सामान्य विशेषताएँ। डिस्कवरी इतिहास

टाइटेनियम को मूल रूप से ब्रिटिश रसायनज्ञ रेवरेंड विलियम ग्रेगोर द्वारा "ग्रेगोराइट" नाम दिया गया था, जिन्होंने इसे 1791 में खोजा था। टाइटेनियम की खोज 1793 में जर्मन रसायनज्ञ एम एच क्लाप्रोथ ने स्वतंत्र रूप से की थी। उन्होंने ग्रीक पौराणिक कथाओं से टाइटन्स के सम्मान में उन्हें एक टाइटन नाम दिया - "प्राकृतिक शक्ति का अवतार।" यह 1797 तक नहीं था कि क्लाप्रोथ ने पाया कि उसका टाइटेनियम एक तत्व था जिसे पहले ग्रेगोर ने खोजा था।

लक्षण और गुण

टाइटेनियम है रासायनिक तत्वप्रतीक तिवारी और परमाणु संख्या 22 के साथ। यह एक चमकदार धातु है जिसमें चांदी का रंग, कम घनत्व और उच्च शक्ति होती है। यह समुद्र के पानी और क्लोरीन में जंग के लिए प्रतिरोधी है।

तत्व मिलते हैंकई खनिज जमा में, मुख्य रूप से रूटाइल और इल्मेनाइट, जो व्यापक रूप से पृथ्वी की पपड़ी और स्थलमंडल में वितरित किए जाते हैं।

टाइटेनियम का उपयोग मजबूत प्रकाश मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए किया जाता है। धातु के दो सबसे उपयोगी गुण संक्षारण प्रतिरोध और घनत्व अनुपात की कठोरता हैं, जो किसी भी धातु तत्व का उच्चतम है। मिश्रधातु की अवस्था में यह धातु कुछ स्टील्स जितनी मजबूत होती है, लेकिन कम सघन होती है।

धातु के भौतिक गुण

यह टिकाऊ धातु कम घनत्व के साथ, बल्कि नमनीय (विशेषकर एनोक्सिक वातावरण में), शानदार और धातुयुक्त सफेद। 1650°C (या 3000°F) से अधिक का इसका अपेक्षाकृत उच्च गलनांक इसे के रूप में उपयोगी बनाता है आग रोक धातु. यह अनुचुंबकीय है और इसमें विद्युत और तापीय चालकता कम है।

मोह पैमाने पर, टाइटेनियम की कठोरता 6 है। इस सूचक के अनुसार, यह कठोर स्टील और टंगस्टन से थोड़ा कम है।

व्यावसायिक रूप से शुद्ध (99.2%) टाइटेनियम में लगभग 434 एमपीए की तन्य शक्ति है, जो पारंपरिक निम्न ग्रेड स्टील मिश्र धातुओं के अनुरूप है, लेकिन टाइटेनियम बहुत हल्का है।

टाइटेनियम के रासायनिक गुण

एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम की तरह, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातु हवा के संपर्क में आने पर तुरंत ऑक्सीकृत हो जाते हैं। यह परिवेश के तापमान पर पानी और हवा के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है, क्योंकि यह एक निष्क्रिय ऑक्साइड कोटिंग बनाता हैजो थोक धातु को आगे ऑक्सीकरण से बचाता है।

वायुमंडलीय पैशन टाइटेनियम को प्लैटिनम के लगभग बराबर उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध देता है। टाइटेनियम तनु सल्फ्यूरिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड, क्लोराइड समाधान और अधिकांश कार्बनिक अम्लों के हमले का सामना करने में सक्षम है।

टाइटेनियम कुछ तत्वों में से एक है जो शुद्ध नाइट्रोजन में जलता है, टाइटेनियम नाइट्राइड बनाने के लिए 800 डिग्री सेल्सियस (1470 डिग्री फारेनहाइट) पर प्रतिक्रिया करता है। ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कुछ अन्य गैसों के साथ उनकी उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण, टाइटेनियम फिलामेंट्स का उपयोग टाइटेनियम उच्च बनाने की क्रिया पंपों में इन गैसों के अवशोषक के रूप में किया जाता है। ये पंप सस्ते हैं और यूएचवी सिस्टम में विश्वसनीय रूप से बेहद कम दबाव पैदा करते हैं।

सामान्य टाइटेनियम-असर वाले खनिज एनाटेस, ब्रुकाइट, इल्मेनाइट, पेरोव्स्काइट, रूटाइल और टाइटेनाइट (स्फीन) हैं। इन खनिजों में से केवल रूटाइलऔर इल्मेनाइट है आर्थिक महत्व, लेकिन उच्च सांद्रता में भी इन्हें खोजना मुश्किल है।

टाइटेनियम उल्कापिंडों में पाया जाता है और 3200 डिग्री सेल्सियस (5790 डिग्री फारेनहाइट) के सतह के तापमान के साथ सूर्य और एम-प्रकार के सितारों में पाया गया है।

विभिन्न अयस्कों से टाइटेनियम निकालने की वर्तमान में ज्ञात विधियाँ श्रमसाध्य और महंगी हैं।

उत्पादन और निर्माण

वर्तमान में, टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लगभग 50 ग्रेड विकसित किए गए हैं और उनका उपयोग किया जा रहा है। आज तक, टाइटेनियम धातु और मिश्र धातुओं के 31 वर्गों को मान्यता दी गई है, जिनमें से 1-4 वर्ग व्यावसायिक रूप से शुद्ध (बिना मिश्र धातु) हैं। वे ऑक्सीजन सामग्री के आधार पर तन्य शक्ति में भिन्न होते हैं, ग्रेड 1 सबसे अधिक नमनीय (0.18% ऑक्सीजन के साथ सबसे कम तन्य शक्ति) और ग्रेड 4 सबसे कम नमनीय (0.40% ऑक्सीजन के साथ अधिकतम तन्य शक्ति) है।

शेष वर्ग मिश्र हैं, जिनमें से प्रत्येक में विशिष्ट गुण हैं:

• प्लास्टिक;
• ताकत;
• कठोरता;
• विद्युतीय प्रतिरोध;
• विशिष्ट संक्षारण प्रतिरोध और उनके संयोजन।

इन विशिष्टताओं के अलावा, टाइटेनियम मिश्र धातुओं का निर्माण भी एयरोस्पेस को पूरा करने के लिए किया जाता है और सैन्य उपकरणों(एसएई-एएमएस, मिल-टी), आईएसओ मानकऔर देश विशिष्ट विनिर्देशों के साथ-साथ एयरोस्पेस, सैन्य, चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अंतिम उपयोगकर्ता आवश्यकताएं।

एक व्यावसायिक रूप से शुद्ध फ्लैट उत्पाद (शीट, प्लेट) आसानी से बनाया जा सकता है, लेकिन प्रसंस्करण को इस तथ्य को ध्यान में रखना चाहिए कि धातु में "स्मृति" और वापस लौटने की प्रवृत्ति है। यह कुछ उच्च शक्ति वाले मिश्र धातुओं के लिए विशेष रूप से सच है।

टाइटेनियम का उपयोग अक्सर मिश्र धातु बनाने के लिए किया जाता है:

• एल्यूमीनियम के साथ;
• वैनेडियम के साथ;
• तांबे के साथ (सख्त करने के लिए);
• लोहे से युक्त;
• मैंगनीज के साथ;
• मोलिब्डेनम और अन्य धातुओं के साथ।

उपयोग के क्षेत्र

शीट, प्लेट, रॉड, तार, कास्टिंग के रूप में टाइटेनियम मिश्र धातु औद्योगिक, एयरोस्पेस, मनोरंजक और उभरते बाजारों में आवेदन पाते हैं। पाउडर टाइटेनियम का उपयोग चमकदार जलने वाले कणों के स्रोत के रूप में आतिशबाज़ी बनाने की विद्या में किया जाता है।

चूंकि टाइटेनियम मिश्र धातुओं में घनत्व अनुपात, उच्च संक्षारण प्रतिरोध, थकान प्रतिरोध, उच्च दरार प्रतिरोध, और मध्यम उच्च तापमान क्षमता के लिए उच्च तन्यता ताकत होती है, इसलिए उनका उपयोग विमान, कवच, में किया जाता है। समुद्री जहाज, अंतरिक्ष यानऔर रॉकेट।

इन अनुप्रयोगों के लिए, टाइटेनियम को महत्वपूर्ण संरचनात्मक सदस्यों, आग की दीवारों, लैंडिंग गियर, निकास पाइप (हेलीकॉप्टर) और हाइड्रोलिक सिस्टम सहित विभिन्न घटकों का उत्पादन करने के लिए एल्यूमीनियम, ज़िरकोनियम, निकल, वैनेडियम और अन्य तत्वों के साथ मिश्रित किया जाता है। वास्तव में, उत्पादित टाइटेनियम धातु का लगभग दो-तिहाई हिस्सा विमान के इंजन और फ्रेम में उपयोग किया जाता है।

क्योंकि टाइटेनियम मिश्र धातु समुद्री जल क्षरण के लिए प्रतिरोधी हैं, इसलिए इनका उपयोग करने के लिए किया जाता है प्रोपेलर शाफ्ट, हीट एक्सचेंजर टूलींग, आदि। इन मिश्र धातुओं का उपयोग विज्ञान और सेना के लिए समुद्र के अवलोकन और निगरानी उपकरणों के मामलों और घटकों में किया जाता है।

विशिष्ट मिश्र धातुओं को उनकी उच्च शक्ति के लिए डाउनहोल और तेल के कुओं और निकल हाइड्रोमेटैलर्जी में लगाया जाता है। लुगदी और कागज उद्योगटाइटेनियम का उपयोग करता है तकनीकी उपकरणसोडियम हाइपोक्लोराइट या वेट क्लोरीन गैस (ब्लीचिंग में) जैसे आक्रामक मीडिया के संपर्क में आना। अन्य अनुप्रयोगों में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग, वेव सोल्डरिंग शामिल हैं।

इसके अलावा, इन मिश्र धातुओं का उपयोग ऑटोमोबाइल में किया जाता है, विशेष रूप से ऑटोमोबाइल और मोटरसाइकिल रेसिंग में, जहां कम वजन, उच्च शक्ति और कठोरता आवश्यक है।

टाइटेनियम का उपयोग कई खेल सामानों में किया जाता है: टेनिस रैकेट, गोल्फ क्लब, लैक्रोस रोलर्स; क्रिकेट, हॉकी, लैक्रोस और फुटबॉल हेलमेट, साथ ही साइकिल फ्रेम और घटक।

इसकी स्थायित्व के कारण, टाइटेनियम डिजाइनर गहनों (विशेष रूप से टाइटेनियम के छल्ले) के लिए अधिक लोकप्रिय हो गया है। इसकी जड़ता इसे एलर्जी वाले लोगों या स्विमिंग पूल जैसे वातावरण में गहने पहनने वाले लोगों के लिए एक अच्छा विकल्प बनाती है। टाइटेनियम भी सोने के साथ मिश्र धातु का उत्पादन करने के लिए 24 कैरेट सोने के रूप में बेचा जा सकता है क्योंकि 1% मिश्र धातु Ti निम्न ग्रेड की आवश्यकता के लिए पर्याप्त नहीं है। परिणामी मिश्र धातु 14 कैरेट सोने की कठोरता के बारे में है और शुद्ध 24 कैरेट सोने से अधिक मजबूत है।

एहतियाती उपाय

उच्च खुराक में भी टाइटेनियम गैर विषैले है. पाउडर के रूप में या धातु की छीलन के रूप में, यह एक गंभीर आग का खतरा पैदा करता है और अगर हवा में गर्म किया जाता है, तो विस्फोट का खतरा होता है।

टाइटेनियम मिश्र के गुण और अनुप्रयोग

नीचे सबसे अधिक सामना किए जाने वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं का अवलोकन है, जिन्हें वर्गों, उनके गुणों, लाभों और औद्योगिक अनुप्रयोगों में विभाजित किया गया है।

7 वीं कक्षा

ग्रेड 7 यांत्रिक और शारीरिक रूप से ग्रेड 2 शुद्ध टाइटेनियम के बराबर है, पैलेडियम के एक मध्यवर्ती तत्व को जोड़ने के अलावा, इसे एक मिश्र धातु बना देता है। इसमें उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और लोच है, इस प्रकार के सभी मिश्र धातुओं का सबसे संक्षारण प्रतिरोध।

कक्षा 7 का उपयोग रासायनिक प्रक्रियाओं और घटकों में किया जाता है उत्पादन के उपकरण.

ग्रेड 11

ग्रेड 11 ग्रेड 1 के समान ही है, जंग प्रतिरोध में सुधार के लिए पैलेडियम को छोड़कर, इसे एक मिश्र धातु बना देता है।

अन्य लाभकारी विशेषताएं इष्टतम लचीलापन, ताकत, क्रूरता और उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी शामिल करें। इस मिश्र धातु का उपयोग विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जहां जंग एक समस्या है:

• रासायनिक प्रसंस्करण;
• क्लोरेट्स का उत्पादन;
• अलवणीकरण;
• समुद्री अनुप्रयोग।

Ti 6Al-4V कक्षा 5

मिश्र धातु Ti 6Al-4V, या ग्रेड 5 टाइटेनियम, सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। यह दुनिया भर में कुल टाइटेनियम खपत का 50% हिस्सा है।

उपयोग में आसानी इसके कई लाभों में निहित है। अपनी ताकत बढ़ाने के लिए Ti 6Al-4V को हीट ट्रीट किया जा सकता है। इस मिश्र धातु में कम वजन पर उच्च शक्ति होती है।

यह उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा मिश्र धातु है कई उद्योगों मेंजैसे एयरोस्पेस, चिकित्सा, समुद्री और रासायनिक प्रसंस्करण उद्योग. इसे बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है:

• विमानन टर्बाइन;
• इंजन घटक;
• विमान संरचनात्मक तत्व;
• एयरोस्पेस फास्टनरों;
• उच्च प्रदर्शन स्वचालित भागों;
• खेल सामग्री।

तिवारी 6AL-4V एली कक्षा 23

ग्रेड 23 - सर्जिकल टाइटेनियम। Ti 6AL-4V ELI, या ग्रेड 23, Ti 6Al-4V का उच्च शुद्धता वाला संस्करण है। इसे रोल्स, स्ट्रैंड्स, वायर्स या फ्लैट वायर्स से बनाया जा सकता है। यह बेहतर चयनकिसी भी स्थिति के लिए जहां उच्च शक्ति, कम वजन, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और उच्च क्रूरता के संयोजन की आवश्यकता होती है। इसमें उत्कृष्ट क्षति प्रतिरोध है।

इसका उपयोग जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जैसे कि इसकी जैव-अनुकूलता, अच्छी थकान शक्ति के कारण प्रत्यारोपण योग्य घटक। इन निर्माणों को गढ़ने के लिए इसका उपयोग सर्जिकल प्रक्रियाओं में भी किया जा सकता है:

• आर्थोपेडिक पिन और शिकंजा;
• संयुक्ताक्षर के लिए clamps;
• सर्जिकल स्टेपल;
• स्प्रिंग्स;
• ऑर्थोडोंटिक उपकरण;
• क्रायोजेनिक वाहिकाओं;
• हड्डी निर्धारण उपकरण।

कक्षा 12

ग्रेड 12 टाइटेनियम में उत्कृष्ट उच्च गुणवत्ता वाली वेल्डेबिलिटी है। यह एक उच्च शक्ति वाला मिश्र धातु है जो उच्च तापमान पर अच्छी ताकत प्रदान करता है। ग्रेड 12 टाइटेनियम में 300 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील्स के समान विशेषताएं हैं।

विभिन्न तरीकों से बनने की इसकी क्षमता इसे कई अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाती है। इस मिश्र धातु का उच्च संक्षारण प्रतिरोध भी इसे विनिर्माण उपकरणों के लिए अमूल्य बनाता है। कक्षा 12 का उपयोग निम्नलिखित उद्योगों में किया जा सकता है:

• हीट एक्सचेंजर्स;
• हाइड्रोमेटेलर्जिकल अनुप्रयोग;
• ऊंचे तापमान के साथ रासायनिक उत्पादन;
• समुद्र और वायु घटक।

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn एक मिश्र धातु है जो स्थिरता के साथ अच्छी वेल्डेबिलिटी प्रदान कर सकती है। इसमें उच्च तापमान स्थिरता और उच्च शक्ति भी है।

Ti 5Al-2.5Sn मुख्य रूप से विमानन उद्योग के साथ-साथ क्रायोजेनिक प्रतिष्ठानों में उपयोग किया जाता है।

टाइटेनियम मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली की चौथी अवधि के समूह IV का एक रासायनिक तत्व है, परमाणु संख्या 22; टिकाऊ और हल्के चांदी-सफेद धातु। यह निम्नलिखित क्रिस्टलीय संशोधनों में मौजूद है: α-Ti एक हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली के साथ और β-Ti क्यूबिक बॉडी-केंद्रित पैकिंग के साथ।

टाइटन को मनुष्य लगभग 200 साल पहले ही जान पाया था। इसकी खोज का इतिहास जर्मन रसायनज्ञ क्लैप्रोथ और अंग्रेजी शौकिया शोधकर्ता मैकग्रेगर के नामों से जुड़ा है। 1825 में, I. Berzelius शुद्ध धातु टाइटेनियम को अलग करने वाले पहले व्यक्ति थे, लेकिन 20 वीं शताब्दी तक, इस धातु को दुर्लभ माना जाता था और इसलिए व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त था।

हालाँकि, हमारे समय तक यह स्थापित हो गया है कि टाइटेनियम अन्य रासायनिक तत्वों की प्रचुरता के मामले में नौवें स्थान पर है, और इसकी द्रव्यमान अनुपातपृथ्वी की पपड़ी में 0.6% है। टाइटेनियम कई खनिजों में पाया जाता है, जिसका भंडार सैकड़ों-हजारों टन है। टाइटेनियम अयस्कों के महत्वपूर्ण भंडार रूस, नॉर्वे, संयुक्त राज्य अमेरिका, दक्षिणी अफ्रीका में और ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, भारत में स्थित हैं, टाइटेनियम युक्त रेत के खुले प्लेसर खनन के लिए सुविधाजनक हैं।

टाइटेनियम एक हल्की और नमनीय चांदी-सफेद धातु है, गलनांक 1660 ± 20 C, क्वथनांक 3260 C, दो संशोधनों का घनत्व और क्रमशः α-Ti - 4.505 (20 C) और β-Ti - 4.32 (900 C) के बराबर है। जी/सेमी3. टाइटेनियम को उच्च यांत्रिक शक्ति की विशेषता है, जिसे उच्च तापमान पर भी बनाए रखा जाता है। इसकी एक उच्च चिपचिपाहट होती है, जिसके मशीनिंग के दौरान काटने के उपकरण पर विशेष कोटिंग्स के आवेदन की आवश्यकता होती है।

सामान्य तापमान पर, टाइटेनियम की सतह को एक निष्क्रिय ऑक्साइड फिल्म के साथ कवर किया जाता है, जो अधिकांश वातावरण (क्षारीय के अपवाद के साथ) में टाइटेनियम जंग-प्रतिरोधी बनाता है। टाइटेनियम चिप्स ज्वलनशील होते हैं, और टाइटेनियम धूल विस्फोटक होती है।

टाइटेनियम कई एसिड और क्षार (हाइड्रोफ्लोरिक, ऑर्थोफोस्फोरिक और केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड को छोड़कर) के पतला घोल में नहीं घुलता है, लेकिन जटिल एजेंटों की उपस्थिति में यह कमजोर एसिड के साथ भी आसानी से बातचीत करता है।

जब हवा में 1200C के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो टाइटेनियम प्रज्वलित होता है, जिससे परिवर्तनशील संरचना के ऑक्साइड चरण बनते हैं। टाइटेनियम हाइड्रॉक्साइड टाइटेनियम लवण के घोल से निकलता है, जिसके कैल्सीनेशन से टाइटेनियम डाइऑक्साइड प्राप्त करना संभव हो जाता है।

गर्म होने पर, टाइटेनियम भी हलोजन के साथ बातचीत करता है। विशेष रूप से, टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड इस तरह से प्राप्त किया जाता है। एल्यूमीनियम, सिलिकॉन, हाइड्रोजन और कुछ अन्य कम करने वाले एजेंटों के साथ टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड की कमी के परिणामस्वरूप, टाइटेनियम ट्राइक्लोराइड और डाइक्लोराइड प्राप्त होते हैं। टाइटेनियम ब्रोमीन और आयोडीन के साथ परस्पर क्रिया करता है।

400C से ऊपर के तापमान पर, टाइटेनियम नाइट्राइड बनाने के लिए टाइटेनियम नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। टाइटेनियम कार्बाइड बनाने के लिए टाइटेनियम भी कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है। गर्म होने पर, टाइटेनियम हाइड्रोजन को अवशोषित करता है, और टाइटेनियम हाइड्राइड बनता है, जो फिर से गर्म होने पर हाइड्रोजन की रिहाई के साथ विघटित हो जाता है।

सबसे अधिक बार, टाइटेनियम डाइऑक्साइड थोड़ी मात्रा में अशुद्धियों के साथ टाइटेनियम के उत्पादन के लिए एक प्रारंभिक सामग्री के रूप में कार्य करता है। यह इल्मेनाइट कंसंट्रेट के प्रसंस्करण के दौरान प्राप्त टाइटेनियम स्लैग और रूटाइल कॉन्संट्रेट दोनों हो सकता है, जो टाइटेनियम अयस्कों के संवर्धन के दौरान प्राप्त होता है।

टाइटेनियम अयस्क सांद्र को पाइरोमेटेलर्जिकल या सल्फ्यूरिक एसिड प्रसंस्करण के अधीन किया जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड उपचार का उत्पाद टाइटेनियम डाइऑक्साइड पाउडर है। पाइरोमेटेलर्जिकल विधि का उपयोग करते समय, अयस्क को कोक के साथ सिंटर्ड किया जाता है और टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड वाष्प का उत्पादन करने के लिए क्लोरीन के साथ इलाज किया जाता है, जिसे बाद में 850C पर मैग्नीशियम द्वारा कम किया जाता है।

परिणामी टाइटेनियम "स्पंज" को पिघलाया जाता है, पिघल को अशुद्धियों से साफ किया जाता है। टाइटेनियम शोधन के लिए आयोडाइड विधि या इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग किया जाता है। टाइटेनियम सिल्लियां चाप, प्लाज्मा या इलेक्ट्रॉन बीम प्रसंस्करण द्वारा प्राप्त की जाती हैं।

टाइटेनियम का अधिकांश उत्पादन विमानन और रॉकेट उद्योगों के साथ-साथ समुद्री जहाज निर्माण की जरूरतों के लिए जाता है। टाइटेनियम का उपयोग गुणवत्ता वाले स्टील्स के लिए एक मिश्र धातु के रूप में और एक डीऑक्सीडाइज़र के रूप में किया जाता है।

इलेक्ट्रोवैक्यूम उपकरणों के विभिन्न भाग, आक्रामक मीडिया को पंप करने के लिए कम्प्रेसर और पंप, रासायनिक रिएक्टर, विलवणीकरण संयंत्र और कई अन्य उपकरण और संरचनाएं इससे बनाई जाती हैं। अपनी जैविक सुरक्षा के कारण, टाइटेनियम खाद्य और चिकित्सा उद्योगों में अनुप्रयोगों के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री है।

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टाइटेनियम की तापीय चालकता - 14 0 W / m deg है, जो मिश्र धातु इस्पात की तापीय चालकता से कुछ कम है। सामग्री अच्छी तरह से जाली, मुद्रांकित, मशीनीकृत है। टाइटेनियम उत्पादों को एक सुरक्षात्मक आर्गन वातावरण में टंगस्टन इलेक्ट्रोड के साथ वेल्डेड किया जाता है। हाल ही में, टाइटेनियम का उपयोग पाइप, शीट, रोल्ड उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला के निर्माण के लिए किया गया है।

टाइटेनियम की तापीय चालकता कम है - एल्यूमीनियम की तुलना में लगभग 13 गुना कम और लोहे की तुलना में 4-4 गुना कम।

टाइटेनियम की तापीय चालकता स्टेनलेस स्टील के करीब है और 14 kcal/m C घंटा है। टाइटेनियम अच्छी तरह से जाली, मुहर लगी और संतोषजनक ढंग से मशीनीकृत है। 200 C से ऊपर के तापमान पर, यह गैसों को अवशोषित करता है। टाइटेनियम को एक सुरक्षात्मक आर्गन वातावरण में टंगस्टन इलेक्ट्रोड के साथ वेल्डेड किया जाता है।

टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं की तापीय चालकता एल्यूमीनियम की तुलना में लगभग 15 गुना कम है, और स्टील की तुलना में 35-5 गुना कम है। टाइटेनियम के रैखिक थर्मल विस्तार का गुणांक भी एल्यूमीनियम और स्टेनलेस स्टील की तुलना में काफी कम है।

टाइटेनियम की तापीय चालकता - 14 0 W / (m - K) है, जो मिश्र धातु इस्पात की तापीय चालकता से कुछ कम है। सामग्री अच्छी तरह से जाली, मुद्रांकित, मशीनीकृत है। टाइटेनियम उत्पादों को एक सुरक्षात्मक आर्गन वातावरण में टंगस्टन इलेक्ट्रोड के साथ वेल्डेड किया जाता है। हाल ही में, टाइटेनियम का उपयोग पाइप, शीट, रोल्ड उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला के निर्माण के लिए किया गया है।

ऑपरेटिंग तापमान रेंज (20 - 400 सी) में टाइटेनियम की तापीय चालकता गुणांक 0 057 - 0 055 कैल / (सेमी-एस - सी) है, जो लोहे की तापीय चालकता से लगभग 3 गुना कम है, 16 गुना कम है तांबे की तापीय चालकता और स्टेनलेस स्टील्स ऑस्टेनिटिक ग्रेड की तापीय चालकता के करीब।

इसलिए, उदाहरण के लिए, टाइटेनियम की तापीय चालकता एल्यूमीनियम की तापीय चालकता से 8 - 10 गुना कम है।

टाइटेनियम के फोनन तापीय चालकता के प्राप्त परिकलित मान कार्य में किए गए इस मूल्य के अनुमान के साथ मेल खाते हैं, जहां इसे 3 -: - 5 डब्ल्यू / एम-डिग्री के बराबर लिया जाता है।

मिश्र धातु के साथ-साथ अशुद्धियों की सामग्री में वृद्धि के साथ, टाइटेनियम की तापीय चालकता, एक नियम के रूप में, घट जाती है। गर्म होने पर, शुद्ध टाइटेनियम की तरह मिश्र धातुओं की तापीय चालकता बढ़ जाती है; पहले से ही 500 - 600 सी पर, यह अधातु टाइटेनियम की तापीय चालकता के करीब पहुंचता है।

टाइटेनियम की लोच का मापांक लोहे की तुलना में लगभग आधा है, तांबे की मिश्र धातुओं के मापांक के समान स्तर पर है और एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक है। टाइटेनियम की तापीय चालकता कम है: यह एल्यूमीनियम की तापीय चालकता का लगभग 7% और लोहे की तापीय चालकता का 165% है। बनाने और वेल्डिंग के लिए धातु को गर्म करते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। टाइटेनियम का विद्युत प्रतिरोध लोहे की तुलना में लगभग 6 गुना अधिक और एल्यूमीनियम की तुलना में 20 गुना अधिक है।

सबसे पहले, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि कम तापमान पर टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं की तापीय चालकता बहुत कम है। कमरे के तापमान पर, टाइटेनियम की तापीय चालकता तांबे की तापीय चालकता का लगभग 3% है और उदाहरण के लिए, स्टील्स की तुलना में कई गुना कम है (टाइटेनियम की तापीय चालकता 0 0367 कैल / सेमी सेकंड सी है, और थर्मल स्टील 40 की चालकता 0 142 कैल है। बढ़ते तापमान के साथ, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की तापीय चालकता बढ़ जाती है और स्टील्स की तापीय चालकता के करीब पहुंच जाती है। यह टाइटेनियम मिश्र धातुओं की ताप दर को उस तापमान पर निर्भर करता है जिस पर उन्हें गर्म किया जाता है, जैसा कि देखा जा सकता है 150 मिमी के क्रॉस सेक्शन के साथ व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम (VT1 मिश्र धातु) के हीटिंग और कूलिंग दरों से

टाइटेनियम में कम तापीय चालकता है, जो एल्यूमीनियम की तापीय चालकता से 13 गुना कम और लोहे की तापीय चालकता से 4 गुना कम है। तापमान में वृद्धि के साथ, टाइटेनियम की तापीय चालकता कुछ हद तक कम हो जाती है और 700 C पर यह 0 0309 cal/cm sec SS है।

टाइटेनियम में कम तापीय चालकता है, जो एल्यूमीनियम की तापीय चालकता से 13 गुना कम और लोहे की तापीय चालकता से 4 गुना कम है। तापमान में वृद्धि के साथ, टाइटेनियम की तापीय चालकता कुछ हद तक कम हो जाती है और 700 C पर यह 0 0309 cal / cm sec C हो जाती है।

जब फ्यूजन वेल्डिंग एक संयुक्त प्राप्त करने के लिए अच्छी गुणवत्तावेल्डेड संयुक्त धातु के वायुमंडलीय गैसों (O2, Nj, H2) से विश्वसनीय सुरक्षा को वेल्ड के दोनों किनारों पर 400 C से ऊपर के तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता होती है। टाइटेनियम की कम तापीय चालकता से अनाज की वृद्धि तेज हो जाती है, जिससे उच्च तापमान पर वेल्ड धातु का निवास समय बढ़ जाता है। इन कठिनाइयों को दूर करने के लिए, न्यूनतम संभव ताप इनपुट पर वेल्डिंग की जाती है।

राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के लिए सबसे महत्वपूर्ण मिश्र धातु और धातु थे, जो हल्कापन और ताकत का संयोजन करते थे। टाइटेनियम सामग्री की इस श्रेणी से संबंधित है और इसके अलावा, उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है।

टाइटेनियम चौथी अवधि के चौथे समूह की एक संक्रमण धातु है। मॉलिक्यूलर मास्सयह केवल 22 है, जो सामग्री की लपट को इंगित करता है। इसी समय, पदार्थ को असाधारण ताकत से अलग किया जाता है: सभी संरचनात्मक सामग्रियों में, यह टाइटेनियम है जिसमें उच्चतम विशिष्ट शक्ति होती है। रंग चांदी सफेद है।

टाइटेनियम क्या है, नीचे दिया गया वीडियो बताएगा:

अवधारणा और विशेषताएं

टाइटेनियम काफी सामान्य है - यह पृथ्वी की पपड़ी में सामग्री के मामले में 10 वां स्थान लेता है। हालाँकि, यह केवल 1875 में था कि वास्तव में शुद्ध धातु को अलग किया गया था। इससे पहले, पदार्थ या तो अशुद्धियों के साथ प्राप्त किया गया था, या इसके यौगिकों को धातु टाइटेनियम कहा जाता था। इस भ्रम ने इस तथ्य को जन्म दिया कि धातु के यौगिकों का उपयोग धातु की तुलना में बहुत पहले किया गया था।

यह सामग्री की ख़ासियत के कारण है: सबसे तुच्छ अशुद्धियाँ किसी पदार्थ के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती हैं, कभी-कभी इसे अपने निहित गुणों से पूरी तरह से वंचित कर देती हैं।

इस प्रकार, अन्य धातुओं का सबसे छोटा अंश टाइटेनियम को गर्मी प्रतिरोध से वंचित करता है, जो इसके मूल्यवान गुणों में से एक है। और एक गैर-धातु का एक छोटा सा जोड़ एक टिकाऊ सामग्री को भंगुर और उपयोग के लिए अनुपयुक्त में बदल देता है।

इस सुविधा ने परिणामी धातु को तुरंत 2 समूहों में विभाजित किया: तकनीकी और शुद्ध।

• सबसे पहलाउन मामलों में उपयोग किया जाता है जहां ताकत, हल्कापन और संक्षारण प्रतिरोध की सबसे अधिक आवश्यकता होती है, क्योंकि टाइटेनियम कभी भी अंतिम गुणवत्ता नहीं खोता है।
• उच्च शुद्धता सामग्रीउपयोग किया जाता है जहां एक ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो बहुत अधिक भार और उच्च तापमान के तहत काम करती है, लेकिन साथ ही हल्की होती है। यह, ज़ाहिर है, विमान और रॉकेट विज्ञान है।

पदार्थ का दूसरा विशेष गुण अनिसोट्रॉपी है। इसमें से कुछ भौतिक गुणबलों के आवेदन के आधार पर परिवर्तन, जिसे लागू करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए।

सामान्य परिस्थितियों में, धातु अक्रिय होती है, समुद्र के पानी या समुद्र या शहर की हवा में जंग नहीं करती है। इसके अलावा, यह ज्ञात सबसे जैविक रूप से निष्क्रिय पदार्थ है, जिसके कारण दवा में टाइटेनियम कृत्रिम अंग और प्रत्यारोपण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

उसी समय, जब तापमान बढ़ता है, तो यह ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और यहां तक ​​कि हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करना शुरू कर देता है और तरल रूप में गैसों को अवशोषित करता है। यह अप्रिय विशेषता धातु को स्वयं प्राप्त करना और उसके आधार पर मिश्र धातुओं का निर्माण करना बेहद मुश्किल बना देती है।

उत्तरार्द्ध तभी संभव है जब वैक्यूम उपकरण का उपयोग किया जाए। सबसे जटिल उत्पादन प्रक्रिया ने काफी सामान्य तत्व को बहुत महंगे में बदल दिया है।

अन्य धातुओं के साथ संबंध

टाइटेनियम अन्य दो प्रसिद्ध संरचनात्मक सामग्रियों - एल्यूमीनियम और लौह, या बल्कि, लौह मिश्र धातुओं के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति रखता है। कई मायनों में, धातु अपने "प्रतियोगियों" से बेहतर है:

• टाइटेनियम की यांत्रिक शक्ति लोहे की तुलना में 2 गुना अधिक है, और एल्यूमीनियम की तुलना में 6 गुना अधिक है। इस मामले में, घटते तापमान के साथ ताकत बढ़ जाती है;
• संक्षारण प्रतिरोध लोहे और यहां तक ​​कि एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक है;
• सामान्य तापमान पर, टाइटेनियम निष्क्रिय होता है। हालाँकि, जब यह 250 C तक बढ़ जाता है, तो यह हाइड्रोजन को अवशोषित करना शुरू कर देता है, जो गुणों को प्रभावित करता है। रासायनिक गतिविधि के संदर्भ में, यह मैग्नीशियम से नीच है, लेकिन, अफसोस, यह लोहे और एल्यूमीनियम से आगे निकल जाता है;
• धातु बहुत कमजोर बिजली का संचालन करती है: इसकी विद्युत प्रतिरोधकता लोहे की तुलना में 5 गुना अधिक, एल्यूमीनियम की तुलना में 20 गुना अधिक और मैग्नीशियम की तुलना में 10 गुना अधिक है;
• तापीय चालकता भी बहुत कम है: लोहे की तुलना में 3 गुना कम, और एल्यूमीनियम से 12 गुना कम। हालांकि, इस संपत्ति के परिणामस्वरूप थर्मल विस्तार का बहुत कम गुणांक होता है।

फायदा और नुकसान

वास्तव में, टाइटेनियम के कई नुकसान हैं। लेकिन ताकत और हल्केपन का संयोजन इतना मांग में है कि न तो जटिल निर्माण विधि और न ही असाधारण शुद्धता की आवश्यकता धातु उपभोक्ताओं को रोकती है।

पदार्थ के निस्संदेह लाभों में शामिल हैं:

• कम घनत्व, जिसका अर्थ है बहुत कम वजन;
• टाइटेनियम धातु और उसके मिश्र धातुओं दोनों की असाधारण यांत्रिक शक्ति। बढ़ते तापमान के साथ, टाइटेनियम मिश्र धातु सभी एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम मिश्र धातुओं से बेहतर प्रदर्शन करते हैं;
• ताकत और घनत्व का अनुपात - विशिष्ट ताकत, 30-35 तक पहुंचती है, जो कि सर्वोत्तम संरचनात्मक स्टील्स की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक है;
• हवा में, टाइटेनियम ऑक्साइड की एक पतली परत के साथ लेपित होता है, जो उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है।

धातु में भी इसकी कमियां हैं:

• संक्षारण प्रतिरोध और जड़ता केवल गैर-सक्रिय सतह उत्पादों पर लागू होती है। टाइटेनियम धूल या छीलन, उदाहरण के लिए, 400 सी के तापमान पर अनायास प्रज्वलित और जलता है;
• टाइटेनियम धातु प्राप्त करने की एक बहुत ही जटिल विधि बहुत अधिक लागत प्रदान करती है। सामग्री लोहे की तुलना में बहुत अधिक महंगी है, या;
• बढ़ते तापमान के साथ वायुमंडलीय गैसों को अवशोषित करने की क्षमता के लिए मिश्र धातुओं को पिघलाने और प्राप्त करने के लिए वैक्यूम उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है, जिससे लागत भी काफी बढ़ जाती है;
• टाइटेनियम में खराब विरोधी घर्षण गुण हैं - यह घर्षण के लिए काम नहीं करता है;
• धातु और उसके मिश्र धातुओं में हाइड्रोजन के क्षरण का खतरा होता है, जिसे रोकना मुश्किल है;
• टाइटेनियम मशीन के लिए मुश्किल है। हीटिंग के दौरान चरण संक्रमण के कारण इसे वेल्डिंग करना भी मुश्किल है।

टाइटेनियम शीट (फोटो)

गुण और विशेषताएं

साफ-सफाई पर पूरी तरह निर्भर है। संदर्भ डेटा, निश्चित रूप से, शुद्ध धातु का वर्णन करता है, लेकिन तकनीकी टाइटेनियम की विशेषताएं स्पष्ट रूप से भिन्न हो सकती हैं।

• 4.41 से 4.25 g/cm3 तक गर्म करने पर धातु का घनत्व कम हो जाता है। चरण संक्रमणघनत्व में केवल 0.15% परिवर्तन करता है।
• धातु का गलनांक 1668 C है। क्वथनांक 3227 C है। टाइटेनियम एक दुर्दम्य पदार्थ है।
• औसतन, तन्य शक्ति 300-450 एमपीए है, हालांकि, यह आंकड़ा सख्त और उम्र बढ़ने के साथ-साथ अतिरिक्त तत्वों की शुरूआत का सहारा लेकर 2000 एमपीए तक बढ़ाया जा सकता है।
• एचबी पैमाने पर, कठोरता 103 है और यह सीमा नहीं है।
• टाइटेनियम की ताप क्षमता कम है - 0.523 kJ/(kg K)।
• विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध - 42.1 10 -6 ओम सेमी।
• टाइटेनियम एक पैरामैग्नेट है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, इसकी चुंबकीय संवेदनशीलता कम होती जाती है।
• समग्र रूप से धातु में लचीलापन और लचीलापन होता है। हालांकि, ये गुण मिश्र धातु में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन से काफी प्रभावित होते हैं। दोनों तत्व सामग्री को भंगुर बनाते हैं।

पदार्थ कई एसिड के लिए प्रतिरोधी है, जिसमें कम सांद्रता में नाइट्रिक, सल्फ्यूरिक और फॉर्मिक को छोड़कर लगभग सभी कार्बनिक अम्ल शामिल हैं। यह गुणवत्ता सुनिश्चित करती है कि रसायन, पेट्रोकेमिकल, कागज उद्योग आदि में टाइटेनियम की मांग है।

संरचना और संरचना

टाइटेनियम - हालांकि यह एक संक्रमण धातु है, और इसकी विद्युत प्रतिरोधकता कम है, फिर भी, यह एक धातु है और विद्युत प्रवाह का संचालन करती है, जिसका अर्थ है एक क्रमबद्ध संरचना। जब एक निश्चित तापमान पर गर्म किया जाता है, तो संरचना बदल जाती है:

• 883 C तक, α- चरण 4.55 g / cu के घनत्व के साथ स्थिर होता है। देखें यह एक घने हेक्सागोनल जाली द्वारा प्रतिष्ठित है। आक्सीजन इस चरण में अंतरालीय समाधानों के निर्माण के साथ घुल जाता है और α-संशोधन को स्थिर करता है - तापमान सीमा को धक्का देता है;
• 883 सी से ऊपर, शरीर-केंद्रित घन जाली के साथ β-चरण स्थिर है। इसका घनत्व कुछ कम है - 4.22 ग्राम / घन। देखें। हाइड्रोजन इस संरचना को स्थिर करता है - जब यह टाइटेनियम में घुल जाता है, तो अंतरालीय समाधान और हाइड्राइड भी बनते हैं।

यह विशेषता धातुकर्मी के काम को बहुत कठिन बना देती है। टाइटेनियम को ठंडा करने पर हाइड्रोजन की घुलनशीलता तेजी से घटती है, और हाइड्रोजन हाइड्राइड, γ-चरण, मिश्र धातु में अवक्षेपित होता है।

यह वेल्डिंग के दौरान ठंडी दरारें पैदा करता है, इसलिए निर्माताओं को धातु को पिघलाने के बाद इसे हाइड्रोजन से साफ करने के लिए अतिरिक्त मेहनत करनी पड़ती है।

टाइटेनियम कहां से और कैसे बनाया जाता है, इसके बारे में हम नीचे बताएंगे।

यह वीडियो टाइटेनियम के धातु के रूप में वर्णन के लिए समर्पित है:

उत्पादन और खनन

टाइटेनियम बहुत आम है, इसलिए धातु युक्त अयस्कों के साथ, और काफी बड़ी मात्रा में, कोई कठिनाई नहीं होती है। कच्चे माल रूटाइल, एनाटेज और ब्रुकाइट हैं - विभिन्न संशोधनों में टाइटेनियम डाइऑक्साइड, इल्मेनाइट, पायरोफैनाइट - लोहे के साथ यौगिक, और इसी तरह।

लेकिन यह जटिल है और इसके लिए महंगे उपकरण की आवश्यकता होती है। प्राप्त करने के तरीके कुछ अलग हैं, क्योंकि अयस्क की संरचना अलग है। उदाहरण के लिए, इल्मेनाइट अयस्कों से धातु प्राप्त करने की योजना इस प्रकार है:

• टाइटेनियम स्लैग प्राप्त करना - चट्टान को एक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में एक कम करने वाले एजेंट - एन्थ्रेसाइट के साथ लोड किया जाता है, लकड़ी का कोयलाऔर 1650 C तक गरम किया जाता है। उसी समय, लोहे को अलग किया जाता है, जिसका उपयोग स्लैग में कच्चा लोहा और टाइटेनियम डाइऑक्साइड प्राप्त करने के लिए किया जाता है;
• स्लैग को खदान या नमक क्लोरीनेटर में क्लोरीनयुक्त किया जाता है। प्रक्रिया का सार ठोस डाइऑक्साइड को गैसीय टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड में परिवर्तित करना है;
• विशेष फ्लास्क में प्रतिरोध भट्टियों में, क्लोराइड से सोडियम या मैग्नीशियम के साथ धातु को कम किया जाता है। नतीजतन, एक साधारण द्रव्यमान प्राप्त होता है - एक टाइटेनियम स्पंज। यह तकनीकी टाइटेनियम है जो रासायनिक उपकरणों के निर्माण के लिए काफी उपयुक्त है, उदाहरण के लिए;
• यदि एक शुद्ध धातु की आवश्यकता होती है, तो वे शोधन का सहारा लेते हैं - जबकि धातु आयोडीन के साथ गैसीय आयोडाइड प्राप्त करने के लिए प्रतिक्रिया करती है, और बाद वाला, तापमान के प्रभाव में - 1300-1400 C, और विद्युत प्रवाह, शुद्ध टाइटेनियम को मुक्त करते हुए विघटित होता है। एक मुंहतोड़ जवाब में फैले टाइटेनियम तार के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह की आपूर्ति की जाती है, जिस पर एक शुद्ध पदार्थ जमा होता है।

टाइटेनियम सिल्लियां प्राप्त करने के लिए, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन को घुलने से रोकने के लिए टाइटेनियम स्पंज को वैक्यूम भट्टी में पिघलाया जाता है।

प्रति 1 किलो टाइटेनियम की कीमत बहुत अधिक है: शुद्धता की डिग्री के आधार पर, धातु की कीमत $25 से $40 प्रति 1 किलो तक होती है।दूसरी ओर, एसिड प्रतिरोधी स्टेनलेस स्टील उपकरण के मामले में 150 रूबल खर्च होंगे। और 6 महीने से अधिक नहीं चलेगा। टाइटेनियम की कीमत लगभग 600 r होगी, लेकिन यह 10 वर्षों के लिए संचालित होती है। रूस में कई टाइटेनियम उत्पादन सुविधाएं हैं।

उपयोग के क्षेत्र

भौतिक और यांत्रिक गुणों पर शुद्धिकरण की डिग्री का प्रभाव हमें इस दृष्टिकोण से विचार करने के लिए मजबूर करता है। तो, तकनीकी, जो कि शुद्धतम धातु नहीं है, में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध, हल्कापन और ताकत है, जो इसके उपयोग को निर्धारित करती है:

• रसायन उद्योग- हीट एक्सचेंजर्स, पाइप, केसिंग, पंप पार्ट्स, फिटिंग वगैरह। सामग्री उन क्षेत्रों में अपरिहार्य है जहां एसिड प्रतिरोध और ताकत की आवश्यकता होती है;
• परिवहन उद्योग- पदार्थ का उपयोग वाहनों को बनाने के लिए किया जाता है ट्रेनेंसाइकिलों को। पहले मामले में, धातु यौगिकों का एक छोटा द्रव्यमान प्रदान करता है, जो कर्षण को अधिक कुशल बनाता है, बाद में यह हल्कापन और ताकत देता है, यह कुछ भी नहीं है कि टाइटेनियम साइकिल फ्रेम को सबसे अच्छा माना जाता है;
• नौसैनिक मामले- टाइटेनियम का उपयोग हीट एक्सचेंजर्स, पनडुब्बियों के लिए एग्जॉस्ट साइलेंसर, वाल्व, प्रोपेलर आदि बनाने के लिए किया जाता है;
• में निर्माणव्यापक रूप से उपयोग किया जाता है - टाइटेनियम - facades और छतों को खत्म करने के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री। ताकत के साथ, मिश्र धातु वास्तुकला के लिए महत्वपूर्ण एक और लाभ प्रदान करता है - उत्पादों को सबसे विचित्र विन्यास देने की क्षमता, मिश्र धातु को आकार देने की क्षमता असीमित है।

शुद्ध धातु भी उच्च तापमान के लिए बहुत प्रतिरोधी है और अपनी ताकत बरकरार रखती है। आवेदन स्पष्ट है:

• रॉकेट और विमान उद्योग - म्यान इससे बनाया जाता है। इंजन भागों, फास्टनरों, चेसिस भागों और इतने पर;
• दवा - जैविक जड़ता और हल्कापन टाइटेनियम को प्रोस्थेटिक्स के लिए हृदय वाल्व तक एक अधिक आशाजनक सामग्री बनाता है;
• क्रायोजेनिक तकनीक - टाइटेनियम उन कुछ पदार्थों में से एक है, जब तापमान गिरता है, केवल मजबूत हो जाता है और प्लास्टिसिटी नहीं खोता है।

टाइटेनियम इस तरह के हल्केपन और लचीलापन के साथ उच्चतम शक्ति की एक संरचनात्मक सामग्री है। ये अद्वितीय गुण उसे अधिक से अधिक प्रदान करते हैं महत्वपूर्ण भूमिकाराष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में।

नीचे दिया गया वीडियो आपको बताएगा कि चाकू के लिए टाइटेनियम कहाँ से प्राप्त करें:

टाइटेनियम(अव्य। टाइटेनियम), टीआई, मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली के समूह iv का एक रासायनिक तत्व; परमाणु संख्या 22, परमाणु द्रव्यमान 47.90; चांदी सफेद रंग की होती है हल्की धातुएँ।प्राकृतिक टी में पांच स्थिर समस्थानिकों का मिश्रण होता है: 46 ती (7.95%), 47 ती (7.75%), 48 ती (73.45%), 49 ती (5.51%), 50 ती (5 .34%)। कृत्रिम रेडियोधर्मी समस्थानिक 45 ti ज्ञात हैं (ti 1/2 = 3.09 .) एच, 51 ती (ती 1/2 = 5.79 मिनट) और आदि।

इतिहास संदर्भ। टी। डाइऑक्साइड के रूप में अंग्रेजी शौकिया खनिज विज्ञानी डब्ल्यू। ग्रेगर द्वारा 1791 में मेनकान (इंग्लैंड) शहर के चुंबकीय लौह रेत में खोजा गया था; 1795 में, जर्मन रसायनज्ञ एम जी क्लाप्रोथ ने स्थापित किया कि खनिज रूटाइलउसी धातु का एक प्राकृतिक ऑक्साइड है, जिसे उन्होंने "टाइटेनियम" कहा [ग्रीक पौराणिक कथाओं में, टाइटन्स यूरेनस (स्वर्ग) और गैया (पृथ्वी) के बच्चे हैं]। लंबे समय तक टी को उसके शुद्ध रूप में अलग करना संभव नहीं था; 1910 में ही अमेरिकी वैज्ञानिक एम. ए. हंटर ने एक सीलबंद स्टील बम में क्लोराइड को सोडियम के साथ गर्म करके धात्विक सोडियम प्राप्त किया था। उन्होंने जो धातु प्राप्त की वह केवल ऊंचे तापमान पर नमनीय थी और अशुद्धियों की उच्च सामग्री के कारण कमरे के तापमान पर भंगुर थी। शुद्ध टाइटेनियम के गुणों का अध्ययन करने का अवसर केवल 1925 में दिखाई दिया, जब डच वैज्ञानिकों ए। वैन आर्केल और जे। डी बोअर ने टाइटेनियम आयोडाइड के थर्मल पृथक्करण द्वारा कम तापमान पर उच्च शुद्धता वाला धातु प्लास्टिक प्राप्त किया।

प्रकृति में वितरण। सामान्य तत्वों में से एक है, पृथ्वी की पपड़ी (क्लार्क) में इसकी औसत सामग्री वजन से 0.57% है (संरचनात्मक धातुओं के बीच, यह लोहे, एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम के बाद बहुतायत में चौथे स्थान पर है)। अधिकांश टी। तथाकथित "बेसाल्ट शेल" (0.9%) की मूल चट्टानों में, "ग्रेनाइट शेल" (0.23%) की चट्टानों में कम, और अल्ट्राबेसिक चट्टानों (0.03%), आदि में भी कम। . चट्टानोंटी में समृद्ध खनिजों में मूल चट्टानों के पेगमाटाइट्स, क्षारीय चट्टानें, सिनाइट्स और उनसे जुड़े पेगमाटाइट शामिल हैं। साठ-सात टी। खनिजों को जाना जाता है, ज्यादातर आग्नेय मूल के; सबसे महत्वपूर्ण हैं रूटाइल और इल्मेनाइट

जीवमंडल में, टी। ज्यादातर बिखरा हुआ है। समुद्र के पानी में इसमें 1 10 -7% होता है; टी. एक कमजोर प्रवासी है।

भौतिक गुण। टी। दो एलोट्रोपिक संशोधनों के रूप में मौजूद है: 882.5 डिग्री सेल्सियस के तापमान के नीचे, हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली वाला ए-फॉर्म स्थिर है ( एक= 2.951 , साथ= 4.679 ), और इस तापमान से ऊपर - घन शरीर-केंद्रित जाली के साथ b-रूप ए =£3.269 अशुद्धता और डोपेंट a/b परिवर्तन तापमान को महत्वपूर्ण रूप से बदल सकते हैं।

घनत्व ए-फॉर्म 20 डिग्री सेल्सियस 4.505 . पर जी/सेमी 3 ए 870 डिग्री सेल्सियस 4.35 . पर जी/सेमी 3 900 डिग्री सेल्सियस 4.32 . पर बी-फॉर्म जी/सेमी 3; परमाणु त्रिज्या ती 1.46 , आयनिक त्रिज्या ती + 0.94 , ती 2+ 0.78 , ती 3+ 0.69 , ती 4+ 0.64 , टी pl 1668 ± 5°С, टीकिप 3227 डिग्री सेल्सियस; 20-25 डिग्री 22.065 . की सीमा में तापीय चालकता मंगल/(एम? प्रति) ; 20 डिग्री सेल्सियस 8.5 पर रैखिक विस्तार का तापमान गुणांक? 10 -6, 20-700 डिग्री सेल्सियस 9.7 की सीमा में? 10 -6; गर्मी क्षमता 0.523 केजे/(किलोग्राम? प्रति) ; विद्युत प्रतिरोधकता 42.1? 10-6 ओम? सेमी 20 डिग्री सेल्सियस पर; विद्युत प्रतिरोध का तापमान गुणांक 0.0035 20 डिग्री सेल्सियस पर; सुपरकंडक्टिविटी 0.38 ± 0.01 K. T. पैरामैग्नेटिक, विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता (3.2 ± 0.4) से नीचे है? 10 -6 20 डिग्री सेल्सियस पर। तन्य शक्ति 256 एमएन / एम 2 (25,6 किलोग्राम/मिमी 2) , बढ़ाव 72%, ब्रिनेल कठोरता 1000 . से कम एमएन / एम 2 (100 किलोग्राम/मिमी 2) . सामान्य लोच का मापांक 108000 एमएन / एम 2 (10800 किलोग्राम/मिमी 2) . सामान्य तापमान पर उच्च शुद्धता फोर्जिंग की धातु।

उद्योग में उपयोग किए जाने वाले तकनीकी ग्रेड में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, लोहा, सिलिकॉन और कार्बन की अशुद्धियां होती हैं, जो इसकी ताकत बढ़ाती हैं, लचीलापन कम करती हैं, और बहुरूपी परिवर्तन के तापमान को प्रभावित करती हैं, जो 865-920 डिग्री सेल्सियस की सीमा में होता है। तकनीकी ग्रेड VT1-00 और VT1-0 के लिए, घनत्व लगभग 4.32 . है जी/सेमी 3 , तन्य शक्ति 300- 550 एमएन / एम 2 (30-55 किलोग्राम/मिमी 2) , बढ़ाव 25% से कम नहीं, ब्रिनेल कठोरता 1150-1650 एमएन / एम 2 (115-165 किलोग्राम/मिमी 2) . परमाणु के बाहरी इलेक्ट्रॉन खोल का विन्यास ti 3 डी 2 4 एस 2 .

रासायनिक गुण . शुद्ध टी - प्रतिक्रियाशील संक्रमण तत्व,यौगिकों में इसकी ऑक्सीकरण अवस्थाएँ +4 होती हैं, कम अक्सर +3 और +2। सामान्य तापमान और 500-550 डिग्री सेल्सियस तक, यह संक्षारण प्रतिरोधी है, जिसे इसकी सतह पर एक पतली लेकिन मजबूत ऑक्साइड फिल्म की उपस्थिति से समझाया गया है।

टियो 2 . के गठन के साथ 600 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ महत्वपूर्ण रूप से बातचीत करता है . अपर्याप्त स्नेहन वाले पतले टाइटेनियम चिप्स मशीनिंग के दौरान आग पकड़ सकते हैं। में पर्याप्त ऑक्सीजन सांद्रता के साथ वातावरणऔर प्रभाव या घर्षण से ऑक्साइड फिल्म को नुकसान, कमरे के तापमान पर और अपेक्षाकृत बड़े टुकड़ों में धातु को प्रज्वलित करना संभव है।

ऑक्साइड फिल्म तरल अवस्था में थर्मामीटर को ऑक्सीजन (उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम के विपरीत) से आगे की बातचीत से नहीं बचाती है, और इसलिए इसके पिघलने और वेल्डिंग को एक निर्वात में, एक तटस्थ गैस के वातावरण में, या नीचे किया जाना चाहिए। एक प्रवाह। टी में वायुमंडलीय गैसों और हाइड्रोजन को अवशोषित करने की क्षमता है, जिससे भंगुर मिश्र धातु व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त हो जाती है; एक सक्रिय सतह की उपस्थिति में, हाइड्रोजन का अवशोषण कमरे के तापमान पर भी कम दर पर होता है, जो 400 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक पर काफी बढ़ जाता है। टी में हाइड्रोजन की घुलनशीलता प्रतिवर्ती है, और इस गैस को वैक्यूम एनीलिंग द्वारा लगभग पूरी तरह से हटाया जा सकता है। टिन प्रकार के नाइट्राइड बनाने के लिए नाइट्रोजन 700 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है; एक महीन पाउडर या तार के रूप में, T. नाइट्रोजन के वातावरण में जल सकता है। T. में नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के प्रसार की दर हाइड्रोजन की तुलना में बहुत कम है। इन गैसों के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप प्राप्त परत को कठोरता और भंगुरता में वृद्धि की विशेषता है और इसे नक़्क़ाशी या मशीनिंग द्वारा टाइटेनियम उत्पादों की सतह से हटा दिया जाना चाहिए। टी। शुष्क हैलोजन के साथ सख्ती से बातचीत करता है , गीले हैलोजन के संबंध में यह स्थिर है, क्योंकि नमी एक अवरोधक की भूमिका निभाती है।

धातु सभी सांद्रता के नाइट्रिक एसिड में स्थिर है (लाल फ्यूमिंग एसिड के अपवाद के साथ, जो एसिड के क्षरण का कारण बनता है, और प्रतिक्रिया कभी-कभी विस्फोट के साथ होती है), सल्फ्यूरिक एसिड के कमजोर समाधान में (वजन से 5% तक) ) हाइड्रोक्लोरिक, हाइड्रोफ्लोरिक, केंद्रित सल्फ्यूरिक, साथ ही गर्म कार्बनिक अम्ल: ऑक्सालिक, फॉर्मिक और ट्राइक्लोरोएसेटिक एसिड टी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

टी वायुमंडलीय हवा, समुद्र के पानी और समुद्र के वातावरण में, नम क्लोरीन, क्लोरीन पानी, गर्म और ठंडे क्लोराइड समाधान में, विभिन्न तकनीकी समाधानों और रासायनिक, तेल, कागज और अन्य उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले अभिकर्मकों में संक्षारण प्रतिरोधी है। जैसा कि हाइड्रोमेटलर्जी में होता है। T. C, B, se और si के साथ धातु जैसे यौगिक बनाता है, जो उनकी अपवर्तकता और उच्च कठोरता से प्रतिष्ठित होते हैं। टाइग कार्बाइड ( टी pl 3140 °C) हाइड्रोजन वातावरण में tio 2 के मिश्रण को कालिख के साथ 1900-2000 °C पर गर्म करके प्राप्त किया जाता है; टिन नाइट्राइड ( टी pl 2950 ° C) - T के पाउडर को नाइट्रोजन में 700 ° C से ऊपर के तापमान पर गर्म करके। सिलसाइड्स टीएसआई 2, टी 5 सी 3, टीएसआई और बोराइड्स टीआईबी, टी 2 बी 5, टीआईबी 2 ज्ञात हैं। 400 और 600°C के बीच के तापमान पर, T. ठोस विलयन और हाइड्राइड बनाने के लिए हाइड्रोजन को अवशोषित करता है (tih, tih 2)। जब टियो 2 को क्षार के साथ जोड़ा जाता है, तो मेटा- और ऑर्थोटिटेनेट्स के टाइटेनियम एसिड लवण बनते हैं (उदाहरण के लिए, ना 2 टियो 3 और ना 4 टियो 4), साथ ही पॉलीटिटेनेट्स (उदाहरण के लिए, ना 2 टी 2 ओ 5 और ना 2 टीआई 3 ओ 7)। टाइटेनेट्स में टेटनस के सबसे महत्वपूर्ण खनिज शामिल हैं, जैसे कि इल्मेनाइट फेटियो 3 और पेरोसाइट कैटियो 3। सभी टाइटेनेट्स पानी में थोड़े घुलनशील होते हैं। टाइटेनियम डाइऑक्साइड, टाइटैनिक एसिड (अवक्षेप), और टाइटेनेट्स सल्फ्यूरिक एसिड में घुलकर टियोसो 4 टाइटेनाइल सल्फेट युक्त घोल बनाते हैं। जब घोल को पतला और गर्म किया जाता है, तो हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप h 2 tio 3 अवक्षेपित हो जाता है, जिससे T डाइऑक्साइड प्राप्त होता है। जब हाइड्रोजन पेरोक्साइड को अम्लीय घोल में मिलाया जाता है जिसमें ti (iv) यौगिक होते हैं, तो संरचना के पेरोक्साइड (सुपरटिटैनिक) एसिड होते हैं। 4 tio 5 और h 4 tio 8 और उनके संगत लवण बनते हैं; ये यौगिक पीले या नारंगी-लाल रंग के होते हैं (टी की सांद्रता के आधार पर), जिसका उपयोग टी के विश्लेषणात्मक निर्धारण के लिए किया जाता है।

रसीद। धात्विक पारा प्राप्त करने की सबसे सामान्य विधि मैग्नीशियम-थर्मल विधि है, जो कि धात्विक मैग्नीशियम (कम सामान्यतः, सोडियम) के साथ सोडियम टेट्राक्लोराइड की कमी है:

टीसीएल 4 + 2एमजी = टीआई + 2एमजीसीएल 2।

दोनों ही मामलों में, टाइटेनियम के ऑक्साइड अयस्क - रूटाइल, इल्मेनाइट, और अन्य - प्रारंभिक कच्चे माल के रूप में काम करते हैं। इल्मेनाइट प्रकार के अयस्कों के मामले में, टाइटेनियम को इलेक्ट्रिक भट्टियों में गलाने से स्लैग के रूप में लोहे से अलग किया जाता है। स्लैग (रूटाइल की तरह) कार्बन की उपस्थिति में टी. टेट्राक्लोराइड बनाने के लिए क्लोरीनीकरण के अधीन है, जो शुद्धिकरण के बाद, एक तटस्थ वातावरण के साथ एक न्यूनीकरण रिएक्टर में प्रवेश करता है।

इस प्रक्रिया के अनुसार, स्टील को स्पंजी रूप में प्राप्त किया जाता है और पीसने के बाद, मिश्र धातु प्राप्त करने के लिए आवश्यक होने पर, मिश्र धातु एडिटिव्स की शुरूआत के साथ वैक्यूम आर्क भट्टियों में सिल्लियों में पिघलाया जाता है। मैग्नीशियम थर्मल विधि आपको एक बड़ा बनाने की अनुमति देती है औद्योगिक उत्पादनटी। एक बंद तकनीकी चक्र के साथ, कमी के दौरान बनने वाले उप-उत्पाद के बाद से - मैग्नीशियम क्लोराइड को मैग्नीशियम और क्लोरीन प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस के लिए भेजा जाता है।

कई मामलों में, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं से उत्पादों के उत्पादन के लिए पाउडर धातु विज्ञान के तरीकों का उपयोग करना फायदेमंद होता है। विशेष रूप से महीन पाउडर (उदाहरण के लिए, रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए) प्राप्त करने के लिए, कैल्शियम हाइड्राइड के साथ टाइटेनियम डाइऑक्साइड की कमी का उपयोग करना संभव है।

धातु टी का विश्व उत्पादन बहुत तेजी से विकसित हुआ: लगभग 2 टी 1948 में, 2100 टी 1953 में, 20,000 टी 1957 में; 1975 में यह 50,000 . को पार कर गया टी।

आवेदन पत्र . अन्य संरचनात्मक धातुओं पर टी का मुख्य लाभ हल्कापन, ताकत और संक्षारण प्रतिरोध का संयोजन है। निरपेक्ष में टाइटेनियम मिश्र, और इससे भी अधिक विशिष्ट शक्ति (अर्थात घनत्व से संबंधित शक्ति) -250 से 550 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर अन्य धातुओं (उदाहरण के लिए, लोहा या निकल) के आधार पर अधिकांश मिश्र धातुओं को पार करते हैं, और वे तुलनीय हैं महान धातु मिश्र धातुओं के साथ जंग में . हालांकि, टी. का उपयोग केवल 1950 के दशक में एक स्वतंत्र संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जाने लगा। 20 वीं सदी अयस्कों और प्रसंस्करण से इसके निष्कर्षण की बड़ी तकनीकी कठिनाइयों के कारण (यही कारण है कि टी। को सशर्त रूप से संदर्भित किया गया था दुर्लभ धातु ) . प्रौद्योगिकी का मुख्य भाग विमानन और रॉकेट प्रौद्योगिकी और समुद्री जहाज निर्माण की जरूरतों पर खर्च किया जाता है। . लौह के साथ फेरो-टाइटेनियम मिश्र, जिसे फेरोटिटेनियम (20-50% लौह) के रूप में जाना जाता है, उच्च गुणवत्ता वाले स्टील्स और विशेष मिश्र धातुओं के धातु विज्ञान में मिश्र धातु योजक और डीओक्सिडाइज़र के रूप में कार्य करता है।

तकनीकी तकनीक का उपयोग टैंक, रासायनिक रिएक्टर, पाइपलाइन, फिटिंग, पंप और अन्य उत्पादों के निर्माण के लिए किया जाता है जो आक्रामक वातावरण में काम करते हैं, जैसे कि रासायनिक इंजीनियरिंग में। अलौह धातुओं के जलविद्युत विज्ञान में, T से उपकरण का उपयोग किया जाता है। यह स्टील उत्पादों को कवर करने का कार्य करता है। . कई मामलों में ऊष्मप्रवैगिकी का उपयोग न केवल उपकरणों के सेवा जीवन में वृद्धि के कारण, बल्कि प्रक्रियाओं को तेज करने की संभावना के कारण भी एक महान तकनीकी और आर्थिक प्रभाव पैदा करता है (जैसे, उदाहरण के लिए, निकल हाइड्रोमेटेलर्जी में)। टी. की जैविक हानिरहितता इसे खाद्य उद्योग के लिए उपकरणों के निर्माण और पुनर्निर्माण सर्जरी में एक उत्कृष्ट सामग्री बनाती है। गहरी ठंड की स्थितियों में, अच्छी प्लास्टिसिटी बनाए रखते हुए टी की ताकत बढ़ जाती है, जिससे क्रायोजेनिक तकनीक के लिए इसे संरचनात्मक सामग्री के रूप में उपयोग करना संभव हो जाता है। टी. पॉलिशिंग, रंग एनोडाइजिंग, और सतह परिष्करण के अन्य तरीकों के लिए अच्छी तरह से उधार देता है, और इसलिए स्मारकीय मूर्तिकला सहित विभिन्न कलात्मक उत्पादों को बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। एक उदाहरण मास्को में स्मारक है, जिसे पहले कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह के प्रक्षेपण के सम्मान में बनाया गया था। टाइटेनियम यौगिकों में से, टाइटेनियम के ऑक्साइड, टाइटेनियम के हैलाइड, और टाइटेनियम के सिलिकाइड, जो उच्च तापमान प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाते हैं, व्यावहारिक महत्व के हैं; टी। बोराइड्स और उनके मिश्र, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उनकी अचूकता और बड़े न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन के कारण मॉडरेटर के रूप में उपयोग किए जाते हैं। कार्बाइड टी।, जिसमें उच्च कठोरता है, उपकरण का हिस्सा है कठोर मिश्रकाटने के उपकरण के निर्माण के लिए और एक अपघर्षक सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।

टाइटेनियम डाइऑक्साइड और बेरियम टाइटेनेट आधार के रूप में काम करते हैं टाइटेनियम सिरेमिक,और बेरियम टाइटेनेट सबसे महत्वपूर्ण है फेरोइलेक्ट्रिक

एस जी ग्लेज़ुनोव।

शरीर में टाइटेनियम। टी. पौधों और जानवरों के ऊतकों में लगातार मौजूद है। स्थलीय पौधों में इसकी सांद्रता लगभग 10-4% होती है , समुद्री में - 1.2 से? 10 -3 से 8? 10 -2% , स्थलीय जंतुओं के ऊतकों में - 2 से कम? 10 -4% , समुद्री - 2 से? 10 -4 से 2? 10 -2%। रीढ़ की हड्डी में मुख्य रूप से सींग वाली संरचनाओं, प्लीहा, अधिवृक्क ग्रंथियों, थायरॉयड ग्रंथि, प्लेसेंटा में जमा होता है; जठरांत्र संबंधी मार्ग से खराब अवशोषित। मनुष्यों में, भोजन और पानी के साथ T. का दैनिक सेवन 0.85 . है मिलीग्राम;मूत्र और मल में उत्सर्जित (0.33 और 0.52 .) मिलीग्रामक्रमश)। अपेक्षाकृत कम विषाक्तता।

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