Obecná charakteristika. Historie objevů

Titan byl původně pojmenován „gregorit“ britským chemikem Reverendem Williamem Gregorem, který jej objevil v roce 1791. Titan pak nezávisle na sobě objevil německý chemik M. H. Klaproth v roce 1793. Pojmenoval ho titánem na počest titánů z řecké mytologie – „ztělesnění přirozené síly“. Teprve v roce 1797 Klaproth zjistil, že jeho titan je prvkem, který dříve objevil Gregor.

Charakteristika a vlastnosti

Titan je chemický prvek se symbolem Ti a atomovým číslem 22. Je to lesklý kov se stříbřitou barvou, nízkou hustotou a vysokou pevností. Je odolný vůči korozi v mořské vodě a chlóru.

Element splňuje v řadě ložisek nerostů, především rutilu a ilmenitu, které jsou široce rozšířeny v zemské kůře a litosféře.

Titan se používá k výrobě pevných lehkých slitin. Dvě nejužitečnější vlastnosti kovu jsou odolnost proti korozi a poměr tvrdosti k hustotě, nejvyšší ze všech kovových prvků. Ve svém nelegovaném stavu je tento kov stejně pevný jako některé oceli, ale méně hustý.

Fyzikální vlastnosti kovů

to odolný kov s nízkou hustotou, spíše tažný (zejména v anoxickém prostředí), brilantní a metaloidní bílá. Jeho relativně vysoký bod tání přes 1650 °C (nebo 3000 °F) jej činí užitečným jako žáruvzdorný kov. Je paramagnetický a má spíše nízkou elektrickou a tepelnou vodivost.

Na Mohsově stupnici je tvrdost titanu 6. Podle tohoto ukazatele je o něco nižší než tvrzená ocel a wolfram.

Komerčně čistý (99,2 %) titan má pevnost v tahu asi 434 MPa, což je v souladu s konvenčními slitinami oceli nízké jakosti, ale titan je mnohem lehčí.

Chemické vlastnosti titanu

Stejně jako hliník a hořčík, titan a jeho slitiny okamžitě oxidují, když jsou vystaveny vzduchu. Pomalu reaguje s vodou a vzduchem při okolní teplotě, protože tvoří pasivní oxidový povlak který chrání objemný kov před další oxidací.

Atmosférická pasivace dává titanu vynikající odolnost proti korozi téměř ekvivalentní platině. Titan je schopen odolat útoku zředěné kyseliny sírové a chlorovodíkové, roztoků chloridů a většiny organických kyselin.

Titan je jedním z mála prvků, které hoří v čistém dusíku, reagujícím při 800 °C (1470 °F) za vzniku nitridu titanu. Vzhledem k jejich vysoké reaktivitě s kyslíkem, dusíkem a některými dalšími plyny se titanová vlákna používají v titanových sublimačních pumpách jako absorbéry těchto plynů. Tato čerpadla jsou levná a spolehlivě produkují extrémně nízké tlaky v UHV systémech.

Běžné titanové minerály jsou anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil a titanit (sfén). Z těchto minerálů pouze rutil a ilmenit mají ekonomický význam, ale i ty je těžké najít ve vysokých koncentracích.

Titan se nachází v meteoritech a byl nalezen ve Slunci a hvězdách typu M s povrchovou teplotou 3200 °C (5790 °F).

V současnosti známé způsoby získávání titanu z různých rud jsou pracné a drahé.

Výroba a výroba

V současné době bylo vyvinuto a používá se asi 50 druhů titanu a titanových slitin. K dnešnímu dni je uznáváno 31 tříd kovového titanu a slitin, z nichž třídy 1-4 jsou komerčně čisté (nelegované). Liší se pevností v tahu v závislosti na obsahu kyslíku, přičemž stupeň 1 je nejtažnější (nejnižší pevnost v tahu s 0,18 % kyslíku) a stupeň 4 je nejméně tvárný (maximální pevnost v tahu s 0,40 % kyslíku).

Zbývající třídy jsou slitiny, z nichž každá má specifické vlastnosti:

• plastický;
• síla;
• tvrdost;
• elektrický odpor;
• specifická korozní odolnost a jejich kombinace.

Kromě těchto specifikací jsou slitiny titanu vyráběny také pro letectví a kosmonautiku vojenské vybavení(SAE-AMS, MIL-T), normy ISO a specifikace specifické pro danou zemi, jakož i požadavky koncových uživatelů pro letecké, vojenské, lékařské a průmyslové aplikace.

Komerčně čistý plochý výrobek (plech, deska) lze snadno tvarovat, ale zpracování musí brát v úvahu skutečnost, že kov má "paměť" a tendenci se vracet zpět. To platí zejména pro některé vysoce pevné slitiny.

Titan se často používá k výrobě slitin:

• s hliníkem;
• s vanadem;
• s mědí (pro kalení);
• se železem;
• s manganem;
• s molybdenem a dalšími kovy.

Oblasti použití

Slitiny titanu ve formě plechů, desek, tyčí, drátů, odlitků nacházejí uplatnění na průmyslových, leteckých, rekreačních a rozvíjejících se trzích. Práškový titan se používá v pyrotechnice jako zdroj jasně hořících částic.

Vzhledem k tomu, že slitiny titanu mají vysoký poměr pevnosti v tahu k hustotě, vysokou odolnost proti korozi, odolnost proti únavě, vysokou odolnost proti praskání a středně vysokou teplotní odolnost, používají se v letadlech, pancéřování, námořní lodě, kosmické lodě a rakety.

Pro tyto aplikace je titan legován hliníkem, zirkoniem, niklem, vanadem a dalšími prvky, aby se vyrobily různé součásti včetně kritických konstrukčních prvků, protipožárních stěn, podvozků, výfukových potrubí (vrtulníků) a hydraulických systémů. Ve skutečnosti se asi dvě třetiny vyrobeného titanu používají v leteckých motorech a rámech.

Vzhledem k tomu, že slitiny titanu jsou odolné vůči korozi mořské vody, používají se k jejich výrobě vrtulové hřídele, nástroje pro výměníky tepla atd. Tyto slitiny se používají v pouzdrech a součástech zařízení pro pozorování a monitorování oceánů pro vědu a armádu.

Specifické slitiny se pro svou vysokou pevnost používají ve vrtných a ropných vrtech a hydrometalurgii niklu. Celulózový a papírenský průmysl používá titan technologické vybavení vystaveny agresivním médiím, jako je chlornan sodný nebo vlhký plynný chlór (při bělení). Mezi další aplikace patří ultrazvukové svařování, pájení vlnou.

Kromě toho se tyto slitiny používají v automobilech, zejména v automobilových a motocyklových závodech, kde je zásadní nízká hmotnost, vysoká pevnost a tuhost.

Titan se používá v mnoha sportovních potřebách: tenisové rakety, golfové hole, lakrosové válce; kriketové, hokejové, lakrosové a fotbalové přilby, stejně jako rámy a komponenty jízdních kol.

Díky své odolnosti se titan stal populárnějším pro designové šperky (zejména titanové prsteny). Díky své inertnosti je dobrou volbou pro lidi s alergiemi nebo pro ty, kteří budou nosit šperky v prostředí, jako jsou bazény. Titan je také legován zlatem, aby se vyrobila slitina, kterou lze prodávat jako 24karátové zlato, protože 1 % legovaného Ti nestačí na to, aby vyžadovalo nižší jakost. Výsledná slitina má tvrdost přibližně 14karátového zlata a je pevnější než čisté 24karátové zlato.

Preventivní opatření

Titan je netoxický i ve vysokých dávkách. Ve formě prášku nebo jako kovové hobliny představuje vážné nebezpečí požáru a při zahřátí na vzduchu nebezpečí výbuchu.

Vlastnosti a aplikace slitin titanu

Níže je uveden přehled nejčastěji se vyskytujících slitin titanu, které jsou rozděleny do tříd, jejich vlastnosti, výhody a průmyslové aplikace.

7. třída

Stupeň 7 je mechanicky a fyzikálně ekvivalentní čistému titanu Grade 2, s výjimkou přidání mezilehlého prvku palladia, což z něj činí slitinu. Má vynikající svařitelnost a elasticitu, nejvíce korozní odolnost ze všech slitin tohoto typu.

Třída 7 se používá v chemických procesech a součástech výrobní zařízení.

11. třída

Stupeň 11 je velmi podobný jako Stupeň 1, s výjimkou přidání palladia pro zlepšení odolnosti proti korozi, což z něj činí slitinu.

jiný prospěšné vlastnosti zahrnují optimální tažnost, pevnost, houževnatost a vynikající svařitelnost. Tato slitina může být použita zejména v aplikacích, kde je problémem koroze:

• chemické zpracování;
• výroba chlorečnanů;
• odsolování;
• námořní aplikace.

Ti 6Al-4V třída 5

Nejčastěji se používá slitina Ti 6Al-4V nebo titan třídy 5. Představuje 50 % celkové celosvětové spotřeby titanu.

Snadné použití spočívá v jeho mnoha výhodách. Ti 6Al-4V lze pro zvýšení pevnosti tepelně zpracovat. Tato slitina má vysokou pevnost při nízké hmotnosti.

Toto je nejlepší slitina pro použití v několika odvětvích jako letecký, lékařský, námořní a chemický zpracovatelský průmysl. Lze jej použít k vytvoření:

• letecké turbíny;
• součásti motoru;
• konstrukční prvky letadel;
• Letecké spojovací prostředky;
• vysoce výkonné automatické díly;
• sportovní vybavení.

Ti 6AL-4V ELI třída 23

Stupeň 23 - chirurgický titan. Ti 6AL-4V ELI, neboli Grade 23, je verze Ti 6Al-4V s vyšší čistotou. Může být vyroben z rolí, pramenů, drátů nebo plochých drátů. to Nejlepší volba pro každou situaci, kde je požadována kombinace vysoké pevnosti, nízké hmotnosti, dobré odolnosti proti korozi a vysoké houževnatosti. Má vynikající odolnost proti poškození.

Může být použit v biomedicínských aplikacích, jako jsou implantovatelné komponenty díky své biokompatibilitě, dobré únavové pevnosti. Může být také použit v chirurgických zákrocích k výrobě těchto konstrukcí:

• ortopedické kolíky a šrouby;
• svorky pro ligaturu;
• chirurgické svorky;
• pružiny;
• ortodontické aparáty;
• kryogenní nádoby;
• zařízení pro fixaci kostí.

12. třída

Titan třídy 12 má vynikající vysoce kvalitní svařitelnost. Je to slitina s vysokou pevností, která poskytuje dobrou pevnost při vysokých teplotách. Titan třídy 12 má vlastnosti podobné nerezovým ocelím řady 300.

Jeho schopnost tvarovat se různými způsoby ho činí užitečným v mnoha aplikacích. Vysoká korozní odolnost této slitiny ji také činí neocenitelnou pro výrobní zařízení. Třídu 12 lze použít v následujících odvětvích:

• Tepelné výměníky;
• hydrometalurgické aplikace;
• chemická výroba se zvýšenou teplotou;
• námořní a vzdušné komponenty.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn je slitina, která může zajistit dobrou svařitelnost a stabilitu. Má také vysokou teplotní stabilitu a vysokou pevnost.

Ti 5Al-2,5Sn se používá hlavně v leteckém průmyslu a také v kryogenních instalacích.

Titan - chemický prvek skupiny IV, 4 periody periodický systém Mendělejev, atomové číslo 22; odolný a lehký stříbrno-bílý kov. Existuje v následujících krystalických modifikacích: α-Ti s šestiúhelníkovou těsně uzavřenou mřížkou a β-Ti s kubickým tělesem centrovaným těsněním.

Titan se do povědomí lidí dostal teprve asi před 200 lety. Historie jeho objevu je spojena se jmény německého chemika Klaprotha a anglického amatérského badatele MacGregora. V roce 1825 I. Berzelius jako první izoloval čistý kovový titan, ale až do 20. století byl tento kov považován za vzácný a tudíž nevhodný pro praktické použití.

V naší době se však zjistilo, že titan je mezi ostatními chemickými prvky na devátém místě, pokud jde o výskyt. hmotnostní zlomek v zemské kůře je 0,6 %. Titan se nachází v mnoha minerálech, jejichž zásoby dosahují stovek tisíc tun. Významná ložiska titanových rud se nacházejí v Rusku, Norsku, USA, v jižní Africe a v Austrálii, Brazílii, Indii, otevřená rýžoviště písků obsahujících titan jsou vhodná pro těžbu.

Titan je lehký a tažný stříbrnobílý kov, bod tání 1660 ± 20 C, bod varu 3260 C, hustota dvou modifikací a rovna α-Ti - 4,505 (20 C) a β-Ti - 4,32 (900 C) g/cm3. Titan se vyznačuje vysokou mechanickou pevností, která je zachována i při vysokých teplotách. Má vysokou viskozitu, která při svém obrábění vyžaduje nanášení speciálních povlaků na řezný nástroj.

Při běžných teplotách je povrch titanu pokryt pasivačním oxidovým filmem, díky kterému je titan odolný vůči korozi ve většině prostředí (s výjimkou alkalických). Titanové třísky jsou hořlavé a titanový prach je výbušný.

Titan se nerozpouští ve zředěných roztocích mnoha kyselin a zásad (kromě fluorovodíkové, ortofosforečné a koncentrované kyseliny sírové), ale v přítomnosti komplexotvorných činidel snadno interaguje i se slabými kyselinami.

Při zahřátí na vzduchu na teplotu 1200C se titan vznítí a vytvoří oxidové fáze různého složení. Hydroxid titaničitý se sráží z roztoků solí titanu, jejichž kalcinací je možné získat oxid titaničitý.

Při zahřátí titan také interaguje s halogeny. Tímto způsobem se získá zejména chlorid titaničitý. V důsledku redukce chloridu titaničitého hliníkem, křemíkem, vodíkem a některými dalšími redukčními činidly se získá chlorid a dichlorid titaničitý. Titan interaguje s bromem a jódem.

Při teplotách nad 400 C reaguje titan s dusíkem za vzniku nitridu titanu. Titan také reaguje s uhlíkem za vzniku karbidu titanu. Při zahřátí titan absorbuje vodík a vzniká hydrid titanu, který se při opětovném zahřátí za uvolňování vodíku rozkládá.

Nejčastěji jako výchozí materiál pro výrobu titanu působí oxid titaničitý s malým množstvím nečistot. Může se jednat jak o titanovou strusku získanou při zpracování ilmenitových koncentrátů, tak o rutilový koncentrát, který se získává při obohacování titanových rud.

Koncentrát titanové rudy je podroben pyrometalurgickému zpracování nebo zpracování kyselinou sírovou. Produktem zpracování kyselinou sírovou je práškový oxid titaničitý. Při použití pyrometalurgické metody se ruda slinuje s koksem a zpracovává se chlorem za vzniku par chloridu titaničitého, který se pak redukuje hořčíkem při 85 °C.

Vzniklá titanová „houba“ se přetaví, tavenina se očistí od nečistot. Pro rafinaci titanu se používá jodidová metoda nebo elektrolýza. Titanové ingoty se získávají obloukovým, plazmovým nebo elektronovým zpracováním.

Většina produkce titanu jde pro potřeby leteckého a raketového průmyslu a také námořní stavby lodí. Titan se používá jako legovací přísada do kvalitních ocelí a jako dezoxidant.

Vyrábějí se z něj různé části elektrovakuových zařízení, kompresory a čerpadla pro čerpání agresivních médií, chemické reaktory, odsolovací zařízení a mnoho dalších zařízení a konstrukcí. Díky své biologické bezpečnosti je titan vynikajícím materiálem pro aplikace v potravinářském a lékařském průmyslu.

Strana 1

Tepelná vodivost titanu je - 14 0 W / m deg, což je o něco nižší než tepelná vodivost legované oceli. Materiál je dobře kovaný, lisovaný, opracovaný. Titanové výrobky jsou svařovány wolframovou elektrodou v ochranné atmosféře argonu. V poslední době se titan používá k výrobě široké škály trubek, plechů, válcovaných výrobků.

Tepelná vodivost titanu je nízká – asi 13x nižší než hliník a 4-4x nižší než železo.

Tepelná vodivost titanu se blíží tepelné vodivosti nerezové oceli a je 14 kcal/m C za hodinu. Titan je dobře kovaný, lisovaný a uspokojivě opracovaný. Při teplotách nad 200 C má tendenci pohlcovat plyny. Titan je svařován wolframovou elektrodou v ochranné atmosféře argonu.

Tepelná vodivost titanu a jeho slitin je asi 15krát nižší než u hliníku a 35-5krát nižší než u oceli. Koeficient lineární tepelné roztažnosti titanu je také výrazně nižší než u hliníku a nerezové oceli.

Tepelná vodivost titanu je - 14 0 W / (m - K), což je o něco nižší než tepelná vodivost legované oceli. Materiál je dobře kovaný, lisovaný, opracovaný. Titanové výrobky jsou svařovány wolframovou elektrodou v ochranné atmosféře argonu. V poslední době se titan používá k výrobě široké škály trubek, plechů, válcovaných výrobků.

Součinitel tepelné vodivosti titanu v rozsahu pracovních teplot (20 - 400 C) je 0 057 - 0 055 cal / (cm-s - C), což je asi 3x méně než tepelná vodivost železa, 16x méně než tepelná vodivost mědi a blízká tepelné vodivosti nerezových ocelí austenitické třídy.

Proto je například tepelná vodivost titanu 8 - 10x menší než tepelná vodivost hliníku.

Získané vypočítané hodnoty fononové tepelné vodivosti titanu se shodují s odhadem této hodnoty provedeným v práci, kde se bere jako 3 -: - 5 W / m-deg.

S legováním, stejně jako se zvýšením obsahu nečistot, tepelná vodivost titanu zpravidla klesá. Při zahřívání se tepelná vodivost slitin, jako je čistý titan, zvyšuje; již při 500 - 600 C se blíží tepelné vodivosti nelegovaného titanu.

Modul pružnosti titanu je téměř poloviční než u železa, je na stejné úrovni jako modul měděných slitin a je mnohem vyšší než u hliníku. Tepelná vodivost titanu je nízká: je to asi 7 % tepelné vodivosti hliníku a 165 % tepelné vodivosti železa. To je třeba vzít v úvahu při ohřevu kovu pro tváření a svařování. Elektrický odpor titanu je asi 6krát větší než u železa a 20krát větší než u hliníku.

V první řadě je třeba vzít v úvahu, že tepelná vodivost titanu a jeho slitin při nízkých teplotách je velmi nízká. Při pokojové teplotě je tepelná vodivost titanu přibližně 3 % tepelné vodivosti mědi a je několikanásobně nižší než například u ocelí (tepelná vodivost titanu je 0 0367 cal/cm sec C a tepelná vodivost vodivost oceli 40 je 0 142 cal. S rostoucí teplotou se tepelná vodivost slitin titanu zvyšuje a blíží se tepelné vodivosti ocelí.To ovlivňuje rychlosti ohřevu slitin titanu v závislosti na teplotě, na kterou jsou ohřívány, jak je vidět z rychlostí ohřevu a chlazení komerčně čistého titanu (slitina VT1) o průřezu 150 mm (obr.

Titan má nízkou tepelnou vodivost, která je 13krát menší než tepelná vodivost hliníku a 4krát menší než tepelná vodivost železa. S nárůstem teploty tepelná vodivost titanu poněkud klesá a při 700 C je 0 0309 cal/cm sec SS.

Titan má nízkou tepelnou vodivost, která je 13krát menší než tepelná vodivost hliníku a 4krát menší než tepelná vodivost železa. S rostoucí teplotou tepelná vodivost titanu poněkud klesá a při 700 C je 0 0309 cal / cm sec.

Při tavném svařování k získání spoje dobrá kvalita Vyžaduje se spolehlivá ochrana před atmosférickými plyny (O2, Nj, H2) kovu svarového spoje zahřátého na teplotu nad 400 C na obou stranách svaru. Růst zrn je umocněn nízkou tepelnou vodivostí titanu, která zvyšuje dobu zdržení svarového kovu při vysokých teplotách. Pro překonání těchto obtíží se svařování provádí při co nejnižším tepelném příkonu.

Nejvýznamnější pro národní hospodářství byly a zůstávají slitiny a kovy, spojující lehkost a pevnost. Titan patří do této kategorie materiálů a navíc má vynikající odolnost proti korozi.

Titan je přechodný kov 4. skupiny 4. periody. Molekulová hmotnost je pouze 22, což naznačuje lehkost materiálu. Látka se zároveň vyznačuje mimořádnou pevností: ze všech konstrukčních materiálů má nejvyšší měrnou pevnost titan. Barva je stříbřitě bílá.

Co je titan, prozradí video níže:

Koncepce a funkce

Titan je poměrně běžný – zaujímá 10. místo z hlediska obsahu v zemské kůře. Avšak teprve v roce 1875 byl izolován skutečně čistý kov. Předtím se látka získávala buď s nečistotami, nebo se její sloučeniny nazývaly kovový titan. Tento zmatek vedl k tomu, že sloučeniny kovů byly používány mnohem dříve než samotný kov.

To je způsobeno zvláštností materiálu: nejnepatrnější nečistoty významně ovlivňují vlastnosti látky a někdy ji zcela zbavují jejích přirozených vlastností.

Nejmenší podíl ostatních kovů tak zbavuje titan tepelné odolnosti, což je jedna z jeho cenných vlastností. A malý přídavek nekovu změní odolný materiál na křehký a nevhodný pro použití.

Tato vlastnost okamžitě rozdělila výsledný kov do 2 skupin: technický a čistý.

• První se používají v případech, kdy je nejvíce potřeba pevnost, lehkost a odolnost proti korozi, protože titan nikdy neztrácí svou poslední kvalitu.
• Materiál s vysokou čistotou používá se tam, kde je potřeba materiál, který funguje při velmi vysokém zatížení a vysokých teplotách, ale zároveň je lehký. To je samozřejmě věda o letadlech a raketách.

Druhou zvláštní vlastností hmoty je anizotropie. Něco z toho fyzické vlastnosti měnit v závislosti na působení sil, které je třeba při aplikaci zohlednit.

Za normálních podmínek je kov inertní, nekoroduje ani v mořské vodě, ani v mořském či městském vzduchu. Navíc se jedná o biologicky nejinertnější známou látku, díky které jsou titanové protézy a implantáty široce používány v medicíně.

Zároveň při zvýšení teploty začne reagovat s kyslíkem, dusíkem a dokonce i vodíkem a pohlcuje plyny v kapalné formě. Tato nepříjemná vlastnost extrémně ztěžuje jak získání samotného kovu, tak výrobu slitin na jeho bázi.

To je možné pouze při použití vakuového zařízení. Nejsložitější výrobní proces proměnil docela běžný prvek ve velmi drahý.

Lepení s jinými kovy

Titan zaujímá mezilehlou pozici mezi dalšími dvěma známými konstrukčními materiály - hliníkem a železem, nebo spíše slitinami železa. V mnoha ohledech je kov lepší než jeho „konkurenti“:

• mechanická pevnost titanu je 2x vyšší než u železa a 6x vyšší než u hliníku. V tomto případě se pevnost zvyšuje s klesající teplotou;
• odolnost proti korozi je mnohem vyšší než u železa a dokonce i hliníku;
• Za normálních teplot je titan inertní. Když však stoupne na 250 C, začne absorbovat vodík, což ovlivňuje vlastnosti. Pokud jde o chemickou aktivitu, je nižší než hořčík, ale bohužel předčí železo a hliník;
• kov vede elektřinu mnohem slabší: jeho elektrický odpor je 5krát vyšší než u železa, 20krát vyšší než u hliníku a 10krát vyšší než u hořčíku;
• tepelná vodivost je také mnohem nižší: 3krát menší než u železa 1 a 12krát menší než u hliníku. Tato vlastnost má však za následek velmi nízký koeficient tepelné roztažnosti.

Výhody a nevýhody

Ve skutečnosti má titan mnoho nevýhod. Ale kombinace síly a lehkosti je tak žádaná, že ani složitá výrobní metoda, ani potřeba výjimečné čistoty nezastaví spotřebitele kovů.

Mezi nesporné výhody látky patří:

• nízká hustota, což znamená velmi nízkou hmotnost;
• mimořádná mechanická pevnost jak samotného titanu, tak jeho slitin. S rostoucí teplotou slitiny titanu překonávají všechny slitiny hliníku a hořčíku;
• poměr pevnosti a hustoty - měrná pevnost dosahuje 30–35, což je téměř 2krát vyšší než u nejlepších konstrukčních ocelí;
• na vzduchu je titan potažen tenkou vrstvou oxidu, která poskytuje vynikající odolnost proti korozi.

Kov má také své nevýhody:

• Odolnost proti korozi a inertnost platí pouze pro neaktivní povrchové produkty. Například titanový prach nebo hobliny se samovolně vznítí a hoří při teplotě 400 C;
• velmi složitý způsob získávání kovového titanu poskytuje velmi vysoké náklady. Materiál je mnohem dražší než železo, nebo;
• schopnost absorbovat atmosférické plyny s rostoucí teplotou vyžaduje použití vakuového zařízení pro tavení a získávání slitin, což také výrazně zvyšuje náklady;
• titan má špatné kluzné vlastnosti - nefunguje pro tření;
• kov a jeho slitiny jsou náchylné k vodíkové korozi, které je obtížné zabránit;
• titan se obtížně obrábí. Svařování je také obtížné kvůli fázovému přechodu při ohřevu.

Titanový plech (foto)

Vlastnosti a charakteristiky

Silně závislý na čistotě. Referenční údaje popisují samozřejmě čistý kov, ale vlastnosti technického titanu se mohou výrazně lišit.

• Hustota kovu se při zahřátí snižuje z 4,41 na 4,25 g/cm3. fázový přechod změní hustotu pouze o 0,15 %.
• Teplota tání kovu je 1668 C. Teplota varu je 3227 C. Titan je žáruvzdorná látka.
• V průměru je pevnost v tahu 300–450 MPa, avšak toto číslo lze zvýšit na 2000 MPa uchýlením se k tvrzení a stárnutí, jakož i zavedením dalších prvků.
• Na stupnici HB je tvrdost 103 a to není limit.
• Tepelná kapacita titanu je nízká - 0,523 kJ/(kg K).
• Měrný elektrický odpor - 42,1 10 -6 ohm cm.
• Titan je paramagnet. S klesající teplotou klesá jeho magnetická susceptibilita.
• Kov jako celek se vyznačuje tažností a kujností. Tyto vlastnosti jsou však silně ovlivněny kyslíkem a dusíkem ve slitině. Oba prvky činí materiál křehkým.

Látka je odolná vůči mnoha kyselinám, včetně dusičné, sírové v nízkých koncentracích a téměř všem organickým kyselinám kromě mravenčí. Tato kvalita zajišťuje, že titan je žádaný v chemickém, petrochemickém, papírenský průmysl a tak dále.

Struktura a složení

Titan - i když je to přechodný kov a jeho elektrický odpor je nízký, přesto je to kov a vede elektrický proud, což znamená uspořádanou strukturu. Při zahřátí na určitou teplotu se struktura změní:

• do 883 C je α-fáze stabilní s hustotou 4,55 g / cu. viz Vyznačuje se hustou šestihrannou mřížkou. Kyslík se v této fázi rozpouští za vzniku intersticiálních roztoků a stabilizuje α-modifikaci - posouvá teplotní hranici;
• nad 883 C je β-fáze s kubickou mřížkou centrovanou na tělo stabilní. Jeho hustota je o něco menší - 4,22 g / cu. viz. Vodík tuto strukturu stabilizuje - když se rozpustí v titanu, vytvoří se také intersticiální roztoky a hydridy.

Tato vlastnost velmi ztěžuje práci hutníka. Rozpustnost vodíku prudce klesá, když se titan ochladí, a ve slitině se vysráží hydrid vodíku, γ-fáze.

Při svařování způsobuje trhliny za studena, takže výrobci musí po roztavení kovu pracovat extra tvrdě, aby jej očistili od vodíku.

O tom, kde najdete a jak vyrobit titan, řekneme níže.

Toto video je věnováno popisu titanu jako kovu:

Výroba a těžba

Titan je velmi běžný, takže s rudami obsahujícími kov a v poměrně velkých množstvích nejsou žádné potíže. Suroviny jsou rutil, anatas a brookit - oxid titaničitý v různých modifikacích, ilmenit, pyrofanit - sloučeniny se železem a tak dále.

Je to ale složité a vyžaduje drahé vybavení. Způsoby získávání jsou poněkud odlišné, protože složení rudy je odlišné. Například schéma získávání kovu z ilmenitových rud vypadá takto:

• získávání titanové strusky - hornina se vkládá do elektrické obloukové pece spolu s redukčním činidlem - antracitem, dřevěné uhlí a zahřátý na 1650 C. Současně se odděluje železo, které se používá k získání litiny a oxidu titaničitého ve strusce;
• struska se chloruje v důlních nebo solných chlorátorech. Podstatou procesu je přeměna pevného oxidu na plynný chlorid titaničitý;
• v odporových pecích ve speciálních baňkách se kov redukuje sodíkem nebo hořčíkem z chloridu. V důsledku toho se získá jednoduchá hmota - titanová houba. Jedná se o technický titan docela vhodný například pro výrobu chemických zařízení;
• je-li požadován čistší kov, uchýlí se k rafinaci - zatímco kov reaguje s jódem, aby získal plynný jodid, a ten se vlivem teploty - 1300-1400 C a elektrického proudu rozkládá a uvolňuje čistý titan. Elektrický proud je přiváděn přes titanový drát napnutý v retortě, na který je nanesena čistá látka.

Pro získání titanových ingotů se titanová houba roztaví ve vakuové peci, aby se zabránilo rozpouštění vodíku a dusíku.

Cena titanu za 1 kg je velmi vysoká: v závislosti na stupni čistoty stojí kov od 25 do 40 USD za 1 kg. Na druhou stranu případ kyselinovzdorného zařízení z nerezové oceli bude stát 150 rublů. a nebude trvat déle než 6 měsíců. Titan bude stát asi 600 r, ale je provozován po dobu 10 let. V Rusku je mnoho závodů na výrobu titanu.

Oblasti použití

Vliv stupně čištění na fyzikální a mechanické vlastnosti nás nutí uvažovat z tohoto hlediska. Takže technický, to znamená ne nejčistší kov, má vynikající odolnost proti korozi, lehkost a pevnost, což určuje jeho použití:

• chemický průmysl– výměníky tepla, potrubí, pouzdra, části čerpadel, armatury a tak dále. Materiál je nepostradatelný v oblastech, kde je vyžadována odolnost vůči kyselinám a pevnost;
• dopravní průmysl- látka se používá k výrobě vozidel vlaky na jízdní kola. V prvním případě poskytuje kov menší množství sloučenin, což zefektivňuje trakci, v druhém dává lehkost a pevnost, ne nadarmo je titanový rám jízdního kola považován za nejlepší;
• námořní záležitosti- titan se používá k výrobě výměníků tepla, tlumičů výfuku pro ponorky, ventilů, vrtulí a tak dále;
• v konstrukceširoce používaný - titan - vynikající materiál pro dokončení fasád a střech. Spolu s pevností slitina poskytuje další výhodu důležitou pro architekturu - schopnost dát výrobkům nejbizarnější konfiguraci, možnost tvarovat slitinu je neomezená.

Čistý kov je také velmi odolný vůči vysokým teplotám a zachovává si svou pevnost. Aplikace je jasná:

• raketový a letecký průmysl - vyrábí se z něj opláštění. Části motoru, upevňovací prvky, části podvozku a tak dále;
• lékařství - biologická inertnost a lehkost činí z titanu mnohem perspektivnější materiál pro protetiku, až po srdeční chlopně;
• kryogenní technologie - titan je jednou z mála látek, které při poklesu teploty pouze zesílí a neztrácí plasticitu.

Titan je konstrukční materiál nejvyšší pevnosti s takovou lehkostí a tažností. Tyto jedinečné vlastnosti mu poskytují stále více důležitá role v národním hospodářství.

Video níže vám řekne, kde získat titan pro nůž:

Titan(lat. titan), ti, chemický prvek skupiny iv Mendělejevovy periodické soustavy; atomové číslo 22, atomová hmotnost 47,90; je stříbřitě bílé barvy lehké kovy. Přírodní T. se skládá ze směsi pěti stabilních izotopů: 46 ti (7,95 %), 47 ti (7,75 %), 48 ti (73,45 %), 49 ti (5,51 %), 50 ti (5,34 %). Umělé radioaktivní izotopy 45 ti jsou známé (ti 1/2 = 3,09 h 51 ti (ti 1/2 = 5,79 min) atd.

Odkaz na historii. T. ve formě oxidu objevil anglický amatérský mineralog W. Gregor v roce 1791 v magnetických železitých píscích města Menakan (Anglie); v roce 1795 německý chemik M. G. Klaproth zjistil, že minerál rutil je přírodní oxid stejného kovu, který nazval „titan“ [v řecké mytologii jsou titáni dětmi Urana (Nebe) a Gaie (Země)]. Dlouho nebylo možné izolovat T. v čisté formě; Teprve v roce 1910 americký vědec M. A. Hunter získal kovový sodík zahřátím jeho chloridu se sodíkem v uzavřené ocelové bombě. kov, který získal, byl tažný pouze při zvýšených teplotách a křehký při pokojové teplotě kvůli vysokému obsahu nečistot. Příležitost studovat vlastnosti čistého titanu se objevila až v roce 1925, kdy holandští vědci A. Van Arkel a J. de Boer získali tepelnou disociací jodidu titanu za nízkých teplot vysoce čistý kovový plast.

distribuce v přírodě. T. patří mezi běžné prvky, jeho průměrný obsah v zemské kůře (clarke) je 0,57 % hm. (mezi konstrukčními kovy se řadí na čtvrté místo v hojnosti za železem, hliníkem a hořčíkem). Nejvíce T. v bazických horninách tzv. „čedičové skořápky“ (0,9 %), méně v horninách „žulové skořápky“ (0,23 %) a ještě méně v ultrabazických horninách (0,03 %) atd. . skály Mezi minerály obohacené o T. patří pegmatity bazických hornin, alkalické horniny, syenity as nimi spojené pegmatity.Je známo 67 minerálů T., většinou vyvřelého původu; nejdůležitější jsou rutil a ilmenit.

V biosféře je T. většinou rozptýlen. V mořské vodě obsahuje 1 10 -7 %; T. je slabý migrant.

fyzikální vlastnosti. T. existuje ve formě dvou alotropních modifikací: pod teplotou 882,5 °C je a-forma s hexagonální těsně uzavřenou mřížkou stabilní ( A= 2,951 å, S= 4,679 å) a nad touto teplotou - b-forma s kubickou mřížkou centrovanou na tělo a = 3 269 GBP Nečistoty a příměsi mohou významně změnit teplotu transformace a/b.

Hustota a-formy při 20 °C 4,505 g/cm 3a při 870 °C 4,35 g/cm 3 b-formy při 900 °C 4.32 g/cm 3; atomový poloměr ti 1,46 å, iontové poloměry ti + 0,94 å, ti 2+ 0,78 å, ti 3+ 0,69 å, ti 4+ 0,64 å , t pl 1668±5°С, t kip 3227 °С; tepelná vodivost v rozmezí 20-25 °С 22,065 út/(m? TO); teplotní koeficient lineární roztažnosti při 20 °C 8,5? 10 -6, v rozmezí 20-700 °C 9,7? 10-6; tepelná kapacita 0,523 kJ/(kg? TO); elektrický odpor 42,1? 10-6 ohm? cm při 20 °C; teplotní koeficient elektrického odporu 0,0035 při 20 °C; má supravodivost pod 0,38 ± 0,01 K. T. paramagnetická, specifická magnetická susceptibilita (3,2 ± 0,4)? 10-6 při 20 °C. Pevnost v tahu 256 Mn/m 2 (25,6 kgf/mm 2) , tažnost 72 %, tvrdost podle Brinella menší než 1000 Mn/m 2 (100 kgf/mm 2) . Modul normální pružnosti 108000 Mn/m 2 (10800 kgf/mm 2) . Kov vysoký stupeňčistota výkovků při normální teplotě.

Technická kvalita používaná v průmyslu obsahuje nečistoty kyslíku, dusíku, železa, křemíku a uhlíku, které zvyšují její pevnost, snižují tažnost a ovlivňují teplotu polymorfní přeměny, ke které dochází v rozmezí 865–920 °C. Pro technické stupně VT1-00 a VT1-0 je hustota asi 4,32 g/cm 3 , pevnost v tahu 300-550 Mn/m 2 (30-55 kgf/mm 2) , tažnost ne méně než 25 %, tvrdost podle Brinella 1150-1650 Mn/m 2 (115-165 kgf/mm 2) . Konfigurace vnějšího elektronového obalu atomu ti 3 d 2 4 s 2 .

Chemické vlastnosti . Čistý T. - reaktivní přechodový prvek, ve sloučeninách má oxidační stavy + 4, méně často +3 a +2. Při běžných teplotách a do 500-550 ° C je odolný proti korozi, což se vysvětluje přítomností tenkého, ale silného oxidového filmu na jeho povrchu.

Významně interaguje se vzdušným kyslíkem při teplotách nad 600 °C za vzniku tio 2 . Tenké titanové třísky s nedostatečným mazáním se mohou při obrábění vznítit. Při dostatečné koncentraci kyslíku v životní prostředí a poškození oxidového filmu nárazem nebo třením, je možné kov zapálit při pokojové teplotě a v relativně velkých kusech.

Oxidový film nechrání teploměr v kapalném stavu před další interakcí s kyslíkem (na rozdíl např. od hliníku), a proto jeho tavení a svařování musí být prováděno ve vakuu, v atmosféře neutrálního plynu nebo pod tavidlo. T. má schopnost absorbovat atmosférické plyny a vodík, tvoří křehké slitiny nevhodné pro praktické použití; v přítomnosti aktivovaného povrchu dochází k absorpci vodíku i při pokojové teplotě nízkou rychlostí, která se výrazně zvyšuje při 400 °C a výše. Rozpustnost vodíku v T. je vratná a tento plyn lze téměř úplně odstranit vakuovým žíháním. Dusík reaguje s dusíkem při teplotách nad 700 °C za vzniku nitridů cínového typu; ve formě jemného prášku nebo drátu může T. hořet v dusíkové atmosféře. Rychlost difúze dusíku a kyslíku v T. je mnohem nižší než u vodíku. Vrstva získaná v důsledku interakce s těmito plyny se vyznačuje zvýšenou tvrdostí a křehkostí a musí být odstraněna z povrchu titanových produktů leptáním nebo opracováním. T. energicky interaguje se suchými halogeny , ve vztahu k vlhkým halogenům je stabilní, protože vlhkost hraje roli inhibitoru.

Kov je stabilní v kyselině dusičné všech koncentrací (s výjimkou červené dýmavé kyseliny, která způsobuje korozní praskání kyseliny a reakce někdy probíhá až výbuchem), ve slabých roztocích kyseliny sírové (do 5 % hm. ). Kyselina chlorovodíková, fluorovodíková, koncentrovaná sírová a také horké organické kyseliny: kyselina šťavelová, mravenčí a trichloroctová reagují s T.

T. je odolný proti korozi v atmosférickém vzduchu, mořské vodě a mořské atmosféře, ve vlhkém chlóru, chlorované vodě, horkých a studených roztocích chloridů, v různých technologických roztocích a činidlech používaných v chemickém, ropném, papírenském a jiném průmyslu. jako v hydrometalurgii. T. tvoří s C, B, se a si sloučeniny podobné kovům, které se vyznačují žáruvzdorností a vysokou tvrdostí. karbid tig ( t pl 3140 °C) se získá zahříváním směsi tio 2 se sazemi na 1900-2000 °C ve vodíkové atmosféře; nitrid cínu ( t pl 2950 °C) - zahříváním prášku T. v dusíku na teplotu nad 700 °C. Silicidy tisi 2, ti 5 si 3, tisi a boridy tib, ti 2 b 5, tib 2 jsou známy. Při teplotách mezi 400 a 600 °C absorbuje T. vodík za vzniku pevných roztoků a hydridů (tih, tih 2). Když je tio 2 fúzován s alkáliemi, tvoří se titanové kyselé soli meta- a orthotitanátů (například na 2 tio 3 a na 4 tio 4), stejně jako polytitanáty (například na 2 ti 2 o 5 a na 2 ti 3 až 7). Titanáty zahrnují nejdůležitější minerály tetanu, jako je ilmenit fetio 3 a perovskit catio 3 . Všechny titanáty jsou mírně rozpustné ve vodě. Oxid titaničitý, kyseliny titaničité (precipitáty) a titaničitany se rozpouštějí v kyselině sírové za vzniku roztoků obsahujících tioso 4 titanyl sulfát. Při zředění a zahřátí roztoků se v důsledku hydrolýzy vysráží h 2 tio 3, ze kterého se získá oxid T. Přidáním peroxidu vodíku do kyselých roztoků obsahujících sloučeniny ti (iv) vznikají peroxidové (supertitanové) kyseliny o složení h. 4tio 5 a h 4 tio vznikají 8 a jejich odpovídající soli; tyto sloučeniny jsou zbarveny žlutě nebo oranžově červeně (v závislosti na koncentraci T.), což se používá pro analytické stanovení T.

Účtenka. Nejběžnější metodou získávání kovové rtuti je hořčíková tepelná metoda, to znamená redukce chloridu sodného kovovým hořčíkem (méně často sodíkem):

ticl4 + 2 mg = ti + 2 mgcl2.

V obou případech slouží jako výchozí surovina oxidové rudy titanu – rutil, ilmenit aj. U rud ilmenitového typu se titan odděluje od železa ve formě strusky tavením v elektrických pecích. Struska (stejně jako rutil) se podrobí chloraci v přítomnosti uhlíku za vzniku T. tetrachloridu, který po vyčištění vstupuje do redukčního reaktoru s neutrální atmosférou.

Podle tohoto postupu se ocel získává v houbovité formě a po rozemletí se přetaví ve vakuových obloukových pecích na ingoty se zavedením legujících přísad, pokud je požadováno získání slitiny. Hořčíková termální metoda umožňuje vytvořit velký průmyslová produkce T. s uzavřeným technologickým cyklem, neboť vedlejší produkt vzniklý při redukci - chlorid hořečnatý se posílá na elektrolýzu za účelem získání hořčíku a chloru.

V řadě případů je pro výrobu výrobků z titanu a jeho slitin výhodné využít metody práškové metalurgie. Pro získání zvláště jemných prášků (například pro radioelektroniku) je možné použít redukci oxidu titaničitého hydridem vápenatým.

Světová výroba kovu t. se rozvíjela velmi rychle: asi 2 t v roce 1948, 2100 t v roce 1953 20 000 t v roce 1957; v roce 1975 přesáhl 50 000 t.

aplikace . Hlavní předností T. oproti jiným konstrukčním kovům je kombinace lehkosti, pevnosti a odolnosti proti korozi. Slitiny titanu v absolutní a ještě více ve specifické pevnosti (tj. pevnosti vztažené k hustotě) předčí většinu slitin na bázi jiných kovů (například železa nebo niklu) při teplotách od -250 do 550 ° C a jsou srovnatelné při korozi slitinami ušlechtilých kovů . Jako samostatný konstrukční materiál se však T. začal používat až v 50. letech 20. století. 20. století kvůli velkým technickým obtížím jeho těžby z rud a zpracování (proto byl podmíněně označován T.). vzácných kovů ) . Hlavní část techniky je vynakládána na potřeby letecké a raketové techniky a námořní stavby lodí. . Ferotitanové slitiny se železem, známé jako ferrotitanium (20-50% železa), slouží jako legovací přísada a dezoxidant v metalurgii vysoce kvalitních ocelí a speciálních slitin.

Technická technologie se používá k výrobě nádrží, chemických reaktorů, potrubí, armatur, čerpadel a dalších produktů, které pracují v agresivním prostředí, např. v chemickém inženýrství. V hydrometalurgii neželezných kovů se používá zařízení od T. Slouží k zakrývání ocelových výrobků. . Využití termodynamiky přináší v mnoha případech velký technický a ekonomický efekt, a to nejen díky zvýšení životnosti zařízení, ale také díky možnosti zintenzivnění procesů (jako např. v hydrometalurgii niklu). Biologická nezávadnost T. z něj dělá vynikající materiál pro výrobu zařízení pro potravinářský průmysl a v rekonstrukční chirurgii. V podmínkách hlubokého chladu se zvyšuje pevnost T. při zachování dobré plasticity, což umožňuje jeho použití jako konstrukčního materiálu pro kryogenní technologii. T. se dobře hodí k leštění, barevnému eloxování a dalším způsobům povrchové úpravy, a proto se používá k výrobě různých uměleckých výrobků, včetně monumentálních soch. Příkladem je pomník v Moskvě, vztyčený na počest vypuštění první umělé družice Země. Ze sloučenin titanu mají praktický význam oxidy titanu, halogenidy titanu a také silicidy titanu, které se používají ve vysokoteplotní technice; T. boridy a jejich slitiny, které se pro svou infuzibilitu a velký průřez záchytu neutronů používají jako moderátory v jaderných elektrárnách. Karbid T., který má vysokou tvrdost, je součástí nástroje tvrdé slitiny používá se k výrobě řezných nástrojů a jako brusný materiál.

Jako základ slouží oxid titaničitý a titaničitan barnatý titanová keramika, a titaničitan barnatý je nejdůležitější feroelektrický.

S. G. Glazunov.

Titan v těle. T. je trvale přítomen v tkáních rostlin a živočichů. V suchozemských rostlinách je jeho koncentrace asi 10-4% , v námořní - od 1.2? 10-3 až 8? 10–2 % , v tkáních suchozemských živočichů - méně než 2? 10–4 % , námořní - od 2? 10-4 až 2? 10-2 %. Hromadí se u obratlovců především v rohových útvarech, slezině, nadledvinách, štítné žláze, placentě; špatně se vstřebává z gastrointestinálního traktu. U lidí je denní příjem T. s jídlem a vodou 0,85 mg; vylučováno močí a stolicí (0,33 a 0,52 mg respektive). Relativně nízká toxicita.

lit.: Glazunov S.G., Moiseev V.N., Strukturální slitiny titanu, M., 1974; Metalurgie titanu, M., 1968; Goroshchenko Ya. G., Chemie titanu, [kap. 1-2], K., 1970-72; zwicker u., titan und titanlegierungen, nar., 1974; Bowen h. i. m., stopové prvky v biochemii, l.- n. y., 1966.