الخصائص العامة. تاريخ الاكتشاف

أطلق الكيميائي البريطاني القس ويليام جريجور على التيتانيوم اسم "جريجوريت" ، الذي اكتشفه في عام 1791. ثم اكتشف الكيميائي الألماني إم إتش كلابروث التيتانيوم بشكل مستقل في عام 1793. أطلق عليه اسم جبابرة تكريما للجبابرة من الأساطير اليونانية - "تجسيد للقوة الطبيعية". لم يكن حتى عام 1797 عندما اكتشف كلابروث أن التيتانيوم الخاص به كان عنصرًا اكتشفه جريجور سابقًا.

الخصائص والخصائص

التيتانيوم عنصر كيميائي برمز Ti والرقم الذري 22. وهو معدن لامع ذو لون فضي ، وكثافة منخفضة ، وقوة عالية. إنه مقاوم للتآكل في مياه البحر والكلور.

يلتقي العنصرفي عدد من الرواسب المعدنية ، خاصة الروتيل والإلمنيت ، والتي يتم توزيعها على نطاق واسع في قشرة الأرض والغلاف الصخري.

يستخدم التيتانيوم لإنتاج سبائك خفيفة قوية. أكثر الخصائص المفيدة للمعدن هي مقاومة التآكل والصلابة إلى الكثافة ، وهي أعلى نسبة من أي عنصر معدني. في حالته الخالية من الشوائب ، يكون هذا المعدن قويًا مثل بعض أنواع الفولاذ ، ولكنه أقل كثافة.

الخصائص الفيزيائية للمعادن

هو - هي معدن متين ذات كثافة منخفضة ، مطيلة نوعًا ما (خاصة في بيئة نقص الأكسجين) ، أبيض لامع ومعدني. نقطة انصهارها العالية نسبيًا والتي تزيد عن 1650 درجة مئوية (أو 3000 درجة فهرنهايت) تجعلها مفيدة معدن حراري. إنه مغناطيسي ذو موصلية كهربائية وحرارية منخفضة إلى حد ما.

على مقياس موس ، صلابة التيتانيوم هي 6. وفقًا لهذا المؤشر ، فهي أدنى قليلاً من الفولاذ المتصلب والتنغستن.

التيتانيوم النقي تجارياً (99.2٪) لديه قوة شد تبلغ حوالي 434 ميجا باسكال ، وهو ما يتماشى مع سبائك الصلب التقليدية منخفضة الدرجة ، ولكن التيتانيوم أخف بكثير.

الخواص الكيميائية للتيتانيوم

مثل الألمنيوم والمغنيسيوم ، يتأكسد التيتانيوم وسبائكه فور تعرضه للهواء. يتفاعل ببطء مع الماء والهواء عند درجة حرارة الغرفة ، لأنها تشكل طلاء أكسيد سلبيالذي يحمي المعادن السائبة من مزيد من الأكسدة.

يمنح التخميل الجوي التيتانيوم مقاومة ممتازة للتآكل تعادل البلاتين تقريبًا. التيتانيوم قادر على تحمل هجوم أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة ومحاليل الكلوريد ومعظم الأحماض العضوية.

التيتانيوم هو أحد العناصر القليلة التي تحترق في النيتروجين النقي ، حيث يتفاعل عند 800 درجة مئوية (1470 درجة فهرنهايت) لتكوين نيتريد التيتانيوم. نظرًا لتفاعلها العالي مع الأكسجين والنيتروجين وبعض الغازات الأخرى ، تُستخدم خيوط التيتانيوم في مضخات تسامي التيتانيوم كممتصات لهذه الغازات. هذه المضخات غير مكلفة وتنتج بشكل موثوق ضغوطًا منخفضة للغاية في أنظمة UHV.

المعادن الشائعة التي تحتوي على التيتانيوم هي anatase و brookite و ilmenite و perovskite و rutile و titanite (sphene). من بين هذه المعادن ، الروتيل فقطو ilmenite لها الأهمية الاقتصادية، ولكن حتى هذه يصعب العثور عليها بتركيزات عالية.

تم العثور على التيتانيوم في النيازك وتم العثور عليه في الشمس والنجوم من النوع M مع درجة حرارة سطح 3200 درجة مئوية (5790 درجة فهرنهايت).

الطرق المعروفة حاليًا لاستخراج التيتانيوم من الخامات المختلفة شاقة ومكلفة.

الإنتاج والتصنيع

حاليًا ، تم تطوير واستخدام حوالي 50 درجة من سبائك التيتانيوم والتيتانيوم. حتى الآن ، تم التعرف على 31 فئة من معدن التيتانيوم وسبائكه ، منها الفئات 1-4 نقية تجاريًا (غير مخلوصة). وهي تختلف في قوة الشد اعتمادًا على محتوى الأكسجين ، حيث تكون الدرجة الأولى هي الأكثر مرونة (أقل مقاومة شد بنسبة 0.18٪ أكسجين) وتكون الدرجة 4 هي أقل قوة شد (أقصى مقاومة شد بنسبة 0.40٪ أكسجين).).

الفئات المتبقية عبارة عن سبائك ، لكل منها خصائص محددة:

• بلاستيك؛
• قوة؛
• صلابة؛
• مقاومة كهربائية
• مقاومة التآكل المحددة ومجموعاتها.

بالإضافة إلى هذه المواصفات ، يتم تصنيع سبائك التيتانيوم أيضًا لتلبية متطلبات الطيران والفضاء المعدات العسكرية(SAE-AMS ، MIL-T) ، معايير ISOوالمواصفات الخاصة بالبلد بالإضافة إلى متطلبات المستخدم النهائي للتطبيقات الفضائية والعسكرية والطبية والصناعية.

يمكن تشكيل منتج مسطح نقي تجاريًا (لوح ، لوح) بسهولة ، ولكن يجب أن تأخذ المعالجة في الاعتبار حقيقة أن المعدن له "ذاكرة" ويميل إلى العودة مرة أخرى. هذا ينطبق بشكل خاص على بعض السبائك عالية القوة.

غالبًا ما يستخدم التيتانيوم في صناعة السبائك:

• مع الألومنيوم
• مع الفاناديوم
• بالنحاس (للتصلب) ؛
• بالحديد
• مع المنغنيز
• مع الموليبدينوم والمعادن الأخرى.

مجالات الاستخدام

سبائك التيتانيوم على شكل صفائح ، صفائح ، قضبان ، أسلاك ، صب ، تجد تطبيقات في الأسواق الصناعية والفضائية والترفيهية والناشئة. يستخدم مسحوق التيتانيوم في الألعاب النارية كمصدر لجزيئات الاحتراق الساطعة.

نظرًا لأن سبائك التيتانيوم لديها قوة شد عالية إلى نسبة الكثافة ، ومقاومة عالية للتآكل ، ومقاومة التعب ، ومقاومة عالية للتشقق ، وقدرة معتدلة في درجات الحرارة العالية ، فهي تستخدم في الطائرات ، والدروع ، السفن البحرية, سفن الفضاءوالصواريخ.

بالنسبة لهذه التطبيقات ، يتم خلط التيتانيوم بالألمنيوم والزركونيوم والنيكل والفاناديوم وعناصر أخرى لإنتاج مجموعة متنوعة من المكونات بما في ذلك العناصر الهيكلية الهامة وجدران الحريق ومعدات الهبوط وأنابيب العادم (المروحيات) والأنظمة الهيدروليكية. في الواقع ، يستخدم حوالي ثلثي معدن التيتانيوم المنتج في محركات الطائرات وإطاراتها.

نظرًا لأن سبائك التيتانيوم مقاومة للتآكل في مياه البحر ، فإنها تستخدم في صنعها مهاوي المروحة، أدوات المبادلات الحرارية ، إلخ. تستخدم هذه السبائك في حالات ومكونات أجهزة مراقبة المحيطات والمراقبة للعلم والجيش.

يتم استخدام سبائك محددة في قاع البئر وآبار النفط ومعادن النيكل لقوتها العالية. تستخدم صناعة اللب والورق التيتانيوم في المعدات التكنولوجيةتتعرض لوسائط عدوانية مثل هيبوكلوريت الصوديوم أو غاز الكلور الرطب (في التبييض). تشمل التطبيقات الأخرى اللحام بالموجات فوق الصوتية ولحام الموجة.

بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم هذه السبائك في السيارات ، خاصة في سباقات السيارات والدراجات النارية ، حيث يعد الوزن الخفيف والقوة العالية والصلابة أمرًا ضروريًا.

يستخدم التيتانيوم في العديد من السلع الرياضية: مضارب التنس ونوادي الجولف وبكرات اللاكروس ؛ خوذات الكريكيت والهوكي واللاكروس وكرة القدم ، وكذلك هياكل ومكونات الدراجات.

بسبب متانته ، أصبح التيتانيوم أكثر شهرة للمجوهرات المصممة (خاصة خواتم التيتانيوم). يجعلها خمولها خيارًا جيدًا للأشخاص الذين يعانون من الحساسية أو أولئك الذين يرتدون المجوهرات في بيئات مثل حمامات السباحة. يُصنع التيتانيوم أيضًا بالذهب لإنتاج سبيكة يمكن بيعها كذهب عيار 24 لأن 1٪ من التيتانيوم المخلوط لا يكفي لطلب درجة أقل. تكون السبيكة الناتجة عن صلابة الذهب عيار 14 وهي أقوى من الذهب الخالص عيار 24.

تدابير وقائية

التيتانيوم غير سام حتى في الجرعات العالية. في شكل مسحوق أو نشارة معدنية ، فإنها تشكل خطر حريق خطير ، وإذا تم تسخينها في الهواء ، فإنها تشكل خطر الانفجار.

خصائص وتطبيقات سبائك التيتانيوم

فيما يلي نظرة عامة على سبائك التيتانيوم الأكثر شيوعًا ، والتي تنقسم إلى فئات وخصائصها ومزاياها وتطبيقاتها الصناعية.

الصف السابع

الصف السابع مكافئ ميكانيكيًا وماديًا للتيتانيوم النقي من الدرجة الثانية ، باستثناء إضافة عنصر وسيط من البلاديوم ، مما يجعله سبيكة. لديها قابلية ممتازة للحام والمرونة ، أكثر مقاومة للتآكل لجميع السبائك من هذا النوع.

تستخدم الفئة 7 في العمليات والمكونات الكيميائية معدات الإنتاج.

الصف 11

الصف 11 مشابه جدًا للصف الأول ، باستثناء إضافة البلاديوم لتحسين مقاومة التآكل ، مما يجعله سبيكة.

آخر ميزات مفيدة تشمل اللدونة والقوة والمتانة وقابلية اللحام الممتازة. يمكن استخدام هذه السبيكة بشكل خاص في التطبيقات التي يمثل فيها التآكل مشكلة:

• معالجة كيميائية؛
• إنتاج الكلورات
• تحلية المياه؛
• التطبيقات البحرية.

Ti 6Al-4V فئة 5

سبيكة Ti 6Al-4V ، أو التيتانيوم من الدرجة 5 ، هي الأكثر استخدامًا. يمثل 50 ٪ من إجمالي استهلاك التيتانيوم في جميع أنحاء العالم.

سهولة الاستخدام تكمن في فوائدها العديدة. يمكن معالجة Ti 6Al-4V بالحرارة لزيادة قوتها. هذه السبيكة لديها قوة عالية في الوزن المنخفض.

هذا هو أفضل سبيكة للاستخدام في العديد من الصناعاتمثل الفضاء والطبية والبحرية والكيميائية صناعة. يمكن استخدامه لإنشاء:

• توربينات الطيران
• مكونات المحرك؛
• العناصر الهيكلية للطائرات؛
• مشابك الطيران
• أجزاء أوتوماتيكية عالية الأداء
• ادوات رياضية.

فئة Ti 6AL-4V ELI 23

الصف 23 - التيتانيوم الجراحي. Ti 6AL-4V ELI ، أو الدرجة 23 ، هو نسخة عالية النقاء من Ti 6Al-4V. يمكن أن تكون مصنوعة من لفات أو خيوط أو أسلاك أو أسلاك مسطحة. هو - هي الخيار الأفضلفي أي حالة تتطلب مزيجًا من القوة العالية والوزن المنخفض ومقاومة التآكل الجيدة والمتانة العالية. لديها مقاومة ممتازة للضرر.

يمكن استخدامه في التطبيقات الطبية الحيوية مثل المكونات القابلة للزرع بسبب توافقها الحيوي وقوة التعب الجيدة. يمكن أيضًا استخدامه في العمليات الجراحية لتصنيع هذه التركيبات:

• دبابيس ومسامير لتقويم العظام.
• المشابك للرباط.
• دبابيس جراحية
• الينابيع.
• أجهزة تقويم الأسنان
• الأوعية المبردة
• أجهزة تثبيت العظام.

الصف 12

يتميز التيتانيوم من الدرجة 12 بإمكانية لحام عالية الجودة. إنها سبيكة عالية القوة توفر قوة جيدة في درجات الحرارة العالية. يتميز التيتانيوم من الدرجة 12 بخصائص مماثلة للفولاذ المقاوم للصدأ فئة 300.

قدرتها على التشكيل بطرق متنوعة تجعلها مفيدة في العديد من التطبيقات. مقاومة التآكل العالية لهذه السبيكة تجعلها لا تقدر بثمن لمعدات التصنيع. يمكن استخدام الفئة 12 في الصناعات التالية:

• المبادلات الحرارية؛
• تطبيقات معالجة المعادن.
• الإنتاج الكيميائي مع ارتفاع درجة الحرارة ؛
• مكونات البحر والجو.

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn عبارة عن سبيكة يمكنها توفير قابلية لحام جيدة مع ثبات. كما أن لديها ثباتًا في درجات الحرارة العالية وقوة عالية.

يستخدم Ti 5Al-2.5Sn بشكل أساسي في صناعة الطيران ، وكذلك في المنشآت المبردة.

التيتانيوم - عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة ، 4 فترات النظام الدوريمنديليف ، العدد الذري 22 ؛ معدن متين وخفيف الوزن فضي-أبيض. يوجد في التعديلات البلورية التالية: α-Ti مع شبكة سداسية معبأة قريبة و β-Ti مع حشوة مكعبة محور الجسم.

أصبح تيتان معروفًا للإنسان منذ حوالي 200 عام فقط. يرتبط تاريخ اكتشافه بأسماء الكيميائي الألماني كلابروث والباحث الإنجليزي الهاوي ماكجريجور. في عام 1825 ، كان I. Berzelius أول من عزل التيتانيوم المعدني النقي ، ولكن حتى القرن العشرين ، كان هذا المعدن يعتبر نادرًا وبالتالي غير مناسب للاستخدام العملي.

ومع ذلك ، بحلول عصرنا ، ثبت أن التيتانيوم يحتل المرتبة التاسعة من حيث الوفرة بين العناصر الكيميائية الأخرى ، و جزء الشاملفي القشرة الأرضية 0.6٪. يوجد التيتانيوم في العديد من المعادن التي يصل احتياطيها إلى مئات الآلاف من الأطنان. توجد رواسب كبيرة من خامات التيتانيوم في روسيا والنرويج والولايات المتحدة الأمريكية وجنوب إفريقيا ، وفي أستراليا والبرازيل والهند ، تعتبر الغرينيات المفتوحة من الرمال المحتوية على التيتانيوم ملائمة للتعدين.

التيتانيوم هو معدن خفيف وفضي-أبيض مطيل ، نقطة انصهار 1660 ± 20 درجة مئوية ، نقطة الغليان 3260 درجة مئوية ، كثافة تعديلين ويساوي على التوالي α-Ti - 4.505 (20 درجة مئوية) و β-Ti - 4.32 (900 درجة مئوية) ز / سم 3. يتميز التيتانيوم بقوة ميكانيكية عالية ، والتي يتم الحفاظ عليها حتى في درجات الحرارة العالية. تتميز بلزوجة عالية ، والتي تتطلب أثناء تشغيلها طلاءًا خاصًا على أداة القطع.

في درجات الحرارة العادية ، يكون سطح التيتانيوم مغطى بطبقة أكسيد خاملة ، مما يجعل التيتانيوم مقاومًا للتآكل في معظم البيئات (باستثناء القلوية). رقائق التيتانيوم قابلة للاشتعال ، وغبار التيتانيوم قابل للانفجار.

لا يذوب التيتانيوم في المحاليل المخففة للعديد من الأحماض والقلويات (باستثناء أحماض الهيدروفلوريك والفوسفوريك وأحماض الكبريتيك المركزة) ، ولكن في وجود عوامل معقدة يتفاعل بسهولة حتى مع الأحماض الضعيفة.

عند تسخينه في الهواء إلى درجة حرارة 1200 درجة مئوية ، يشتعل التيتانيوم ، مكونًا أطوار أكسيد ذات تركيبة متغيرة. يترسب هيدروكسيد التيتانيوم من محاليل أملاح التيتانيوم ، والتي تتيح عملية التكليس الحصول على ثاني أكسيد التيتانيوم.

عند تسخينه ، يتفاعل التيتانيوم أيضًا مع الهالوجينات. على وجه الخصوص ، يتم الحصول على رباعي كلوريد التيتانيوم بهذه الطريقة. نتيجة لتقليل رباعي كلوريد التيتانيوم مع الألومنيوم والسيليكون والهيدروجين وبعض عوامل الاختزال الأخرى ، يتم الحصول على ثلاثي كلوريد التيتانيوم وثنائي كلوريد. يتفاعل التيتانيوم مع البروم واليود.

عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية ، يتفاعل التيتانيوم مع النيتروجين لتكوين نيتريد التيتانيوم. يتفاعل التيتانيوم أيضًا مع الكربون لتشكيل كربيد التيتانيوم. عند تسخينه ، يمتص التيتانيوم الهيدروجين ، ويتشكل هيدريد التيتانيوم ، الذي يتحلل مع إطلاق الهيدروجين عند تسخينه مرة أخرى.

في أغلب الأحيان ، يعمل ثاني أكسيد التيتانيوم مع كمية صغيرة من الشوائب كمواد أولية لإنتاج التيتانيوم. يمكن أن يكون هذا كلا من خبث التيتانيوم الذي تم الحصول عليه أثناء معالجة مركزات الإلمنيت ، وتركيز الروتيل ، الذي يتم الحصول عليه أثناء تخصيب خامات التيتانيوم.

يخضع تركيز خام التيتانيوم للمعالجة المعدنية الحرارية أو حمض الكبريتيك. منتج معالجة حامض الكبريتيك هو مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم. عند استخدام طريقة المعالجة المعدنية الحرارية ، يتم تلبيد الخام بفحم الكوك ومعالجته بالكلور لإنتاج بخار رباعي كلوريد التيتانيوم ، والذي يتم بعد ذلك تقليله بواسطة المغنيسيوم عند 850 درجة مئوية.

تتم إعادة صهر "الإسفنج" الناتج من التيتانيوم ، ويتم تنظيف الذوبان من الشوائب. لتكرير التيتانيوم ، يتم استخدام طريقة اليوديد أو التحليل الكهربائي. يتم الحصول على سبائك التيتانيوم عن طريق معالجة شعاع القوس أو البلازما أو الإلكترون.

يذهب معظم إنتاج التيتانيوم إلى احتياجات صناعات الطيران والصواريخ ، وكذلك بناء السفن البحرية. يستخدم التيتانيوم كإضافة إلى صناعة السبائك للفولاذ عالي الجودة وكمزيل للأكسدة.

يتم تصنيع أجزاء مختلفة من أجهزة التفريغ الكهربائي والضواغط والمضخات لضخ الوسائط العدوانية والمفاعلات الكيميائية ومحطات تحلية المياه والعديد من المعدات والهياكل الأخرى. نظرًا لسلامته البيولوجية ، يعتبر التيتانيوم مادة ممتازة للتطبيقات في الصناعات الغذائية والطبية.

صفحة 1

الموصلية الحرارية للتيتانيوم هي - 14 0 W / m deg ، وهي أقل إلى حد ما من التوصيل الحراري لسبائك الفولاذ. المواد مزورة بشكل جيد ، مختومة ، آلية. يتم لحام منتجات التيتانيوم بإلكترود من التنجستن في جو من الأرجون الواقي. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام التيتانيوم لتصنيع مجموعة واسعة من الأنابيب والألواح والمنتجات المدرفلة.

الموصلية الحرارية للتيتانيوم منخفضة - حوالي 13 مرة أقل من الألومنيوم و 4-4 مرات أقل من الحديد.

الموصلية الحرارية للتيتانيوم قريبة من الفولاذ المقاوم للصدأ وتبلغ 14 كيلو كالوري / متر مكعب في الساعة. التيتانيوم مصنوع جيدًا ومختوم ومُشَكَّل بطريقة مرضية. عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية ، فإنها تميل إلى امتصاص الغازات. يتم لحام التيتانيوم بإلكترود من التنجستن في جو من الأرجون الواقي.

الموصلية الحرارية للتيتانيوم وسبائكه أقل بنحو 15 مرة من تلك الخاصة بالألمنيوم ، و 35-5 مرات أقل من تلك الخاصة بالفولاذ. معامل التمدد الحراري الخطي للتيتانيوم هو أيضًا أقل بكثير من معامل الألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ.

الموصلية الحرارية للتيتانيوم هي - 14 0 واط / (م - كلفن) ، وهي أقل إلى حد ما من التوصيل الحراري لسبائك الفولاذ. المواد مزورة بشكل جيد ، مختومة ، آلية. يتم لحام منتجات التيتانيوم بإلكترود من التنجستن في جو من الأرجون الواقي. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام التيتانيوم لتصنيع مجموعة واسعة من الأنابيب والألواح والمنتجات المدرفلة.

معامل التوصيل الحراري للتيتانيوم في نطاق درجة حرارة التشغيل (20-400 درجة مئوية) هو 0 057-0 055 كالوري / (سم-ث-ك) ، وهو حوالي 3 مرات أقل من التوصيل الحراري للحديد ، 16 مرة أقل من الموصلية الحرارية للنحاس وقريبة من التوصيل الحراري للفولاذ المقاوم للصدأ الصف الأوستنيتي.

لذلك ، على سبيل المثال ، الموصلية الحرارية للتيتانيوم هي 8-10 مرات أقل من الموصلية الحرارية للألمنيوم.

تتوافق القيم المحسوبة التي تم الحصول عليها للتوصيل الحراري للفونون للتيتانيوم مع تقدير هذه القيمة التي تم إجراؤها في العمل ، حيث يتم أخذها بما يعادل 3 -: - 5 وات / م درجة.

مع صناعة السبائك ، وكذلك مع زيادة محتوى الشوائب ، تنخفض الموصلية الحرارية للتيتانيوم ، كقاعدة عامة. عند تسخينها ، تزداد الموصلية الحرارية للسبائك ، مثل التيتانيوم النقي ؛ بالفعل عند 500-600 درجة مئوية ، فإنه يقترب من التوصيل الحراري للتيتانيوم غير المشبع.

إن معامل مرونة التيتانيوم هو ما يقرب من نصف معامل مرونة الحديد ، وهو على نفس المستوى مع معامل سبائك النحاس وهو أعلى بكثير من معامل الألومنيوم. الموصلية الحرارية للتيتانيوم منخفضة: فهي تمثل حوالي 7٪ من الموصلية الحرارية للألمنيوم و 165٪ من التوصيل الحراري للحديد. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند تسخين المعدن للتشكيل واللحام. تبلغ المقاومة الكهربائية للتيتانيوم حوالي 6 مرات أكبر من مقاومة الحديد و 20 مرة أكبر من مقاومة الألمنيوم.

بادئ ذي بدء ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن التوصيل الحراري للتيتانيوم وسبائكه في درجات حرارة منخفضة منخفضة للغاية. في درجة حرارة الغرفة ، تكون الموصلية الحرارية للتيتانيوم حوالي 3٪ من الموصلية الحرارية للنحاس وهي أقل عدة مرات ، على سبيل المثال ، من الفولاذ (الموصلية الحرارية للتيتانيوم هي 0 0367 كالوري / سم ثانية C ، والحرارة الموصلية للفولاذ 40 هي 0142 كالوري. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الموصلية الحرارية لسبائك التيتانيوم وتقترب من الموصلية الحرارية للفولاذ ، وهذا يؤثر على معدلات تسخين سبائك التيتانيوم اعتمادًا على درجة الحرارة التي يتم تسخينها بها ، كما يمكن رؤيته من معدلات التسخين والتبريد للتيتانيوم النقي تجاريًا (سبيكة VT1) مع مقطع عرضي يبلغ 150 مم (الشكل.

يتميز التيتانيوم بموصلية حرارية منخفضة ، وهي أقل 13 مرة من الموصلية الحرارية للألمنيوم وأقل بـ 4 مرات من الموصلية الحرارية للحديد. مع زيادة درجة الحرارة ، تنخفض الموصلية الحرارية للتيتانيوم إلى حد ما وعند 700 درجة مئوية تكون 0 0309 كالوري / سم ثانية SS.

يتميز التيتانيوم بموصلية حرارية منخفضة ، وهي أقل 13 مرة من الموصلية الحرارية للألمنيوم وأقل بـ 4 مرات من الموصلية الحرارية للحديد. مع زيادة درجة الحرارة ، تنخفض الموصلية الحرارية للتيتانيوم إلى حد ما وعند 700 درجة مئوية تكون 0 0309 كالوري / سم ثانية.

عند لحام اللحام للحصول على مفصل جودة جيدةمطلوب حماية موثوقة من الغازات الجوية (O2 ، Nj ، H2) لمعدن الوصلة الملحومة التي يتم تسخينها إلى درجة حرارة أعلى من 400 درجة مئوية على جانبي اللحام. يتفاقم نمو الحبوب بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة للتيتانيوم ، مما يزيد من وقت بقاء معدن اللحام في درجات حرارة عالية. للتغلب على هذه الصعوبات ، يتم إجراء اللحام عند أدنى مدخلات حرارة ممكنة.

كانت ولا تزال السبائك والمعادن الأكثر أهمية للاقتصاد الوطني ، حيث جمعت بين الخفة والقوة. ينتمي التيتانيوم إلى هذه الفئة من المواد ، بالإضافة إلى أنه يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل.

التيتانيوم هو معدن انتقالي من المجموعة الرابعة من الفترة الرابعة. الكتلة الجزيئيةإنه 22 فقط ، مما يدل على خفة المادة. في الوقت نفسه ، تتميز المادة بقوة استثنائية: من بين جميع المواد الهيكلية ، يتميز التيتانيوم بأعلى قوة محددة. اللون أبيض فضي.

ما هو التيتانيوم ، سيوضح الفيديو أدناه:

المفهوم والميزات

التيتانيوم شائع جدًا - فهو يحتل المرتبة العاشرة من حيث المحتوى في قشرة الأرض. ومع ذلك ، لم يتم عزل معدن نقي حقًا إلا في عام 1875. قبل ذلك ، تم الحصول على المادة إما بشوائب ، أو كانت مركباتها تسمى التيتانيوم المعدني. أدى هذا الالتباس إلى حقيقة أن المركبات المعدنية كانت تستخدم في وقت أبكر بكثير من المعدن نفسه.

هذا يرجع إلى خصوصية المادة: تؤثر الشوائب الأقل أهمية بشكل كبير على خصائص المادة ، وأحيانًا تحرمها تمامًا من صفاتها المتأصلة.

وبالتالي ، فإن أصغر جزء من المعادن الأخرى يحرم التيتانيوم من مقاومة الحرارة ، وهي إحدى صفاته القيمة. وإضافة صغيرة من مادة غير معدنية تحول المادة المتينة إلى مادة هشة وغير مناسبة للاستخدام.

قسمت هذه الميزة المعدن الناتج على الفور إلى مجموعتين: تقنية ونقية.

• الأولتُستخدم في الحالات التي تكون فيها الحاجة إلى القوة والخفة ومقاومة التآكل هي الأكثر احتياجًا ، حيث لا يفقد التيتانيوم أبدًا الجودة الأخيرة.
• مواد عالية النقاءتستخدم عند الحاجة إلى مادة تعمل تحت أحمال عالية جدًا ودرجات حرارة عالية ، ولكنها في نفس الوقت خفيفة الوزن. هذا بالطبع هو علم الطائرات والصواريخ.

السمة الخاصة الثانية للمادة هي تباين الخواص. بعض منه الصفات الجسديةتتغير تبعا لتطبيق القوات ، والتي يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند التقديم.

في ظل الظروف العادية ، يكون المعدن خاملًا ، ولا يتآكل في مياه البحر أو في البحر أو في هواء المدينة. علاوة على ذلك ، فهو أكثر المواد الخاملة بيولوجيًا المعروفة ، بسبب استخدام الأطراف الاصطناعية والغرسات المصنوعة من التيتانيوم على نطاق واسع في الطب.

في الوقت نفسه ، عندما ترتفع درجة الحرارة ، تبدأ في التفاعل مع الأكسجين والنيتروجين وحتى الهيدروجين ، وتمتص الغازات في صورة سائلة. هذه الميزة غير السارة تجعل من الصعب للغاية الحصول على المعدن نفسه وتصنيع السبائك القائمة عليه.

هذا الأخير ممكن فقط عند استخدام معدات التفريغ. حوّلت عملية الإنتاج الأكثر تعقيدًا عنصرًا شائعًا إلى حد ما إلى عنصر مكلف للغاية.

الترابط مع معادن أخرى

يحتل التيتانيوم موقعًا وسيطًا بين المادتين الإنشائيتين الأخريين المعروفين - الألمنيوم والحديد ، أو بالأحرى سبائك الحديد. في كثير من النواحي ، يتفوق المعدن على "منافسيه":

• القوة الميكانيكية للتيتانيوم أعلى بمرتين من قوة الحديد ، و 6 مرات أعلى من الألمنيوم. في هذه الحالة ، تزداد القوة مع انخفاض درجة الحرارة ؛
• مقاومة التآكل أعلى بكثير من مقاومة الحديد وحتى الألومنيوم ؛
• في درجات الحرارة العادية ، يكون التيتانيوم خاملًا. ومع ذلك ، عندما ترتفع إلى 250 درجة مئوية ، فإنها تبدأ في امتصاص الهيدروجين ، مما يؤثر على خصائصه. من حيث النشاط الكيميائي ، فهو أدنى من المغنيسيوم ، لكنه للأسف يتفوق على الحديد والألمنيوم ؛
• ينقل المعدن الكهرباء بشكل أضعف بكثير: مقاومته الكهربائية أعلى بخمس مرات من مقاومة الحديد ، و 20 مرة أعلى من تلك الموجودة في الألومنيوم ، و 10 مرات أعلى من تلك الخاصة بالمغنيسيوم ؛
• كما أن الموصلية الحرارية أقل بكثير: 3 مرات أقل من الحديد 1 ، و 12 مرة أقل من الألومنيوم. ومع ذلك ، ينتج عن هذه الخاصية معامل تمدد حراري منخفض للغاية.

إيجابيات وسلبيات

في الواقع ، للتيتانيوم العديد من العيوب. لكن الجمع بين القوة والخفة مطلوب للغاية لدرجة أن طريقة التصنيع المعقدة والحاجة إلى نقاء استثنائي لا توقف مستهلكي المعادن.

تشمل المزايا التي لا شك فيها للمادة ما يلي:

• كثافة منخفضة ، مما يعني وزنًا ضئيلًا جدًا ؛
• قوة ميكانيكية استثنائية لكل من معدن التيتانيوم نفسه وسبائكه. مع زيادة درجة الحرارة ، تتفوق سبائك التيتانيوم على جميع سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم ؛
• تصل نسبة القوة والكثافة الخاصة بالقوة إلى 30-35 ، وهي أعلى مرتين تقريبًا من أفضل أنواع الفولاذ الإنشائي ؛
• في الهواء ، يتم طلاء التيتانيوم بطبقة رقيقة من الأكسيد ، والتي توفر مقاومة ممتازة للتآكل.

المعدن أيضا له عيوبه:

• تنطبق مقاومة التآكل والخمول فقط على المنتجات السطحية غير النشطة. على سبيل المثال ، يشتعل غبار التيتانيوم أو نشارة الخشب تلقائيًا ويحترق عند درجة حرارة 400 درجة مئوية ؛
• طريقة معقدة للغاية للحصول على معدن التيتانيوم توفر تكلفة عالية للغاية. المواد أغلى بكثير من الحديد ، أو ؛
• تتطلب القدرة على امتصاص الغازات الجوية مع زيادة درجة الحرارة استخدام معدات التفريغ لصهر والحصول على السبائك ، مما يؤدي أيضًا إلى زيادة التكلفة بشكل كبير ؛
• التيتانيوم له خصائص مضادة للاحتكاك سيئة - لا يعمل من أجل الاحتكاك ؛
• المعدن وسبائكه عرضة للتآكل الهيدروجين الذي يصعب منعه ؛
• من الصعب تصنيع التيتانيوم. اللحام صعب أيضًا بسبب انتقال الطور أثناء التسخين.

ورقة التيتانيوم (الصورة)

الخصائص والخصائص

تعتمد بشدة على النظافة. تصف البيانات المرجعية ، بالطبع ، المعدن النقي ، لكن خصائص التيتانيوم التقني يمكن أن تختلف بشكل ملحوظ.

• تنخفض كثافة المعدن عند تسخينه من 4.41 إلى 4.25 جم / سم 3. المرحلة الانتقاليةيغير الكثافة بنسبة 0.15٪ فقط.
• درجة انصهار المعدن هي 1668 درجة مئوية. ودرجة الغليان 3227 درجة مئوية. التيتانيوم مادة مقاومة للحرارة.
• في المتوسط ​​، تبلغ مقاومة الشد 300-450 ميجا باسكال ، ومع ذلك ، يمكن زيادة هذا الرقم إلى 2000 ميجا باسكال باللجوء إلى التصلب والشيخوخة ، بالإضافة إلى إدخال عناصر إضافية.
• على مقياس HB ، الصلابة هي 103 وهذا ليس الحد الأقصى.
• السعة الحرارية للتيتانيوم منخفضة - 0.523 كيلو جول / (كجم كلفن).
• مقاومة كهربائية محددة - 42.1 10-6 أوم سم.
• التيتانيوم هو بارامغناطيس. مع انخفاض درجة الحرارة ، تقل قابليتها المغناطيسية.
• يتميز المعدن ككل بالليونة والمرونة. ومع ذلك ، تتأثر هذه الخصائص بشدة بالأكسجين والنيتروجين في السبيكة. كلا العنصرين يجعل المادة هشة.

هذه المادة مقاومة للعديد من الأحماض ، بما في ذلك النيتريك والكبريت بتركيزات منخفضة وتقريباً جميع الأحماض العضوية باستثناء الفورميك. تضمن هذه الجودة أن التيتانيوم مطلوب في المواد الكيميائية والبتروكيماوية ، صناعة الورقوهلم جرا.

الهيكل والتكوين

التيتانيوم - على الرغم من كونه معدنًا انتقاليًا ، ومقاومته الكهربائية منخفضة ، إلا أنه معدن وينقل تيارًا كهربائيًا ، مما يعني بنية منظمة. عند التسخين إلى درجة حرارة معينة ، يتغير الهيكل:

• حتى 883 درجة مئوية ، تكون المرحلة α مستقرة بكثافة 4.55 جم / مكعب. انظر تتميز بشبكة سداسية كثيفة. يذوب الأكسجين في هذه المرحلة بتكوين المحاليل الخلالية ويثبت تعديل α - يدفع حد درجة الحرارة ؛
• أعلى من 883 درجة مئوية ، تكون المرحلة ذات شعرية مكعبة محورها الجسم مستقرة. كثافته أقل إلى حد ما - 4.22 جم / مكعب. نرى الهيدروجين يثبت هذا الهيكل - عندما يذوب في التيتانيوم ، تتشكل أيضًا المحاليل الخلالية والهيدريدات.

هذه الميزة تجعل عمل عالم المعادن صعبًا للغاية. تقل قابلية ذوبان الهيدروجين بشكل حاد عندما يتم تبريد التيتانيوم ، ويترسب هيدروجين الهيدروجين ، المرحلة ، في السبيكة.

يتسبب في حدوث تشققات باردة أثناء اللحام ، لذلك يتعين على الشركات المصنعة العمل بجهد إضافي بعد صهر المعدن لتنظيفه من الهيدروجين.

حول أين يمكنك أن تجد وكيف تصنع التيتانيوم ، سنخبر أدناه.

هذا الفيديو مخصص لوصف التيتانيوم كمعدن:

الإنتاج والتعدين

التيتانيوم شائع جدًا ، بحيث لا توجد صعوبات مع الخامات التي تحتوي على معدن وبكميات كبيرة إلى حد ما. المواد الخام الروتيل ، anatase و brookite - ثاني أكسيد التيتانيوم في تعديلات مختلفة ، الإلمنيت ، البيروفانايت - مركبات الحديد ، وهلم جرا.

لكنها معقدة وتتطلب معدات باهظة الثمن. تختلف طرق الحصول على الخام إلى حد ما ، لأن تكوين الخام مختلف. على سبيل المثال ، يبدو مخطط الحصول على المعدن من خامات الإلمنيت كما يلي:

• الحصول على خبث التيتانيوم - يتم تحميل الصخور في فرن القوس الكهربائي مع عامل الاختزال - أنثراسايت ، فحمويتم تسخينه إلى 1650 درجة مئوية ، وفي الوقت نفسه ، يتم فصل الحديد ، والذي يستخدم للحصول على الحديد الزهر وثاني أكسيد التيتانيوم في الخبث ؛
• يتم معالجة الخبث بالكلور في المناجم أو الكلورة بالملح. جوهر العملية هو تحويل ثاني أكسيد الصلب إلى رباعي كلوريد التيتانيوم الغازي ؛
• في أفران المقاومة في قوارير خاصة ، يتم تقليل المعدن بالصوديوم أو المغنيسيوم من الكلوريد. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على كتلة بسيطة - اسفنجة من التيتانيوم. هذا تيتانيوم تقني مناسب تمامًا لتصنيع المعدات الكيميائية ، على سبيل المثال ؛
• إذا كانت هناك حاجة إلى معدن أنقى ، فإنها تلجأ إلى التكرير - بينما يتفاعل المعدن مع اليود من أجل الحصول على اليود الغازي ، والأخير ، تحت تأثير درجة الحرارة - 1300-1400 درجة مئوية ، ويتحلل التيار الكهربائي ، ويطلق التيتانيوم النقي. يتم توفير تيار كهربائي من خلال سلك من التيتانيوم ممتد في معوجة ، حيث تترسب عليه مادة نقية.

للحصول على سبائك التيتانيوم ، يتم صهر إسفنجة التيتانيوم في فرن مفرغ لمنع الهيدروجين والنيتروجين من الذوبان.

سعر التيتانيوم لكل 1 كجم مرتفع للغاية: اعتمادًا على درجة النقاء ، فإن تكلفة المعدن من 25 دولارًا إلى 40 دولارًا لكل 1 كجم.من ناحية أخرى ، ستكلف حالة جهاز الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للأحماض 150 روبل. ولن تستمر أكثر من 6 أشهر. سيكلف التيتانيوم حوالي 600 ص ، لكنه يعمل لمدة 10 سنوات. هناك العديد من منشآت إنتاج التيتانيوم في روسيا.

مجالات الاستخدام

يجبرنا تأثير درجة التنقية على الخواص الفيزيائية والميكانيكية على اعتبارها من وجهة النظر هذه. لذا ، فإن التقنية ، أي ليست أنقى المعادن ، تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل وخفة وقوة ، مما يحدد استخدامه:

• صناعة كيميائية- المبادلات الحرارية والأنابيب والأغلفة وأجزاء المضخات والتجهيزات وما إلى ذلك. المادة لا غنى عنها في المناطق التي تتطلب مقاومة الأحماض والقوة ؛
• صناعة النقل- المادة المستخدمة في صناعة المركبات من القطاراتللدراجات. في الحالة الأولى ، يوفر المعدن كتلة أصغر من المركبات ، مما يجعل الجر أكثر كفاءة ، وفي الحالة الأخيرة يعطي خفة وقوة ، ولا عجب أن يعتبر إطار دراجة من التيتانيوم هو الأفضل ؛
• الشؤون البحرية- يستخدم التيتانيوم في صناعة المبادلات الحرارية ، وكاتم صوت العادم للغواصات ، والصمامات ، والمراوح ، وما إلى ذلك ؛
• في اعمال بناءيستخدم على نطاق واسع - التيتانيوم - مادة ممتازة لإنهاء الواجهات والأسقف. إلى جانب القوة ، توفر السبيكة ميزة أخرى مهمة للهندسة المعمارية - القدرة على إعطاء المنتجات التكوين الأكثر غرابة ، والقدرة على تشكيل السبيكة غير محدودة.

المعدن النقي أيضًا مقاوم جدًا لدرجات الحرارة المرتفعة ويحتفظ بقوته. التطبيق واضح:

• صناعة الصواريخ والطائرات - يتم تغليفها. أجزاء المحرك ، السحابات ، أجزاء الهيكل وما إلى ذلك ؛
• الطب - الخمول البيولوجي والخفة تجعل التيتانيوم مادة واعدة أكثر للأطراف الصناعية ، حتى صمامات القلب ؛
• التكنولوجيا المبردة - التيتانيوم هو أحد المواد القليلة التي ، عندما تنخفض درجة الحرارة ، تصبح أقوى فقط ولا تفقد اللدونة.

التيتانيوم هو مادة هيكلية من أعلى قوة مع خفة وليونة. توفر له هذه الصفات الفريدة المزيد والمزيد دورا هامافي الاقتصاد الوطني.

سيخبرك الفيديو أدناه بمكان الحصول على التيتانيوم مقابل السكين:

التيتانيوم(لات. تيتانيوم) ، ti ، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من النظام الدوري لمندليف ؛ العدد الذري 22 ، الكتلة الذرية 47.90 ؛ أبيض فضي اللون المعادن الخفيفة.يتكون Natural T. من خليط من خمسة نظائر مستقرة: 46 ti (7.95٪) ، 47 ti (7.75٪) ، 48 ti (73.45٪) ، 49 ti (5.51٪) ، 50 ti (5.34٪). النظائر المشعة الاصطناعية 45 ti معروفة (ti 1/2 = 3.09 ح، 51 تي (تي 1/2 = 5.79 دقيقة) وإلخ.

مرجع التاريخ. اكتشف عالم المعادن الهاوي الإنجليزي دبليو جريجور T. في شكل ثاني أكسيد في عام 1791 في الرمال المغناطيسية الحديدية لمدينة ميناكان (إنجلترا) ؛ في عام 1795 ، أثبت الكيميائي الألماني م.ج.كلابروث أن هذا المعدن الروتيلهو أكسيد طبيعي من نفس المعدن ، والذي أسماه "تيتانيوم" [في الأساطير اليونانية ، جبابرة هم أبناء أورانوس (الجنة) وغايا (الأرض)]. لم يكن من الممكن عزل T. في شكله النقي لفترة طويلة ؛ في عام 1910 فقط حصل العالم الأمريكي م. أ. هانتر على الصوديوم المعدني عن طريق تسخين كلوريده بالصوديوم في قنبلة فولاذية محكمة الغلق. كان المعدن الذي حصل عليه مطيلًا فقط في درجات حرارة مرتفعة وهشًا في درجة حرارة الغرفة بسبب المحتوى العالي من الشوائب. ظهرت فرصة دراسة خصائص التيتانيوم النقي فقط في عام 1925 ، عندما حصل العالمان الهولنديان أ. فان أركيل وج. دي بوير على بلاستيك معدني عالي النقاء عند درجات حرارة منخفضة عن طريق التفكك الحراري يوديد التيتانيوم.

التوزيع في الطبيعة. يعتبر T. أحد العناصر الشائعة ، حيث يبلغ متوسط ​​محتواه في القشرة الأرضية (كلارك) 0.57٪ من حيث الوزن (من بين المعادن الهيكلية ، يحتل المرتبة الرابعة من حيث الوفرة بعد الحديد والألمنيوم والمغنيسيوم). الأهم من ذلك كله ، T. في الصخور الأساسية لما يسمى "قشرة البازلت" (0.9٪) ، وأقل في صخور "قشرة الجرانيت" (0.23٪) ، وحتى أقل في الصخور فوق السطحية (0.03٪) ، إلخ. . الصخورالمعادن المخصبة في T. تشمل pegmatites من الصخور الأساسية ، الصخور القلوية ، syenites ، pegmatites المرتبطة بها.سبعة وستون T. معادن معروفة ، معظمها من أصل ناري. أهمها الروتيل و ألمنيت.

في المحيط الحيوي ، تنتشر T. في الغالب. في مياه البحر يحتوي على 1 10 -7٪ ؛ T. مهاجر ضعيف.

الخصائص الفيزيائية. يوجد T. في شكل تعديلين متآصلين: أقل من درجة حرارة 882.5 درجة مئوية ، يكون الشكل a ذو الشبكة السداسية المعبأة قريبًا مستقرًا ( أ= 2.951 å ، مع= 4.679 å) ، وفوق درجة الحرارة هذه - شكل ب مع شعرية مكعبة محور الجسم أ = 3.269 جنيه إسترليني يمكن أن تؤدي الشوائب والمواد المنشطة إلى تغيير كبير في درجة حرارة التحول أ / ب.

كثافة شكل a عند 20 درجة مئوية 4.505 ز / سم 3 أ عند 870 درجة مئوية 4.35 ز / سم 3 أشكال ب عند 900 درجة مئوية 4.32 ز / سم 3 ؛ نصف القطر الذري ti 1.46 å، نصف القطر الأيوني ti + 0.94 å، ti 2+ 0.78 å، ti 3+ 0.69 å، ti 4+ 0.64 å ، ررر 1668 ± 5 درجة مئوية ، ركيب 3227 درجة مئوية ؛ الموصلية الحرارية في حدود 20-25 درجة مئوية 22.065 الثلاثاء /(م؟ إلى) ؛ معامل درجة حرارة التمدد الخطي عند 20 درجة مئوية 8.5؟ 10 -6 ، في حدود 20-700 درجة مئوية 9.7؟ 10-6 ؛ السعة الحرارية 0.523 كيلو جول /(كلغ؟ إلى) ؛ المقاومة الكهربائية 42.1؟ 10-6 أوم? سمعند 20 درجة مئوية ؛ معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية 0.0035 عند 20 درجة مئوية ؛ لديه الموصلية الفائقة أقل من 0.38 ± 0.01 كلفن ، قابلية مغناطيسية مغنطيسية محددة (3.2 ± 0.4)؟ 10-6 عند 20 درجة مئوية. قوة الشد 256 مينيسوتا / م 2 (25,6 كجم ق / مم 2) , استطالة 72٪ ، صلابة برينل أقل من 1000 مينيسوتا / م 2 (100 كجم ق / مم 2) . معامل المرونة العادية 108000 مينيسوتا / م 2 (10800 كجم ق / مم 2) . معدن درجة عاليةنظافة المطروقات في درجة الحرارة العادية.

تحتوي الدرجة التقنية المستخدمة في الصناعة على شوائب من الأكسجين والنيتروجين والحديد والسيليكون والكربون ، مما يزيد من قوته ويقلل من الليونة ويؤثر على درجة حرارة التحول متعدد الأشكال الذي يحدث في حدود 865-920 درجة مئوية. بالنسبة للدرجات الفنية VT1-00 و VT1-0 ، تبلغ الكثافة حوالي 4.32 ز / سم 3 , قوة الشد 300-550 مينيسوتا / م 2 (30-55 كجم ق / مم 2) , استطالة لا تقل عن 25٪ ، صلابة برينل 1150-1650 مينيسوتا / م 2 (115-165 كجم ق / مم 2) . تكوين الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة ti 3 د 2 4 س 2 .

الخواص الكيميائية . نقي T. - تفاعلي عنصر الانتقالفي المركبات لديها حالات أكسدة + 4 ، أقل من +3 و +2. في درجات الحرارة العادية وتصل إلى 500-550 درجة مئوية ، فهي مقاومة للتآكل ، وهذا ما يفسره وجود طبقة أكسيد رفيعة ولكنها قوية على سطحها.

يتفاعل بشكل كبير مع الأكسجين الجوي عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية مع تكوين 2 . يمكن أن تشتعل النيران في رقائق التيتانيوم الرقيقة التي لا تحتوي على مواد تزييت كافية أثناء المعالجة. مع تركيز الأكسجين الكافي في بيئةوتلف طبقة الأكسيد بالتأثير أو الاحتكاك ، فمن الممكن إشعال المعدن في درجة حرارة الغرفة وفي قطع كبيرة نسبيًا.

لا يحمي فيلم الأكسيد مقياس الحرارة في الحالة السائلة من التفاعل الإضافي مع الأكسجين (على عكس الألومنيوم على سبيل المثال) ، وبالتالي يجب أن يتم صهره ولحامه في فراغ ، أو في جو من غاز محايد ، أو تحت تدفق. T. لديه القدرة على امتصاص الغازات الجوية والهيدروجين ، وتشكيل سبائك هشة غير مناسبة للاستخدام العملي ؛ في وجود سطح نشط ، يحدث امتصاص الهيدروجين حتى في درجة حرارة الغرفة بمعدل منخفض ، مما يزيد بشكل كبير عند 400 درجة مئوية وما فوق. إن قابلية ذوبان الهيدروجين في T. قابلة للعكس ، ويمكن إزالة هذا الغاز بالكامل تقريبًا عن طريق التلدين بالفراغ. يتفاعل النيتروجين مع النيتروجين عند درجات حرارة تزيد عن 700 درجة مئوية لتكوين نيتريد من نوع القصدير ؛ في شكل مسحوق ناعم أو سلك ، يمكن أن يحترق T. في جو من النيتروجين. معدل انتشار النيتروجين والأكسجين في T. أقل بكثير من معدل انتشار الهيدروجين. تتميز الطبقة التي تم الحصول عليها نتيجة للتفاعل مع هذه الغازات بزيادة الصلابة والهشاشة ويجب إزالتها من سطح منتجات التيتانيوم عن طريق الحفر أو التشغيل الآلي. يتفاعل T. بقوة مع الهالوجينات الجافة , بالنسبة للهالوجينات الرطبة ، فهو مستقر ، لأن الرطوبة تلعب دور المثبط.

المعدن مستقر في حامض النيتريك بجميع تركيزاته (باستثناء حامض الدخان الأحمر الذي يسبب تكسير الحمض ، ويحدث التفاعل أحيانًا مع انفجار) ، في المحاليل الضعيفة لحمض الكبريتيك (حتى 5٪ بالوزن ). الهيدروكلوريك ، الهيدروفلوريك ، الكبريتيك المركز ، وكذلك الأحماض العضوية الساخنة: تتفاعل أحماض الأكساليك والفورميك وثلاثي كلورو الخليك مع T.

T. مقاوم للتآكل في الهواء الجوي ومياه البحر والجو البحري ، في الكلور الرطب ، ماء الكلور ، محاليل الكلوريد الساخنة والباردة ، في مختلف الحلول التكنولوجية والكواشف المستخدمة في الصناعات الكيميائية والزيتية والورقية وغيرها من الصناعات ، كذلك كما هو الحال في علم المعادن. تشكل T. مركبات شبيهة بالمعادن مع C و B و se و si ، والتي تتميز بصلابتها العالية وصلابتها العالية. كربيد تيج ( ر pl 3140 ° C) عن طريق تسخين خليط من tio 2 مع السخام عند 1900-2000 درجة مئوية في جو هيدروجين ؛ نيتريد القصدير ( ر pl 2950 ° C) - عن طريق تسخين مسحوق T. في النيتروجين عند درجة حرارة أعلى من 700 درجة مئوية. تُعرف مبيدات السليكون tisi 2 و ti 5 si 3 و tisi و borides tib و ti 2 b 5 و tib 2. عند درجات حرارة تتراوح بين 400 و 600 درجة مئوية ، يمتص T. الهيدروجين لتكوين محاليل صلبة وهيدرات (tih ، tih 2). عندما يتم دمج tio 2 مع القلويات ، تتشكل أملاح حمض التيتانيوم من الميتا- و orthotitanates (على سبيل المثال ، na 2 tio 3 و na 4 tio 4) ، وكذلك البوليتيتانات (على سبيل المثال ، na 2 ti 2 o 5 and na 2 ti 3 o 7). تشمل التيتانات أهم معادن التيتانوس ، مثل إلمنيت فيتيو 3 وكاتيو بيروفسكايت 3. جميع التيتانات قابلة للذوبان في الماء بشكل طفيف. يذوب ثاني أكسيد التيتانيوم وأحماض التيتانيوم (الرواسب) والتيانات في حمض الكبريتيك لتشكيل محاليل تحتوي على كبريتات tioso 4 titanyl. عندما يتم تخفيف المحاليل وتسخينها ، يترسب h 2 tio 3 نتيجة للتحلل المائي ، والذي يتم الحصول منه على ثاني أكسيد T. عند إضافة بيروكسيد الهيدروجين إلى المحاليل الحمضية التي تحتوي على مركبات ti (iv) ، فإن أحماض البيروكسيد (supertitanic) من التركيبة h 4 tio 5 و h 4 tio تتشكل 8 والأملاح المقابلة لها ؛ هذه المركبات ملونة باللون الأصفر أو البرتقالي-الأحمر (اعتمادًا على تركيز T.

إيصال. الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على الزئبق المعدني هي طريقة المغنيسيوم الحرارية ، أي تقليل رباعي كلوريد الصوديوم بالمغنيسيوم المعدني (أقل شيوعًا ، الصوديوم):

ticl 4 + 2mg = ti + 2mgcl 2.

في كلتا الحالتين ، تعمل خامات أكسيد التيتانيوم - الروتيل ، والألمينيت ، وغيرهما - كمواد خام أولية.في حالة الخامات من نوع الإلمنيت ، يتم فصل التيتانيوم عن الحديد على شكل خبث عن طريق الصهر في أفران كهربائية. يتعرض الخبث (تمامًا مثل الروتيل) للكلور في وجود الكربون لتكوين رباعي كلوريد T. ، والذي يدخل بعد التنقية مفاعل اختزال بجو محايد.

وفقًا لهذه العملية ، يتم الحصول على الفولاذ في شكل إسفنجي ، وبعد الطحن ، يتم إعادة صهره في أفران القوس الفراغي إلى سبائك مع إدخال إضافات صناعة السبائك ، إذا كان ذلك مطلوبًا للحصول على سبيكة. تسمح لك الطريقة الحرارية للمغنيسيوم بإنشاء حجم كبير الإنتاج الصناعي T. بدورة تكنولوجية مغلقة ، حيث أن المنتج الثانوي المتكون أثناء الاختزال - يتم إرسال كلوريد المغنيسيوم إلى التحليل الكهربائي للحصول على المغنيسيوم والكلور.

في عدد من الحالات ، يكون من المفيد استخدام طرق تعدين المساحيق لإنتاج منتجات من التيتانيوم وسبائكه. للحصول على مساحيق دقيقة بشكل خاص (على سبيل المثال ، للإلكترونيات اللاسلكية) ، من الممكن استخدام تقليل ثاني أكسيد التيتانيوم مع هيدريد الكالسيوم.

تطور الإنتاج العالمي من المعادن بسرعة كبيرة: حوالي 2 رفي عام 1948 ، 2100 رفي عام 1953 ، 20000 رفي عام 1957 ؛ في عام 1975 تجاوز 50.000 ر.

طلب . تتمثل المزايا الرئيسية لـ T. على المعادن الهيكلية الأخرى في مزيج من الخفة والقوة ومقاومة التآكل. تتفوق سبائك التيتانيوم بشكل مطلق ، بل وأكثر من ذلك في القوة المحددة (أي القوة المرتبطة بالكثافة) على معظم السبائك القائمة على معادن أخرى (على سبيل المثال ، الحديد أو النيكل) في درجات حرارة تتراوح من -250 إلى 550 درجة مئوية ، وهي قابلة للمقارنة في التآكل مع السبائك المعدنية النبيلة . ومع ذلك ، بدأ استخدام T. كمواد هيكلية مستقلة فقط في الخمسينيات من القرن الماضي. القرن ال 20 بسبب الصعوبات التقنية الكبيرة في استخراجه من الخامات والمعالجة (ولهذا السبب تمت الإشارة إلى T. معادن نادرة ) . يتم إنفاق الجزء الرئيسي من التكنولوجيا على احتياجات تكنولوجيا الطيران والصواريخ وبناء السفن البحرية. . تعمل سبائك التيتانيوم والحديد مع الحديد ، والمعروفة باسم ferrotitanium (20-50٪ حديد) ، كمادة مضافة لصناعة السبائك ومزيل للأكسدة في تعدين الفولاذ عالي الجودة والسبائك الخاصة.

تُستخدم التكنولوجيا التقنية لتصنيع الخزانات والمفاعلات الكيميائية وخطوط الأنابيب والتجهيزات والمضخات وغيرها من المنتجات التي تعمل في بيئات عدوانية ، مثل الهندسة الكيميائية. في علم المعادن غير الحديدية ، تستخدم معدات من T. فهي تستخدم لتغطية منتجات الصلب. . ينتج عن استخدام الديناميكا الحرارية في كثير من الحالات تأثير تقني واقتصادي كبير ، ليس فقط بسبب زيادة عمر خدمة المعدات ، ولكن أيضًا بسبب إمكانية تكثيف العمليات (على سبيل المثال ، في معالجة المعادن بالنيكل). إن الضرر البيولوجي لـ T. يجعله مادة ممتازة لتصنيع معدات صناعة الأغذية وفي الجراحة الترميمية. في ظل ظروف البرودة الشديدة ، تزداد قوة T. مع الحفاظ على اللدونة الجيدة ، مما يجعل من الممكن استخدامها كمادة هيكلية لتقنية التبريد. T. يفسح المجال جيدًا للتلميع ، وأنودة الألوان ، وغيرها من طرق تشطيب الأسطح ، وبالتالي يتم استخدامه لصنع منتجات فنية متنوعة ، بما في ذلك المنحوتات الضخمة. ومن الأمثلة على ذلك النصب التذكاري في موسكو ، الذي أقيم على شرف إطلاق أول قمر صناعي أرضي. من بين مركبات التيتانيوم ، تعتبر أكاسيد التيتانيوم ، وهاليدات التيتانيوم ، وكذلك مبيدات التيتانيوم ، التي تستخدم في تكنولوجيا درجات الحرارة العالية ، ذات أهمية عملية ؛ بوريدات T. borides وسبائكها ، والتي تُستخدم كوسيطات في محطات الطاقة النووية نظرًا لقابليتها في التسريب والمقطع العرضي الكبير لالتقاط النيوترونات. يعتبر كربيد T. ، الذي يتميز بصلابة عالية ، جزءًا من الأداة سبائك صلبةتستخدم لتصنيع أدوات القطع وكمواد كاشطة.

يعمل ثاني أكسيد التيتانيوم وتيتانات الباريوم كأساس سيراميك التيتانيوم،و تيتانات الباريوم هي الأهم كهربي حديد.

S.G Glazunov.

التيتانيوم في الجسم. T. موجود باستمرار في أنسجة النباتات والحيوانات. في النباتات الأرضية تركيزه حوالي 10-4٪ , في البحرية - من 1.2؟ 10 -3 إلى 8؟ 10 -2٪ , في أنسجة الحيوانات الأرضية - أقل من 2؟ 10 -4٪ , البحرية - من 2؟ 10-4 إلى 2؟ 10 -2٪. يتراكم في الفقاريات بشكل رئيسي في التكوينات القرنية ، والطحال ، والغدد الكظرية ، والغدة الدرقية ، والمشيمة ؛ يمتص بشكل سيئ من الجهاز الهضمي. في البشر ، الاستهلاك اليومي من T. مع الطعام والماء هو 0.85 ملغ.تفرز في البول والبراز (0.33 و 0.52 ملغعلى التوالى). سمية منخفضة نسبيا.

أشعل.: Glazunov S. G. ، Moiseev V.N. ، سبائك التيتانيوم الإنشائية ، M. ، 1974 ؛ تعدين التيتانيوم ، M. ، 1968 ؛ Goroshchenko Ya. G. كيمياء التيتانيوم ، [الفصل. 1-2] ، K. ، 1970-72 ؛ zwicker u.، titan und titanlegierungen، b.، 1974؛ بوين هـ. أنا. م ، العناصر النزرة في الكيمياء الحيوية ، ل- ن. ذ. ، 1966.