Titan je pomemben kovinski element s kemijskim simbolom Ti in atomskim številom 22 v periodnem sistemu. Ima srebrno bel kovinski lesk in ima odlične lastnosti, kot so visoko tališče, nizka gostota, visoka trdnost in velika duktilnost. Titanium je ključen industrijski material. Če želite izvedeti več o titanu, nadaljujte z branjem spodaj!
Drug izraz za titan
Titan ima številne izjemne prednosti, kot so: nizka gostota, močna duktilnost in močna odpornost proti koroziji, zato je znan tudi kot "čudežna kovina", "vesoljska kovina" ali "pomorska kovina".
Zgodovina titana
Leta 1791 je ljubiteljski geolog v Angliji odkril titan William Gregor. Leta 1795 je nemški kemik Klaproth, ki se je skliceval na ime titanskih božanstev iz grške mitologije, ta novi element poimenoval "titan". Šele leta 1910 je ameriški kemik Hunter z redukcijo TiCl z natrijem prvič pridobil 99.9 % čistost kovinskega titana. Leta 1940 je luksemburški znanstvenik Kroll izdelal tudi čisti titan z metodo redukcije magnezija. Od takrat sta tako metoda redukcije magnezija kot metoda redukcije natrija postali industrijski procesi za proizvodnjo titana.
Barva titana
Titan ima videz jekla s srebrno belim ali srebrno sivim leskom in je prehodna kovina.
Iz česa je izdelan titan?
Titan je zelo razširjen in predstavlja približno 0.44 % zemeljske skorje in ga najdemo v vseh kamninah, pesku, glini in drugih tleh. Ker pa titan zlahka reagira s kisikom, čistega titana v naravi ni; v glavnem obstaja v obliki titanovega dioksida. Titanove rude vključujejo predvsem ilmenit in rutil, čisti titan pa je mogoče pridobiti s čiščenjem teh mineralov.
Kako je narejen titan?
Titan se običajno proizvaja z uporabo Kroll postopek. Najprej se titanovo rudo segrejejo, da se proizvede tekoči titanov tetraklorid (TiCl4). Nato se izvede čiščenje s frakcijsko destilacijo. Po destilaciji se doda staljeni magnezij, da se reducira v obliko "gobe". Goba se nato stopi, da se oblikujejo ingoti, ki se nadalje predelajo v različne mehanske izdelke, kot so palice, plošče, listi in cevi. Nazadnje so ti mehanski izdelki nadalje obdelani in oblikovani ter po potrebi uporabljena površinska obdelava za optimizacijo izdelka.
Katere so glavne vrste titana?
Titan ima dve vrsti polimorfnih struktur, in sicer fazo α in fazo β. Glede na polimorfne značilnosti titana lahko titanove zlitine razdelimo v naslednje tri glavne kategorije: α titanove zlitine, β titanove zlitine in α+β titanove zlitine.
Alfa titanova zlitina
Alfa titanove zlitine se nadalje delijo na polne alfa zlitine in skoraj alfa zlitine. So enofazne zlitine, sestavljene iz trdne raztopine alfa faze. Imajo dobre lastnosti za hladno in vročo obdelavo, stabilno strukturo in močno odpornost proti oksidaciji.
Beta titanova zlitina
Beta titanove zlitine se nadalje delijo na stabilne beta zlitine, metastabilne beta zlitine in skoraj beta zlitine. So enofazne zlitine, sestavljene iz trdne raztopine beta faze in imajo odlične trdnostne lastnosti ter dosegajo visoko stopnjo trdnosti. Imajo tudi močno odpornost proti koroziji in varljivost.
α+β (alfa+beta) titanova zlitina
Je dvofazna zlitina z dobrimi celovitimi lastnostmi, vključno s stabilno strukturo, dobro žilavostjo, dobro plastičnostjo in odpornostjo proti deformacijam pri visokih temperaturah. Zlitino je mogoče ojačati s postopki, kot so vroče stiskanje, kaljenje in staranje.
Katere so običajne stopnje titana?
Razred 1
Komercialni čisti titan stopnje 1 je najmehkejša in najbolj duktilna vrsta titana. Ponuja maksimalno sposobnost oblikovanja, odlično odpornost proti koroziji in visoko udarno žilavost. Je najprimernejši material za aplikacije, ki zahtevajo preprosto oblikovanje, in se pogosto uporablja v vesoljski, avtomobilski industriji in industriji proizvodnje energije.
Razred 2
Komercialni čisti titan stopnje 2 je najpogosteje uporabljen komercialni čisti titan z zmerno trdnostjo in odličnimi lastnostmi hladnega oblikovanja. V primerjavi z drugimi komercialnimi razredi čistega titana je titan razreda 2 nekoliko šibkejši od razreda 3, a močnejši od razreda 1, hkrati pa je še vedno odporen proti koroziji. Zaradi svoje odpornosti proti koroziji se pogosto uporablja v pomorstvu, medicini, proizvodnji električne energije in naftni industriji.
Razred 3
Titan razreda 3 je najmanj uporabljen med komercialnimi čistimi razredi titana, vendar to ne zmanjša njegove vrednosti. Ima visoko trdnost, dobro odpornost proti koroziji in varljivost. Njegova trdnost je višja od razreda 1 in razreda 2, vendar je njegova duktilnost nižja od drugih dveh razredov. Običajno se uporablja v pomorski industriji, vesoljski in kemični predelovalni industriji.
Razred 4
Titan razreda 4 velja za najmočnejšega med komercialnimi čistimi razredi titana, znan po odlični odpornosti proti koroziji, dobri sposobnosti oblikovanja in varljivosti. Običajno se uporablja v vesoljski, kemični predelovalni in medicinski industriji za aplikacije, kot so konstrukcije letal, toplotni izmenjevalniki, kirurška strojna oprema itd.
Razred 5 ali Ti 6Al-4V
Titan stopnje 5, znan tudi kot Ti6Al-4V, se imenuje "delovni konj" titanovih zlitin in je najpogosteje uporabljen med vsemi titanovimi zlitinami, saj predstavlja 50 % celotne svetovne uporabe titana. Za to zlitino je značilna lahka, izjemno visoka trdnost, toplotna odpornost, odpornost proti koroziji in sposobnost oblikovanja. Zato je zelo priljubljen v vesoljski industriji za proizvodnjo motorjev, strukturnih komponent in pritrdilnih elementov.
Razred 6 ali Ti 5Al-2.5Sn
Titan stopnje 6 ima izjemno močno stabilnost in ohranja dobro varljivost in trdnost tudi pri visokih temperaturah. Izkazuje tudi odlične predelovalne lastnosti. Običajno se uporablja za ohišja turbinskih motorjev, komponente letal in dele za kemično obdelavo.
Razred 7
Titan stopnje 7 je podoben titanu stopnje 2, razen z dodatkom intersticijskega elementa paladija (v območju od 0.12 % do 0.25 %), ki poveča njegovo sposobnost odpornosti proti koroziji v razpokah. Stopnja 7 ima tudi odlično varivost in je med vsemi titanovimi zlitinami najbolj odporna proti koroziji. Običajno se uporablja v kemični proizvodnji, razsoljevanju morske vode in proizvodnji električne energije.
Razred 11
Titan stopnje 11, znan tudi kot CP Ti-0.15Pd, je komercialni čisti titan, podoben razredu 1 in razredu 2, z dodatkom majhne količine paladija za izboljšanje odpornosti proti koroziji. Uporablja se lahko za preprečevanje korozije v razpokah in zmanjšanje kislin v kloridnih okoljih. Titan razreda 11 izkazuje tudi visoko duktilnost, hladno preoblikovanje, uporabno trdnost, udarno žilavost in odlično varljivost. Običajno se uporablja pri kemični obdelavi in toplotnih izmenjevalcih.
Razred 12 ali Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
Titan stopnje 12, znan tudi kot Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, je visoko odporna proti koroziji zlitina, ki vsebuje majhne količine niklja in molibdena. Ti elementi povečajo odpornost proti koroziji in povečajo trdnost zlitine. Običajno se uporablja v aplikacijah, kot so ladje ali vrtalne ploščadi na morju.
Razred 23 ali Ti 6AL-4V ELI
Za titan stopnje 123, znan tudi kot Ti 6Al-4V ELI, je značilna visoka duktilnost, visoka trdnost, lahek, odpornost proti koroziji in visoka žilavost. Je prednostna izbira za uporabo v zobozdravstvu in medicini.
Kateri razred titana je najboljši?
Titan stopnje 5 (Ti 6Al-4V) je znan kot "delovni konj", ker predstavlja polovico povpraševanja po titanu. Zaradi njegove široke palete zaželenih lastnosti je postal najpogosteje uporabljen razred titana. Titan stopnje 5 ima visoko trdnost, visoko duktilnost, močno odpornost proti koroziji, odlično toplotno stabilnost in je enostaven za obdelavo in oblikovanje, zaradi česar se pogosto uporablja v industriji, kot sta vesoljska in pomorstvo.
Kakšna je cena titana?
Cena komercialnega čistega titana je približno 23-25 USD na kilogram, medtem ko je cena titanovih zlitin približno 27-30 USD na kilogram.
Kateri je najcenejši razred titana?
Trenutno je titan stopnje 1 razmeroma cenejši, predvsem glede na posebne zahteve uporabe in pogoje tržne ponudbe.
Kateri razred titana se uporablja za eloksiranje
Titan stopnje 2 in stopnje 3 se lahko uporablja za anodiziranje.
Kakšne so lastnosti titana?
Spodaj so fizikalne in kemijske lastnosti titana:
Fizične lastnosti
gostota: 4.5 grama/kubični centimeter
Barva: Srebrno bel kovinski lesk
moč: Trdnost titana je odvisna od stopnje titana in koncentracije njegovih legirnih elementov.
Obilje: Titan je deveti najpogostejši element v zemeljski skorji, prisoten je skoraj v vseh kamninah in sedimentih.
Temperaturna odpornost: Titan lahko prenese višje in nižje temperature v primerjavi z nerjavnim jeklom in aluminijem.
Duktilnost: Duktilnost titana se giblje od 6 % raztezka (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) do 25 % (komercialno čista stopnja 1).
Kemijske lastnosti
Oksidacija: Titan zaradi visokega oksidacijskega potenciala v naravi ne obstaja v čisti obliki, temveč v obliki oksidov v kamninah in mineralih.
Reaktivnost: Pri visokih temperaturah reagira s kislinami in halogeni, z alkalijami pa sploh ne reagira.
Odpornost na korozijo: Titan je izjemno odporen proti koroziji, saj je odporen proti koroziji zaradi kislin, alkalij in morske vode, ker se molekule kisika povežejo s titanom in tvorijo titanov oksid.
Obdelava: Enostavno ga je predelati v različne oblike izdelkov, kot so palice, plošče, cevi itd.
Postopek izdelave kovine iz titana
Postopek Kroll se uporablja za pretvorbo surovega titana v kovinski titan. Koraki tega procesa vključujejo ekstrakcijo, čiščenje, proizvodnjo gobic, proizvodnjo zlitin ter oblikovanje in oblikovanje.
Pridobivanje
Visoko kakovostni koncentrati se pridobivajo iz surovih rud, kot sta ilmenit in rutil, in se pošiljajo v tovarne za predelavo. Po predhodni obdelavi za odstranitev vsebnosti železa se ilmenit postavi v reaktor z zvrtinčeno plastjo, ki vsebuje klor in ogljik, in segreje na 900 °C. Med kemično reakcijo nastane titanov tetraklorid skupaj z ogljikovim monoksidom. Titanov tetraklorid vsebuje nečistoče, ki jih je treba odstraniti za pripravo titanovega dioksida.
Čiščenje
Titanov tetraklorid je za čiščenje podvržen visokotemperaturni vakuumski destilaciji. Kovina, proizvedena med postopkom ekstrakcije, se segreva v velikih destilacijskih rezervoarjih. Postopek čiščenja uporablja frakcijsko destilacijo in obarjanje za ločevanje nečistoč. Zaradi različnih vrelišč različnih elementov se med procesom destilacije različni elementi odstranijo, ko dosežejo svoja vrelišča. Odstranjene nečistoče vključujejo vanadij, silicij, magnezij, cirkonij in železo.
Nastanek gobice
S tvorbo gobe se prečiščeni titanov tetraklorid v tekoči obliki vlije v reakcijske posode iz nerjavečega jekla. Dodamo magnezij in zmes segrejemo na 1100 °C, da reagira s klorom, da nastane magnezijev klorid. Plin argon se črpa, da odstrani zrak in prepreči reakcije s kisikom in dušikom. Proizvedeni titan se ekstrahira z vrtanjem in obdela z mešanico vode in klorovodikove kisline, da se odstrani presežek magnezija in magnezijevega klorida. Nastali titan je v obliki gobe.
Ustvarjanje zlitin
Čisti gobasti titan se meša z različnimi zlitinami in odpadnimi kovinami za izdelavo zlitin. Po taljenju in mešanju kovin v ustreznih razmerjih se kosi stisnejo in zvarijo, da se oblikujejo gobaste elektrode. Ti se talijo v vakuumski obločni peči, da se oblikujejo ingoti za nadaljnjo predelavo v različne industrijske in komercialne izdelke.
Oblikovanje in oblikovanje
Ingoti se odstranijo iz peči, pregledajo, zapakirajo in prepeljejo za proizvodnjo izdelkov iz titanove zlitine. Lastnosti vsakega ingota se pregledajo, da se zagotovi, da izpolnjujejo zahteve kupcev. Ingoti so med postopkom izdelave izdelka podvrženi različnim postopkom, kot so varjenje, oblikovanje, ulivanje, kovanje in praškasta metalurgija.
Kakšne so prednosti titana?
Visoka moč
Titan ima odlično trdnost, zaradi česar je ena najmočnejših kovin v periodnem sistemu. Zaradi nizke gostote je titan tudi zelo lahek.
Odpornost proti koroziji
Titan zlahka reagira s kisikom in na svoji površini tvori tanko oksidno plast, ki zagotavlja naravno odpornost proti koroziji.
Biokompatibilnost
Titan je netoksičen in biokompatibilen tako za ljudi kot živali. Zato se titan pogosto uporablja v medicinski in zobozdravstveni industriji.
Nizki toplotni ekspanzijski koeficient
Titan ima nizek koeficient toplotnega raztezanja, kar povzroči minimalno raztezanje in krčenje pri ekstremnih temperaturah, kar vodi k večji strukturni stabilnosti.
Visoka tališče
Titan ima izjemno visoko tališče (približno 1668 °C), zaradi česar je zelo primeren za uporabo pri visokih temperaturah, kot so livarne in turbinski reaktivni motorji.
Odlične proizvodne možnosti
Kljub temu, da je titan zelo močna kovina, je tudi mehak in duktilen. To omogoča izdelavo komponent iz titana z različnimi proizvodnimi postopki.
Kakšne so omejitve titana?
Drago
Titan velja za redko kovino, njegovo čiščenje pa je drago in zapleteno.
Težko za oblikovanje
Za oblikovanje v uporabne oblike so potrebni napredni stroji in posebna oprema.
Reagira pri visokih temperaturah
Zaradi tega je proizvodnja čistega titana in titanovih zlitin okorna in zelo nadzorovana. Proizvodnja titana mora potekati v strogo nadzorovanih anaerobnih okoljih.
Slaba toplotna prevodnost
Titan je material s slabo toplotno prevodnostjo, zato ga je težko obdelati.
Kakšne so aplikacije titana?
Aerospace
Titanove zlitine so cenjene v aerospace industriji zaradi njihovega visokega razmerja med trdnostjo in gostoto, odpornosti proti koroziji in zmožnosti, da prenesejo zmerne temperature brez lezenja.
Avtomobilizem
Titan je priljubljen v avtomobilski industriji zaradi svoje nizke gostote, visokega razmerja med trdnostjo in težo, odpornosti proti koroziji in toplotni odpornosti.
Industrijska
Titan se pogosto uporablja v industrijskih okoljih zaradi svoje visoke trdnosti, odpornosti proti koroziji, lahke teže in vzdržljivosti. Njegove aplikacije vključujejo toplotne izmenjevalnike, ventile, cevi in ojnice.
Medical
Titan je netoksičen in biokompatibilen s človeškimi kostmi, zaradi česar je zelo primeren za uporabo v medicini. Ima inherentne lastnosti za integracijo kosti in se lahko uporablja za zobne vsadke, ki lahko trajajo več kot 30 let, kar je uporabno tudi za uporabo ortopedskih vsadkov.
Učinki kovinskega titana na zdravje in okolje
Učinki titana na zdravje
Kovinski titan je biokompatibilen material z odlično biokompatibilnostjo in ni strupen. Običajno se uporablja v medicinskih instrumentih in vsadkih ter nima škodljivih učinkov na človeško telo.
Učinki titana na okolje
Titan ne sprošča strupenih snovi, s čimer se izogne škodljivim vplivom na okolje. Vendar pa lahko med proizvodnim procesom titana nastane nekaj odpadkov ali emisij izpušnih plinov. Kljub temu lahko z učinkovitim upravljanjem in proaktivnimi ukrepi čiščenja vplive na okolje čim bolj zmanjšamo.
Pogosta vprašanja
Je titan odporen proti rji?
Da, titanove zlitine imajo odlično odpornost proti koroziji in lahko prenesejo erozijo številnih kemikalij.
Je titan magneten?
Na splošno je čisti titan običajno nemagneten, ker kristalna struktura čistega titana ne podpira magnetizma. Vendar pa lahko nekatere titanove zlitine kažejo magnetizem, odvisno od vrst in koncentracij legirnih elementov.
Ali je titan neprebojen?
Da, titan je neprebojen za pištole in lovske puške, vendar za vojaško opremo titan ni neprebojen.
Kakšna je razlika med titanom in aluminijem?
Lastnosti materiala
Titan ima večjo trdnost in odpornost proti koroziji kot aluminij, hkrati pa je tudi lažji od aluminija, vendar je dražji. Aluminij je lahka kovina z dobro toplotno in električno prevodnostjo ter nižjo ceno v primerjavi s titanom.
Aplikacije
Titan se pogosto uporablja v aplikacijah, ki zahtevajo visoko trdnost in odpornost proti koroziji, kot so vesoljske in medicinske naprave. Aluminij ima širši spekter uporabe, vključno z vesoljstvom, avtomobilizmom, gradbeništvom in elektroniko.
Težava pri obdelavi
Zaradi večje trdnosti in odpornosti proti koroziji je titan težje obdelovati, zato je potrebna oprema in tehnike višje ravni obdelave. Nasprotno pa je aluminij razmeroma enostaven za obdelavo in ga je mogoče strojno obdelati in oblikovati z uporabo običajnih metod.
Kateri razred titana se uporablja za 3D tiskanje?
Titan stopnje 5, znan tudi kot Ti-6Al-4V, se pogosto uporablja v 3D tiskanju zaradi odličnega razmerja med trdnostjo in težo ter biokompatibilnosti.
zaključek
Ta članek predstavlja, kaj je titan, zgodovino njegovega razvoja, vrste titana, klasifikacijo razredov titana, osnovne informacije o njegovih značilnostih itd. Proces nastajanja titanovih zlitin je v prvi vrsti razložen s Krollovo metodo, skupaj s prednostmi in slabostmi titana. in področja njegove uporabe.
Če želite izvedeti več o titanu ali imate prilagojene zahteve glede izdelka, obiščite našo spletno stran.