siitä erittäin sopivan lääketieteellisiin sovelluksiin. Sillä on luontaisia ominaisuuksia luun integraatioon, ja sitä voidaan käyttää hammasimplanteissa, jotka voivat kestää yli 30 vuotta, mikä on hyödyllistä myös ortopedisissa implanteissa.
Titaanimetallin terveys- ja ympäristövaikutukset
Titaanin terveysvaikutukset
Titaanimetalli on bioyhteensopiva materiaali, jolla on erinomainen biologinen yhteensopivuus ja se on myrkytön. Sitä käytetään yleisesti lääketieteellisissä instrumenteissa ja implanteissa, eikä sillä ole haitallisia vaikutuksia ihmiskehoon.
Titaanin ympäristövaikutukset
Titaani ei vapauta myrkyllisiä aineita, jolloin vältetään haitalliset ympäristövaikutukset. Titaanin tuotantoprosessin aikana saattaa kuitenkin syntyä jäte- tai pakokaasupäästöjä. Tehokkaalla hallinnolla ja ennakoivilla käsittelytoimilla ympäristövaikutukset voidaan kuitenkin minimoida mahdollisimman paljon.
UKK
Onko titaani ruosteenkestävä?
Kyllä, titaaniseoksilla on erinomainen korroosionkestävyys ja ne kestävät monien kemikaalien eroosiota.
Onko titaani magneettista?
Yleisesti ottaen puhdas titaani on tyypillisesti ei-magneettinen, koska puhtaan titaanin kiderakenne ei tue magnetismia. Tietyt titaaniseokset voivat kuitenkin osoittaa magneettisuutta seosalkuaineiden tyypeistä ja pitoisuuksista riippuen.
Onko titaani luodinkestävä?
Kyllä, titaanilla on luodinkestäviä ominaisuuksia käsiaseille ja metsästyskivääreille, mutta sotilasluokan laitteissa titaani ei ole luodinkestävä.
Mitä eroa on titaanilla ja alumiinilla?
Materiaalin ominaisuudet
Titaanilla on suurempi lujuus ja korroosionkestävyys kuin alumiini, vaikka se on myös kevyempi kuin alumiini, mutta se on kalliimpaa. Alumiini on kevyt metalli, jolla on hyvä lämmön- ja sähkönjohtavuus ja alhaisemmat kustannukset kuin titaani.
Sovellukset
Titaania käytetään yleisesti sovelluksissa, jotka vaativat suurta lujuutta ja korroosionkestävyyttä, kuten ilmailu- ja lääketieteelliset laitteet. Alumiinilla on laajempi valikoima sovelluksia, mukaan lukien ilmailu, autoteollisuus, rakentaminen ja elektroniikka.
Käsittelyn vaikeus
Korkeamman lujuutensa ja korroosionkestävyytensä vuoksi titaania on vaikeampi käsitellä, mikä vaatii korkeamman tason käsittelylaitteita ja -tekniikoita. Sitä vastoin alumiini on suhteellisen helppo käsitellä ja se voidaan työstää ja muotoilla tavanomaisin menetelmin.
Minkä luokan titaania käytetään 3D-tulostukseen?
Grade 5 titaania, joka tunnetaan myös nimellä Ti-6Al-4V, käytetään yleisesti 3D-tulostuksessa sen erinomaisen lujuus-painosuhteen ja biologisen yhteensopivuuden ansiosta.
Yhteenveto
Tässä artikkelissa esitellään mitä titaani on, sen kehityshistoriaa, titaanityyppejä, titaanilaatujen luokittelua, perustietoja sen ominaisuuksista jne. Titaaniseosten muodostusprosessi selitetään ensisijaisesti Kroll-menetelmällä sekä titaanin edut ja haitat. ja sen sovellusalueet.
Jos haluat lisätietoja titaanista tai sinulla on räätälöityjä tuotevaatimuksia, käy verkkosivuillamme.