המאפיינים והיישומים של טיטניום

טיטניום הוא היסוד ה -22 בטבלה המחזורית והיסוד התשיעי בשפע כמו גם היסוד המתכתי הרביעי בשפע בקרום כדור הארץ. המינרלים שבהם הוא נמצא מתרחשים בתצורות סחף וולקני, והמשקעים מכילים בדרך כלל בין 2 ל -12% מינרלים כבדים - כגון אילמניט, רוטיל, לאוקוקסן, זירקון ואחרים, ביניהם רוטיל ואילמניט הם שני המינרלים העיקריים מכילים טיטניום, המהווים 24% מקרום כדור הארץ. עם זאת, הוא מתרחש בטבע רק בשילובים כימיים; הנפוצים ביותר הם חמצן וברזל. בסין יש עתודות טיטניום בגודל ראשון-הוונדיום טיטנו-מגנטיט בפאנשיהואה, סצ'ואן זמין בכמות לא מבוטלת (כ -1.5 מיליארד טון, המהווים 97% מהעתודות שהוכיחו בסין).

טיטניום היא סוג של מתכת חזקה עם צפיפות נמוכה שהיא די רקיעה (במיוחד בסביבה נטולת חמצן), מבריקה ובצבע מתכתי-לבן. הוא נהנה מנכסים ייחודיים רבים.

תכונות גשמיות

יחס כוח למשקל. יחס הכוח למשקל של חומר נתון הוא חוזק החומר המחולק במסה (המכונה גם משקל, על כדור הארץ) של החומר. ליתר דיוק, חוזק ספציפי הוא חוזק החומר המחולק בצפיפותו. וטיטניום מוכר ביחס החוזק והמשקל הגבוה שלו. מתכת זו חזקה כמו פלדה ו -45% קלה יותר, אך היא אמנם כפולה מאלומיניום, אך היא כבדה ב -60%. יחס זה הוא מה שהופך אותו לאידיאלי כל כך עבור חלל ויישומים אחרים

מוליך גרוע של חום וחשמל. נקודת ההיתוך של טיטניום היא 3,034 ° F או 1,668 ° C. נקודת ההיתוך הגבוהה יחסית הופכת אותו לשימושי כמתכת עקשן. חוץ מזה, בהשוואה למתכות אחרות, טיטניום הוא פרמגנטי ומעביר היטב חום. יש לו גם מוליכות חשמלית ותרמית נמוכה למדי. אז גודלו משתנה מעט מאוד בשינויי טמפרטורה קיצוניים. עם זאת, טיטניום מוליך -על כאשר הוא מקורר מתחת לטמפרטורה הקריטית שלו של 0.49 K.

חוזק מתיחה. לטיטניום חוזק מתיחה אולטימטיבי של כ 434 MPa (63,000 psi), שווה לזה של סגסוגות פלדה רגילות ודרגות נמוכות.

צְפִיפוּת. צפיפות הטיטניום היא 4.5 גרם לכל סמ"ק, הרבה פחות מברזל - לכן סגסוגות טיטניום חשובות כל כך בתעשייה האווירית.

עמידות החומר. נקרא גם כוח סיבולת, חוזק העייפות מתייחס ללחץ הגבוה ביותר שחומר יכול לעמוד בו במשך מספר מחזורים נתון מבלי להישבר. לסגסוגת טיטניום יש כוח עייפות במחזור גבוה מאוד, ומגיע ל 106-107 מחזורים.

תכונות כימיות

עמידות בפני קורוזיה. לטיטניום יש פסיביות גבוהה (פאסיביות היא אובדן תגובתיות אלקטרוכימית, ובכך מקטין את קצב הקורוזיה של המתכת); לכן הוא מפגין רמות גבוהות של עמידות בפני קורוזיה לרוב החומצות המינרליות וכלוריד. פני השטח של מתכת הטיטניום וסגסוגותיה מתחמצנים מיד עם חשיפה לאוויר ליצירת שכבת פסיבציה דקה שאינה נקבובית המגנה על המתכת בתפזורת מפני חמצון נוסף או קורוזיה.

רַעֲלָנוּת. הוא גם אינו רעיל ותואם ביולוגית לרקמות ולעצמות אנושיות, מה שהופך אותו לחומר אידיאלי למוצרי שתלים רפואיים.

עמידות לחומצה. טיטניום מסוגל לעמוד בפני התקפה של חומצות גופרית ומימן כלורי, תמיסות כלוריד ורוב החומצות האורגניות. עם זאת, טיטניום נגרם על ידי חומצות מרוכזות.

תכונות ייחודיות אלה של טיטניום הופכות אותו למתכת אידיאלית למגוון רחב של יישומים.

חלל

טיטניום נחשב ל"מתכת חלל ". אומרים שעד 2006, 73% ממתכת הטיטניום בארצות הברית עדיין שימשו לבנייה בחלל. כפי שהזכרנו לעיל, טיטניום חזק כמו פלדה אך קל יותר ב -45% ומאופיין בחוזק מתיחה גבוה מאוד גם בטמפרטורות גבוהות, עמידות בפני קורוזיה גבוהה ויכולת עמידה בטמפרטורות קיצוניות. לכן, טיטניום משמש בעיקר במטוסים, צינורות לתחנות כוח, ציפוי שריון, חלליות וטילים. לדוגמה, למטוס בואינג 777 יש משקל תפעולי מרבי וריק של כ -304000 ק"ג או 137.8 טון מטרי. ממשקלו העצום הזה, 59 טון בנוי מטיטניום.

ימי

המתכת מסיסה בחומצות מרוכזות אך לא במים. אם היית משקיע גיליון טיטניום במי ים במשך 4000 שנה, הייתה לו רק קורוזיה עד לעובי של עובי פיסת נייר להעתיק. לכן, טיטניום משמש לייצור פירים מדחפים, חישוקים ומחליפי חום במתקני התפלה; תנורי חימום לאקווריומים של מים מלוחים, חוט דיג ומנהיג וצוללנים' סכינים. טיטניום משמש גם במרכזי ומרכיבי מכשירי המעקב והניטור הפרוסים על האוקיינוס ​​למדע ולצבא.

רְפוּאִי

טיטניום תואם ביולוגית לגוף האדם, כלומר הגוף אינו מנסה לדחות אותו. יש לו גם את היכולת הטבעית להשתלב עם העצמות בגוף ליצירת מבנה קבוע. זה עושה את זה שימושי עבור רחב