티타늄은 원래 1791년에 그것을 발견한 영국의 화학자 윌리엄 그레고어(William Gregor)가 "그레고라이트(gregorite)"라고 명명했습니다. 티타늄은 1793년 독일 화학자 M. H. Klaproth에 의해 독립적으로 발견되었습니다. 그는 그리스 신화의 거인을 기리기 위해 그를 거인이라고 명명했습니다. "자연적인 힘의 화신"입니다. 1797년이 되어서야 Klaproth는 자신의 티타늄이 Gregor가 이전에 발견한 원소라는 것을 발견했습니다.
특성 및 속성
티타늄은 화학 원소기호 Ti 및 원자 번호 22로. 은빛 색상, 저밀도 및 고강도 광택 금속입니다. 해수와 염소의 부식에 강합니다.
요소 충족주로 금홍석과 일메나이트와 같은 여러 광물 매장지에서 발견되며 지각과 암석권에 널리 분포되어 있습니다.
티타늄은 강한 경합금을 생산하는 데 사용됩니다. 금속의 가장 유용한 두 가지 특성은 내식성과 경도 대 밀도 비율이며, 이는 금속 원소 중 가장 높습니다. 합금되지 않은 상태에서 이 금속은 일부 강철만큼 강하지만 밀도는 낮습니다.
금속의 물리적 특성
그것 튼튼한 금속
밀도가 낮고 연성이 있으며(특히 무산소 환경에서) 광택이 있고 준금속 백색입니다. 1650°C(또는 3000°F) 이상의 비교적 높은 융점으로 인해 다음과 같이 유용합니다. 내화 금속. 상자성이며 전기 및 열 전도성이 다소 낮습니다.
모스 척도에서 티타늄의 경도는 6입니다. 이 지표에 따르면 경화 강철 및 텅스텐보다 약간 열등합니다.
상업적으로 순수한(99.2%) 티타늄은 인장 강도가 약 434MPa로 기존의 저급 강철 합금과 비슷하지만 티타늄이 훨씬 가볍습니다.
티타늄의 화학적 성질
알루미늄 및 마그네슘과 마찬가지로 티타늄과 그 합금은 공기에 노출되면 즉시 산화됩니다. 주변 온도에서 물 및 공기와 천천히 반응하며, 수동 산화물 코팅을 형성하기 때문에이는 벌크 금속을 추가 산화로부터 보호합니다.
대기 패시베이션은 티타늄에 백금과 거의 동등한 우수한 내식성을 제공합니다. 티타늄은 묽은 황산 및 염산, 염화물 용액 및 대부분의 유기산의 공격을 견딜 수 있습니다.
티타늄은 순수한 질소에서 연소하는 몇 안 되는 원소 중 하나이며 800°C(1470°F)에서 반응하여 질화 티타늄을 형성합니다. 산소, 질소 및 기타 가스와의 높은 반응성으로 인해 티타늄 필라멘트는 이러한 가스의 흡수제로 티타늄 승화 펌프에 사용됩니다. 이 펌프는 저렴하고 UHV 시스템에서 매우 낮은 압력을 안정적으로 생성합니다.
일반적인 티타늄 함유 광물은 아나타제, 브루카이트, 일메나이트, 페로브스카이트, 루틸 및 티타나이트(sphene)입니다. 이러한 광물 중 루틸만이그리고 일메나이트는 경제적 중요성, 그러나 이것들조차도 고농도에서 찾기가 어렵습니다.
티타늄은 운석에서 발견되며 표면 온도가 3200°C(5790°F)인 태양 및 M형 별에서 발견됩니다.
다양한 광석에서 티타늄을 추출하는 현재 알려진 방법은 힘들고 비용이 많이 듭니다.
생산 및 제조
현재 약 50가지 등급의 티타늄 및 티타늄 합금이 개발되어 사용 중입니다. 현재까지 31가지 종류의 티타늄 금속 및 합금이 인정되며 그 중 1-4등급은 상업적으로 순수한(비합금)입니다. 그들은 산소 함량에 따라 인장 강도가 다르며, 등급 1이 가장 연성(0.18% 산소에서 가장 낮은 인장 강도)이고 등급 4가 가장 낮은 연성(0.40% 산소에서 최대 인장 강도)입니다.
나머지 클래스는 각각 특정 특성을 갖는 합금입니다.
- 플라스틱;
- 힘;
- 경도;
- 전기 저항;
- 특정 내식성 및 그 조합.
이러한 사양 외에도 티타늄 합금은 항공 우주 및 군용 장비(SAE-AMS, MIL-T), ISO 표준항공 우주, 군사, 의료 및 산업 응용 분야에 대한 국가별 사양과 최종 사용자 요구 사항.
상업적으로 순수한 평평한 제품(시트, 플레이트)은 쉽게 형성될 수 있지만 금속에는 "기억"이 있고 되돌아오는 경향이 있다는 사실을 고려해야 합니다. 이것은 일부 고강도 합금에 특히 해당됩니다.
티타늄은 종종 합금을 만드는 데 사용됩니다.
- 알루미늄으로;
- 바나듐으로;
- 구리 (경화 용);
- 철로;
- 망간으로;
- 몰리브덴 및 기타 금속.
사용 영역
시트, 플레이트, 로드, 와이어, 주조 형태의 티타늄 합금은 산업, 항공 우주, 레크리에이션 및 신흥 시장에서 응용 프로그램을 찾습니다. 분말 티타늄은 불꽃놀이에서 밝은 연소 입자의 원천으로 사용됩니다.
티타늄 합금은 높은 인장 강도 대 밀도 비율, 높은 내식성, 피로 저항, 높은 균열 저항 및 적당한 고온 능력을 갖기 때문에 항공기, 갑옷, 바다 배, 우주선그리고 로켓.
이러한 응용 분야에서 티타늄은 알루미늄, 지르코늄, 니켈, 바나듐 및 기타 요소와 합금되어 중요한 구조 부재, 방화벽, 착륙 장치, 배기관(헬리콥터) 및 유압 시스템을 포함한 다양한 구성 요소를 생산합니다. 실제로 생산되는 티타늄 금속의 약 2/3가 항공기 엔진과 프레임에 사용됩니다.
티타늄 합금은 해수 부식에 강하기 때문에 프로펠러 샤프트, 열교환기 툴링 등. 이 합금은 과학 및 군사용 해양 관측 및 모니터링 장치의 케이스 및 구성 요소에 사용됩니다.
특정 합금은 높은 강도를 위해 다운홀 및 유정 및 니켈 습식 야금에 적용됩니다. 펄프 및 제지 산업티타늄을 사용 기술 장비차아염소산나트륨 또는 젖은 염소 가스(표백 시)와 같은 공격적인 매체에 노출. 다른 응용 분야에는 초음파 용접, 웨이브 납땜이 있습니다.
또한 이러한 합금은 자동차, 특히 자동차 및 오토바이 경주에 사용되며, 경량, 고강도 및 강성이 필수입니다.
티타늄은 테니스 라켓, 골프 클럽, 라크로스 롤러와 같은 많은 스포츠 용품에 사용됩니다. 크리켓, 하키, 라크로스, 축구 헬멧, 자전거 프레임 및 부품.
내구성으로 인해 티타늄은 디자이너 보석(특히 티타늄 반지)에 더 많이 사용되었습니다. 불활성으로 인해 알레르기가 있는 사람이나 수영장과 같은 환경에서 장신구를 착용하는 사람에게 좋은 선택입니다. 티타늄은 또한 24캐럿 금으로 판매될 수 있는 합금을 생산하기 위해 금과 합금됩니다. 1% 합금된 Ti는 더 낮은 등급을 요구하기에 충분하지 않기 때문입니다. 결과 합금은 약 14캐럿 금의 경도를 가지며 순수한 24캐럿 금보다 강합니다.
예방 대책
티타늄은 고용량에도 독성이 없습니다.. 분말 형태 또는 금속 부스러기 형태로 심각한 화재 위험이 있으며 공기 중에서 가열될 경우 폭발 위험이 있습니다.
티타늄 합금의 특성 및 응용
아래는 가장 일반적으로 접하는 티타늄 합금에 대한 개요이며 등급, 특성, 장점 및 산업 응용 분야로 나뉩니다.
7 학년
7등급은 팔라듐의 중간 원소를 첨가하여 합금으로 만든 것을 제외하고는 2등급 순수 티타늄과 기계적, 물리적으로 동일합니다. 용접성 및 탄성이 우수하며 이 유형의 모든 합금 중 내식성이 가장 높습니다.
클래스 7은 화학 공정 및 부품에 사용됩니다. 생산 설비.
11학년
11등급은 내식성을 향상시키기 위해 팔라듐을 첨가하여 합금으로 만든 것을 제외하고는 1등급과 매우 유사합니다.
다른 유익한 기능 최적의 연성, 강도, 인성 및 우수한 용접성을 포함합니다. 이 합금은 부식이 문제가 되는 응용 분야에서 특히 사용할 수 있습니다.
- 화학 처리;
- 염소산염 생산;
- 담수화;
- 해양 응용 프로그램.
Ti 6Al-4V 클래스 5
Alloy Ti 6Al-4V 또는 5등급 티타늄이 가장 일반적으로 사용됩니다. 전 세계 티타늄 소비량의 50%를 차지합니다.
사용 편의성은 많은 이점에 있습니다. Ti 6Al-4V는 강도를 높이기 위해 열처리할 수 있습니다. 이 합금은 낮은 무게에 높은 강도를 가지고 있습니다.
이것은 사용하기에 가장 좋은 합금입니다. 여러 산업에서항공 우주, 의료, 해양 및 화학과 같은 가공 산업. 다음을 만드는 데 사용할 수 있습니다.
- 항공 터빈;
- 엔진 부품;
- 항공기 구조 요소;
- 항공우주 패스너;
- 고성능 자동 부품;
- 스포츠 장비.
Ti 6AL-4V ELI 클래스 23
23등급 - 수술용 티타늄. Ti 6AL-4V ELI 또는 Grade 23은 Ti 6Al-4V의 고순도 버전입니다. 롤, 스트랜드, 와이어 또는 플랫 와이어로 만들 수 있습니다. 그것 최고의 선택고강도, 저중량, 우수한 내식성 및 고인성의 조합이 요구되는 모든 상황에 적합합니다. 우수한 내손상성을 가지고 있습니다.
생체 적합성, 우수한 피로 강도로 인해 이식 가능한 구성 요소와 같은 생체 의학 응용 프로그램에 사용할 수 있습니다. 또한 다음과 같은 구조를 제작하기 위한 외과적 절차에도 사용할 수 있습니다.
- 정형 핀 및 나사;
- 합자용 클램프;
- 수술용 스테이플;
- 스프링;
- 교정 장치;
- 극저온 용기;
- 뼈 고정 장치.
12학년
12등급 티타늄은 고품질 용접성이 우수합니다. 고온에서 우수한 강도를 제공하는 고강도 합금입니다. 12 등급 티타늄은 300 시리즈 스테인리스강과 유사한 특성을 가지고 있습니다.
다양한 방식으로 형성할 수 있어 많은 응용 분야에서 유용합니다. 이 합금의 높은 내식성은 또한 제조 장비에 매우 중요합니다. 클래스 12는 다음 산업에서 사용할 수 있습니다.
- 열교환기;
- 습식 제련 응용;
- 고온에서의 화학 생산;
- 바다와 공기 성분.
Ti5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn은 우수한 용접성과 안정성을 제공할 수 있는 합금입니다. 또한 높은 온도 안정성과 높은 강도를 가지고 있습니다.
Ti 5Al-2.5Sn은 주로 항공 산업과 극저온 설비에 사용됩니다.
티타늄은 원자 번호 22인 멘델레예프 주기율표 4주기의 IV족 화학 원소입니다. 튼튼하고 가벼운 은백색 금속. 그것은 다음과 같은 결정 변형으로 존재합니다: 육각형 밀집 격자를 갖는 α-Ti 및 입방체 중심 패킹을 갖는 β-Ti.
타이탄은 약 200년 전에만 인간에게 알려졌습니다. 그 발견의 역사는 독일 화학자 Klaproth와 영국 아마추어 연구원 MacGregor의 이름과 관련이 있습니다. 1825년 J. Berzelius는 순수한 금속 티타늄을 최초로 분리할 수 있었지만 20세기까지 이 금속은 희귀하여 실용에 적합하지 않은 것으로 간주되었습니다.
그러나 우리 시대에는 티타늄이 다른 화학 원소 중에서 풍부함 면에서 9위를 차지한다는 사실이 확인되었으며, 질량 분율지각에서 0.6%입니다. 티타늄은 매장량이 수십만 톤에 달하는 많은 광물에서 발견됩니다. 티타늄 광석의 상당한 매장량이 러시아, 노르웨이, 미국, 남아프리카 남부에 있으며 호주, 브라질, 인도에서는 티타늄 함유 모래의 개방 장소가 채광에 편리합니다.
티타늄은 가볍고 연성이 있는 은백색 금속으로 녹는점 1660 ± 20C, 끓는점 3260C, 두 가지 변형 밀도는 각각 α-Ti - 4.505(20C) 및 β-Ti - 4.32(900C)와 같습니다. g/cm3. 티타늄은 고온에서도 유지되는 높은 기계적 강도가 특징입니다. 점도가 높기 때문에 가공 중에 절삭 공구에 특수 코팅을 해야 합니다.
상온에서 티타늄 표면은 부동태화 산화피막으로 덮여 있어 대부분의 환경(알칼리 제외)에서 티타늄이 부식되지 않도록 합니다. 티타늄 칩은 가연성이며 티타늄 분진은 폭발성입니다.
티타늄은 많은 산과 알칼리의 묽은 용액(불화수소산, 오르토인산 및 진한 황산 제외)에는 용해되지 않지만 착화제가 있으면 약산과도 쉽게 상호작용합니다.
공기 중에서 1200C의 온도로 가열하면 티타늄이 발화하여 다양한 조성의 산화물 상을 형성합니다. 수산화티타늄은 이산화티타늄을 얻을 수 있게 하는 하소를 통해 티타늄 염 용액에서 침전된다.
가열되면 티타늄은 할로겐과도 상호 작용합니다. 특히, 사염화티타늄은 이러한 방식으로 얻어진다. 알루미늄, 규소, 수소 및 기타 환원제로 사염화티타늄을 환원시키면 삼염화티타늄 및 이염화물이 얻어진다. 티타늄은 브롬 및 요오드와 상호 작용합니다.
400C 이상의 온도에서 티타늄은 질소와 반응하여 질화 티타늄을 형성합니다. 티타늄은 또한 탄소와 반응하여 티타늄 카바이드를 형성합니다. 가열하면 티타늄이 수소를 흡수하고 티타늄 하이드라이드가 형성되며 다시 가열하면 수소를 방출하면서 분해됩니다.
대부분의 경우 소량의 불순물을 함유한 이산화티타늄이 티타늄 생산의 출발 물질로 작용합니다. 이것은 일메나이트 정광 처리 중에 얻은 티타늄 슬래그와 티타늄 광석을 농축하는 동안 얻어지는 금홍석 정광일 수 있습니다.
티타늄 광석 정광은 건식 야금 또는 황산 처리를 거칩니다. 황산 처리 제품은 이산화티타늄 분말입니다. 건식 야금법을 사용할 때 광석은 코크스와 함께 소결되고 염소로 처리되어 사염화티타늄 증기를 생성한 다음 850C에서 마그네슘으로 환원됩니다.
결과 티타늄 "스폰지"가 다시 녹고 용융물에서 불순물이 제거됩니다. 티타늄 정제에는 요오드화 방법 또는 전기 분해가 사용됩니다. 티타늄 잉곳은 아크, 플라즈마 또는 전자빔 처리로 얻습니다.
대부분의 티타늄 생산은 항공 및 로켓 산업과 해양 조선 산업의 요구 사항에 사용됩니다. 티타늄은 고품질 강철의 합금 첨가물 및 탈산제로 사용됩니다.
전기 진공 장치의 다양한 부품, 공격적인 매체를 펌핑하기 위한 압축기 및 펌프, 화학 반응기, 담수화 플랜트 및 기타 여러 장비 및 구조물이 이 부품으로 만들어집니다. 생물학적 안전성으로 인해 티타늄은 식품 및 의료 산업 분야의 응용 분야에 탁월한 소재입니다.
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티타늄의 열전도율은 -14 0 W/m deg로 합금강의 열전도율보다 다소 낮습니다. 재료는 잘 단조, 스탬핑, 가공됩니다. 티타늄 제품은 아르곤 보호 분위기에서 텅스텐 전극으로 용접됩니다. 최근 티타늄은 다양한 파이프, 시트, 압연 제품의 제조에 사용되고 있습니다.
티타늄의 열전도율은 알루미늄보다 약 13배, 철보다 4~4배 낮습니다.
티타늄의 열전도율은 스테인리스강에 가깝고 14kcal/m C hour입니다. 티타늄은 잘 단조되고, 각인되고, 만족스럽게 가공됩니다. 200C 이상의 온도에서는 가스를 흡수하는 경향이 있습니다. 티타늄은 아르곤 보호 분위기에서 텅스텐 전극으로 용접됩니다.
티타늄 및 그 합금의 열전도율은 알루미늄보다 약 15배 낮고 강철보다 35~5배 낮습니다. 티타늄의 선형 열팽창 계수는 알루미늄 및 스테인리스 강보다 훨씬 낮습니다.
티타늄의 열전도율은 -14 0 W / (m - K)로 합금강의 열전도율보다 다소 낮습니다. 재료는 잘 단조, 스탬핑, 가공됩니다. 티타늄 제품은 아르곤 보호 분위기에서 텅스텐 전극으로 용접됩니다. 최근 티타늄은 다양한 파이프, 시트, 압연 제품의 제조에 사용되고 있습니다.
작동 온도 범위(20 - 400 C)에서 티타늄의 열전도 계수는 0 057 - 0 055 cal/(cm-s - C)로 철의 열전도율보다 약 3배, 16배 낮습니다. 구리의 열전도율과 스테인리스 강 오스테나이트계의 열전도율에 가깝습니다.
따라서 예를 들어 티타늄의 열전도율은 알루미늄의 열전도율보다 8~10배 낮습니다.
얻어진 티타늄 포논 열전도도 값은 3-:-5 W / m-deg와 동일하게 취해지는 작업에서이 값의 추정치와 일치합니다.
합금을 사용하고 불순물 함량이 증가하면 일반적으로 티타늄의 열전도율이 감소합니다. 가열되면 순수 티타늄과 같은 합금의 열전도율이 증가합니다. 이미 500 - 600 C에서 합금되지 않은 티타늄의 열전도율에 접근합니다.
티타늄의 탄성 계수는 철의 거의 절반이며 구리 합금의 계수와 같은 수준이며 알루미늄보다 훨씬 높습니다. 티타늄의 열전도율은 낮습니다. 알루미늄의 열전도율의 약 7%, 철의 열전도율의 165%입니다. 성형 및 용접을 위해 금속을 가열할 때 이를 고려해야 합니다. 티타늄의 전기저항은 철의 약 6배, 알루미늄의 약 20배입니다.
우선 저온에서 티타늄과 그 합금의 열전도율이 매우 낮다는 점을 고려해야 합니다. 실온에서 티타늄의 열전도율은 구리의 열전도율의 약 3%이며, 예를 들어 강철의 열전도율보다 몇 배 낮습니다(티타늄의 열전도율은 0 0367 cal/cm sec C이고 열전도율은 강철 40의 전도도는 0 142 cal입니다. 온도가 증가함에 따라 티타늄 합금의 열전도율이 증가하고 강철의 열전도율에 접근합니다. 이것은 볼 수 있는 바와 같이 가열되는 온도에 따라 티타늄 합금의 가열 속도에 영향을 미칩니다 단면적이 150mm인 상업적으로 순수한 티타늄(VT1 합금)의 가열 및 냉각 속도로부터
티타늄은 열전도율이 낮아 알루미늄의 13배, 철의 열전도율의 4배 정도입니다. 온도가 증가함에 따라 티타늄의 열전도율은 다소 감소하고 700C에서는 0 0309 cal/cm sec SS입니다.
티타늄은 열전도율이 낮아 알루미늄의 13배, 철의 열전도율의 4배 정도입니다. 온도가 증가함에 따라 티타늄의 열전도율은 다소 감소하고 700C에서는 0 0309 cal/cm sec C입니다.
접합을 얻기 위해 융착 용접을 할 때 양질용접 양쪽에서 400C 이상의 온도로 가열된 용접 조인트 금속의 대기 가스(O2, Nj, H2)로부터 안정적인 보호가 필요합니다. 결정립 성장은 티타늄의 낮은 열전도율로 인해 악화되며, 이는 고온에서 용접 금속의 체류 시간을 증가시킵니다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 용접은 가능한 가장 낮은 열 입력에서 수행됩니다.
국가 경제에 가장 중요한 것은 가벼움과 강도를 결합한 합금과 금속이었습니다. 티타늄은 이 범주의 재료에 속하며 또한 내식성이 우수합니다.
티타늄은 4주기 4족의 전이금속이다. 분자량재료의 밝기를 나타내는 22에 불과합니다. 동시에이 물질은 탁월한 강도로 구별됩니다. 모든 구조 재료 중에서 비강도가 가장 높은 것은 티타늄입니다. 색상은 은백색입니다.
티타늄이란 무엇입니까? 아래 비디오에서 알려줍니다.
개념 및 기능
티타늄은 매우 일반적입니다. 지각의 함량 측면에서 10위를 차지합니다. 그러나 진정한 순수한 금속이 분리된 것은 1875년이었습니다. 그 이전에는 불순물로 물질을 얻거나 그 화합물을 금속 티타늄이라고 불렀습니다. 이 혼란은 금속 화합물이 금속 자체보다 훨씬 일찍 사용되었다는 사실로 이어졌습니다.
이것은 재료의 특성 때문입니다. 가장 중요하지 않은 불순물은 물질의 특성에 크게 영향을 미치며 때로는 고유의 특성을 완전히 박탈합니다.
따라서 다른 금속의 가장 작은 부분은 티타늄의 귀중한 특성 중 하나인 내열성을 박탈합니다. 그리고 비금속을 조금만 첨가하면 내구성 있는 재료가 부서지기 쉽고 사용하기에 부적합해집니다.
이 기능은 결과 금속을 즉시 기술 및 순수의 두 그룹으로 나눴습니다.
- 첫번째티타늄은 결코 마지막 품질을 잃지 않기 때문에 강도, 가벼움 및 내식성이 가장 필요한 경우에 사용됩니다.
- 고순도 소재매우 높은 하중과 고온에서 작동하지만 동시에 가벼운 재료가 필요한 곳에 사용됩니다. 이것은 물론 항공기와 로켓 과학입니다.
물질의 두 번째 특징은 이방성입니다. 그 중 일부 신체적 특성적용할 때 고려해야 하는 힘의 적용에 따라 변경됩니다.
정상적인 조건에서 금속은 불활성이며 해수나 바다 또는 도시 공기에서 부식되지 않습니다. 또한, 티타늄 보철물과 임플란트가 의학에서 널리 사용되기 때문에 알려진 생물학적으로 가장 불활성인 물질입니다.
동시에 온도가 상승하면 산소, 질소, 심지어 수소와 반응하기 시작하여 액체 형태의 기체를 흡수합니다. 이 불쾌한 특징은 금속 자체를 얻고 이를 기반으로 합금을 제조하는 것을 극도로 어렵게 만듭니다.
후자는 진공 장비를 사용할 때만 가능합니다. 가장 복잡한 생산 프로세스는 상당히 일반적인 요소를 매우 비싼 요소로 바꾸어 놓았습니다.
다른 금속과의 결합
티타늄은 잘 알려진 다른 두 구조 재료(알루미늄과 철, 또는 오히려 철 합금) 사이의 중간 위치를 차지합니다. 여러면에서 금속은 "경쟁자"보다 우수합니다.
- 티타늄의 기계적 강도는 철보다 2배, 알루미늄보다 6배 높습니다. 이 경우 강도는 온도가 감소함에 따라 증가합니다.
- 내식성은 철 및 알루미늄보다 훨씬 높습니다.
- 상온에서 티타늄은 불활성입니다. 그러나 250C까지 올라가면 수소를 흡수하기 시작하여 물성에 영향을 줍니다. 화학적 활성면에서 마그네슘보다 열등하지만 슬프게도 철과 알루미늄을 능가합니다.
- 금속은 전기를 훨씬 더 약하게 전도합니다. 전기 저항은 철보다 5배, 알루미늄보다 20배, 마그네슘보다 10배 높습니다.
- 열전도율도 훨씬 낮습니다. 철 1보다 3배, 알루미늄보다 12배 낮습니다. 그러나 이 특성으로 인해 열팽창 계수가 매우 낮습니다.
장점과 단점
사실, 티타늄에는 많은 단점이 있습니다. 그러나 강도와 가벼움의 조합에 대한 수요가 너무 높아 복잡한 제조 방법이나 탁월한 순도에 대한 요구도 금속 소비자를 막을 수 없습니다.
물질의 확실한 장점은 다음과 같습니다.
- 매우 적은 무게를 의미하는 저밀도;
- 티타늄 금속 자체와 합금의 뛰어난 기계적 강도. 온도가 증가함에 따라 티타늄 합금은 모든 알루미늄 및 마그네슘 합금보다 성능이 뛰어납니다.
- 강도와 밀도의 비율 - 비강도는 30-35에 이르며 이는 최고의 구조용 강재보다 거의 2배 높습니다.
- 공기 중에서 티타늄은 산화물의 얇은 층으로 코팅되어 우수한 내식성을 제공합니다.
금속에는 다음과 같은 단점도 있습니다.
- 내부식성 및 불활성은 비활성 표면 제품에만 적용됩니다. 예를 들어 티타늄 먼지 또는 부스러기는 400C의 온도에서 자연 발화 및 연소됩니다.
- 티타늄 금속을 얻는 매우 복잡한 방법은 매우 높은 비용을 제공합니다. 재료가 철보다 훨씬 비쌉니다.
- 온도가 상승함에 따라 대기 가스를 흡수하는 능력은 합금을 녹이고 얻기 위해 진공 장비를 사용해야 하며, 이는 또한 비용을 크게 증가시킵니다.
- 티타늄은 감마 특성이 좋지 않습니다. 마찰에는 작동하지 않습니다.
- 금속 및 그 합금은 방지하기 어려운 수소 부식이 발생하기 쉽습니다.
- 티타늄은 가공하기 어렵습니다. 가열 중 상전이로 인해 용접도 어렵습니다.
티타늄 시트(사진)
속성 및 특성
청결에 크게 의존합니다. 참조 데이터는 물론 순수 금속을 설명하지만 테크니컬 티타늄의 특성은 크게 다를 수 있습니다.
- 금속의 밀도는 4.41g/cm3에서 4.25g/cm3로 가열될 때 감소합니다. 상전이밀도를 0.15%만 변경합니다.
- 금속의 녹는점은 1668C입니다. 끓는점은 3227C입니다. 티타늄은 내화 물질입니다.
- 평균적으로 인장 강도는 300–450 MPa이지만, 이 수치는 추가 요소의 도입뿐만 아니라 경화 및 노화에 의존하여 2000 MPa까지 증가할 수 있습니다.
- HB 척도에서 경도는 103이며 이것이 한계가 아닙니다.
- 티타늄의 열용량은 낮습니다 - 0.523 kJ/(kg·K).
- 비 전기 저항 - 42.1 10 -6 ohm cm.
- 티타늄은 상자성 자석입니다. 온도가 낮아지면 자화율이 감소합니다.
- 금속은 전체적으로 연성과 가단성을 특징으로 합니다. 그러나 이러한 특성은 합금의 산소와 질소의 영향을 크게 받습니다. 두 요소 모두 재료를 취성으로 만듭니다.
이 물질은 질산, 저농도의 황산 및 포름산을 제외한 거의 모든 유기산을 포함한 많은 산에 내성이 있습니다. 이러한 품질은 화학, 석유화학, 제지 산업 등에서 티타늄의 수요를 보장합니다.
구조 및 구성
티타늄(Titanium) - 전이금속이고 전기저항이 낮음에도 불구하고 금속이며 전류를 흐르게 하여 질서정연한 구조를 의미한다. 특정 온도로 가열하면 구조가 다음과 같이 바뀝니다.
- 최대 883C에서 α상은 4.55g/cu의 밀도로 안정적입니다. 조밀한 육각형 격자로 구별됩니다. 간질 용액의 형성과 함께 이 단계에서 산소가 용해되고 α-변형이 안정화됩니다. - 온도 한계를 밀어냅니다.
- 883C 이상에서는 체심 입방 격자를 갖는 β상이 안정합니다. 밀도는 다소 적습니다 - 4.22g / cu. 참조 수소는 이 구조를 안정화시킵니다 - 티타늄에 용해되면 틈새 용액과 수소화물도 형성됩니다.
이 기능은 야금술사의 작업을 매우 어렵게 만듭니다. 티타늄이 냉각되면 수소의 용해도가 급격히 감소하고 합금에 γ상인 수소화수소가 석출된다.
용접 중 냉간 크랙이 발생하기 때문에 제조업체는 금속을 녹인 후 수소를 제거하기 위해 더 많은 노력을 기울여야 합니다.
티타늄을 찾을 수있는 곳과 만드는 방법에 대해서는 아래에서 알려 드리겠습니다.
이 비디오는 티타늄을 금속으로 설명하는 데 전념합니다.
생산 및 광업
티타늄은 매우 일반적이므로 금속을 포함하는 광석과 상당히 많은 양의 경우 어려움이 없습니다. 원료는 금홍석, 아나타제 및 브루카이트 - 다양한 변형의 이산화티타늄, 일메나이트, 피로파나이트 - 철과의 화합물 등입니다.
그러나 복잡하고 고가의 장비가 필요합니다. 광석의 조성이 다르기 때문에 얻는 방법이 다소 다릅니다. 예를 들어, 일메나이트 광석에서 금속을 얻는 계획은 다음과 같습니다.
- 티타늄 슬래그 얻기 - 암석을 환원제 - 무연탄과 함께 전기로에 장전, 숯 1650C로 가열합니다. 동시에 철이 분리되어 슬래그에서 주철과 이산화티타늄을 얻는 데 사용됩니다.
- 슬래그는 광산 또는 소금 염소 처리기에서 염소 처리됩니다. 이 공정의 핵심은 고체 이산화물을 기체 사염화티타늄으로 전환하는 것입니다.
- 특수 플라스크의 저항로에서 금속은 염화물에서 나트륨 또는 마그네슘으로 환원됩니다. 결과적으로 티타늄 스폰지라는 단순한 덩어리가 얻어집니다. 이것은 예를 들어 화학 장비 제조에 매우 적합한 기술 티타늄입니다.
- 더 순수한 금속이 필요한 경우 정제에 의존합니다. 이 경우 금속은 기체 요오드화물을 얻기 위해 요오드와 반응하고 후자는 온도의 영향으로 - 1300-1400 C 및 전류, 분해, 방출 순수한 티타늄. 레토르트에 뻗은 티타늄 와이어를 통해 전류를 공급하고 그 위에 순수 물질을 증착합니다.
티타늄 잉곳을 얻기 위해 티타늄 스폰지를 진공로에서 녹여 수소와 질소가 용해되는 것을 방지합니다.
1kg당 티타늄 가격은 매우 높습니다. 순도에 따라 금속 가격은 1kg당 25~40달러입니다.반면에 내산성 스테인레스 스틸 장치의 경우 150 루블이 소요됩니다. 그리고 6개월 이상 지속되지 않습니다. 티타늄의 가격은 약 600r이지만 작동 기간은 10년입니다. 러시아에는 많은 티타늄 생산 시설이 있습니다.
사용 영역
물리적 및 기계적 특성에 대한 정제 정도의 영향은 이러한 관점에서 고려하도록 강요합니다. 따라서 가장 순수한 금속이 아닌 기술은 내식성, 가벼움 및 강도가 우수하여 용도를 결정합니다.
- 화학 산업– 열교환기, 파이프, 케이싱, 펌프 부품, 피팅 등. 이 소재는 내산성과 강도가 요구되는 분야에서 필수 불가결합니다.
- 운송 산업- 이 물질은 자동차를 만드는 데 사용됩니다. 기차자전거에. 첫 번째 경우 금속은 더 적은 양의 화합물을 제공하여 견인력을 더 효율적으로 만들고 후자에서는 가벼움과 강도를 제공하며 티타늄 자전거 프레임이 최고로 간주되는 것은 헛되지 않습니다.
- 해군 문제- 티타늄은 열교환기, 잠수함용 배기 소음기, 밸브, 프로펠러 등을 만드는 데 사용됩니다.
- 안에 건설널리 사용되는 티타늄 - 정면 및 지붕 마감에 탁월한 재료. 강도와 함께 합금은 건축에 중요한 또 다른 이점을 제공합니다. 제품에 가장 기괴한 구성을 부여하는 능력, 합금을 형성하는 능력은 무한합니다.
순수한 금속은 또한 고온에 매우 강하고 강도를 유지합니다. 응용 프로그램은 분명합니다.
- 로켓 및 항공기 산업 - 피복이 만들어집니다. 엔진 부품, 패스너, 섀시 부품 등;
- 의학 - 생물학적 불활성과 가벼움은 티타늄을 심장 판막까지 보철물에 훨씬 더 유망한 재료로 만듭니다.
- 극저온 기술 - 티타늄은 온도가 떨어지면 더 강해지고 가소성을 잃지 않는 몇 안되는 물질 중 하나입니다.
티타늄은 이러한 가벼움과 연성을 가진 최고의 강도를 가진 구조재입니다. 이러한 독특한 자질은 그에게 점점 더 많은 것을 제공합니다. 중요한 역할국가 경제에서.
아래 비디오는 나이프 용 티타늄을 어디에서 얻을 수 있는지 알려줍니다.
티탄(위도 티타늄), ti, 멘델레예프의 주기율표 iv족의 화학 원소; 원자 번호 22, 원자 질량 47.90; 은백색이다. 경금속.천연 T.는 46 ti(7.95%), 47 ti(7.75%), 48 ti(73.45%), 49 ti(5.51%), 50 ti(5.34%)의 5가지 안정 동위원소의 혼합물로 구성됩니다. 인공 방사성 동위원소 45ti가 알려져 있습니다(ti 1/2 = 3.09 시간, 51ti(ti 1/2 = 5.79 분) 등
역사 참조. 이산화물 형태의 T.는 영국의 아마추어 광물학자 W. Gregor가 1791년 Menakan(영국) 마을의 자성철 모래에서 발견했습니다. 1795년 독일 화학자 M. G. Klaproth는 광물이 루틸같은 금속의 천연 산화물로 그가 "티타늄"이라고 불렀습니다[그리스 신화에서 타이탄은 천왕성(하늘)과 가이아(땅)의 자식입니다]. 오랫동안 순수한 형태의 T.를 분리하는 것은 불가능했습니다. 1910년에야 미국 과학자 M. A. Hunter가 밀봉된 강철 폭탄에서 염화물을 나트륨으로 가열하여 금속 나트륨을 얻었습니다. 그가 얻은 금속은 고온에서만 연성이고 불순물 함량이 높기 때문에 실온에서는 부서지기 쉽습니다. 순수한 티타늄의 특성을 연구할 기회는 1925년 네덜란드 과학자 A. Van Arkel과 J. de Boer가 티타늄 요오드화물의 열 해리에 의해 저온에서 고순도 금속 플라스틱을 얻은 때에만 나타났습니다.
자연의 분포. T.는 일반적인 원소 중 하나이며 지각(클라크)의 평균 함량은 0.57중량%입니다(구조 금속 중에서 철, 알루미늄, 마그네슘에 이어 4위입니다). 모든 T.의 대부분은 소위 "현무암 껍질"의 기본 암석(0.9%), "화강암 껍질"의 암석(0.23%), 초염기성 암석(0.03%) 등 . 바위 T.가 풍부한 광물에는 염기성 암석의 페그마타이트, 알칼리성 암석, 섬광(syenite) 및 이들과 관련된 페그마타이트가 포함됩니다. 가장 중요한 것은 루틸과 일메나이트.
생물권에서 T.는 대부분 분산되어 있습니다. 해수에는 1 10 -7%가 포함되어 있습니다. T.는 약한 이민자입니다.
물리적 특성. T.는 두 가지 동소 변형 형태로 존재합니다. 882.5 ° C 미만의 온도에서 육각형 밀집 격자가 있는 a-형은 안정적입니다( ㅏ= 2.951 å, 와 함께= 4.679 å), 이 온도 이상 - 입방체 중심 격자가 있는 b형 에이 =£3.269 불순물과 도펀트는 a/b 변태 온도를 크게 변화시킬 수 있습니다.
20 °C에서 밀도 a-form 4.505 g/cm 870°C에서 3a 4.35 g/cm 3 900 °C에서 b형 4.32 g/cm삼; 원자 반경 ti 1.46 å, 이온 반경 ti + 0.94 å, ti 2+ 0.78 å, ti 3+ 0.69 å, ti 4+ 0.64 å , 티 pl 1668±5°С, 티킵 3227 °С; 20-25 °С 22.065 범위의 열전도율 화/(중? 에게) ; 20 °C에서 선팽창 온도 계수 8.5? 10 -6, 20-700 ° C 범위에서 9.7? 10-6; 열용량 0.523 kJ/(킬로그램? 에게) ; 전기 저항 42.1? 10-6 옴? 센티미터 20 °C에서; 20 °C에서 전기 저항의 온도 계수 0.0035; 0.38 ± 0.01 K. T. 상자성 미만의 초전도성을 갖는가? 20°C에서 10 -6 인장 강도 256 Mn/m 2 (25,6 kgf/mm 2) , 연신율 72%, 브리넬 경도 1000 미만 Mn/m 2 (100 kgf/mm 2) . 정상 탄성 계수 108000 Mn/m 2 (10800 kgf/mm 2) . 상온에서 고순도 단조 금속.
산업에서 사용되는 기술 등급에는 산소, 질소, 철, 규소 및 탄소의 불순물이 포함되어 강도가 증가하고 가소성이 감소하며 865-920°C 범위에서 발생하는 다형 변형 온도에 영향을 줍니다. 기술 등급 VT1-00 및 VT1-0의 경우 밀도는 약 4.32입니다. g/cm 3 , 인장 강도 300-550 Mn/m 2 (30-55 kgf/mm 2) , 연신율 25% 이상, 브리넬 경도 1150-1650 Mn/m 2 (115-165 kgf/mm 2) . 원자 ti 3의 외부 전자 껍질의 구성 디 2 4 에스 2 .
화학적 특성 . 순수한 T. - 반응성 전환 요소,화합물에서는 산화 상태가 + 4이고 덜 자주 +3 및 +2가 있습니다. 상온 및 최대 500-550 ° C에서 부식에 강하며 표면에 얇지만 강한 산화 피막이 존재하여 설명됩니다.
tio 2의 형성과 함께 600 ° C 이상의 온도에서 대기 산소와 크게 상호 작용합니다. . 윤활이 불충분한 얇은 티타늄 칩은 가공 중에 발화될 수 있습니다. 충분한 산소 농도로 환경충격이나 마찰에 의한 산화피막의 손상, 상온에서 비교적 큰 조각으로 금속을 발화시킬 수 있다.
산화막은 액체 상태의 온도계를 산소(예: 알루미늄과 달리)와의 추가 상호 작용으로부터 보호하지 않으므로 용융 및 용접은 진공, 중성 가스 분위기 또는 다음 조건에서 수행해야 합니다. 플럭스. T. 대기 가스와 수소를 흡수하는 능력이 있어 실제 사용에 부적합한 취성 합금을 형성합니다. 활성화된 표면이 있는 경우 수소 흡수는 실온에서도 낮은 속도로 발생하며 400°C 이상에서는 크게 증가합니다. T.에서 수소의 용해도는 가역적이며 이 가스는 진공 어닐링에 의해 거의 완전히 제거될 수 있습니다. 질소는 700°C 이상의 온도에서 질소와 반응하여 주석 유형의 질화물을 형성합니다. 미세 분말 또는 와이어 형태의 T.는 질소 분위기에서 연소될 수 있습니다. T.에서 질소와 산소의 확산 속도는 수소의 확산 속도보다 훨씬 낮습니다. 이러한 가스와의 상호 작용의 결과로 얻은 층은 경도와 취성이 증가하는 특징이 있으며 에칭 또는 기계 가공을 통해 티타늄 제품 표면에서 제거해야 합니다. T. 건조 할로겐과 격렬하게 상호 작용 , 습기가 억제제의 역할을 하기 때문에 습식 할로겐과 관련하여 안정적입니다.
금속은 모든 농도의 질산(산의 부식 균열을 유발하고 때때로 반응이 폭발로 진행되는 적색 발연산 제외) 및 황산의 약한 용액(최대 5% 무게). 염산, 불화수소산, 진한 황산 및 뜨거운 유기산: 옥살산, 포름산 및 트리클로로아세트산은 T와 반응합니다.
T.는 대기, 해수 및 해수 대기, 습한 염소, 염소수, 뜨겁고 차가운 염화물 용액, 화학, 오일, 제지 및 기타 산업에서 사용되는 다양한 기술 솔루션 및 시약에서 부식에 강합니다. 습식 야금에서. T.는 C, B, se 및 si와 함께 금속과 같은 화합물을 형성하며 내화성과 높은 경도가 특징입니다. 티그 카바이드( 티 p1 3140 °C)는 수소 분위기에서 1900-2000 °C에서 tio2와 그을음의 혼합물을 가열하여 얻습니다. 질화주석( 티 pl 2950 ° C) - 700 ° C 이상의 온도에서 질소에서 T. 분말을 가열함으로써 실리사이드 tisi 2 , ti 5 si 3 , tisi 및 붕소화물 tib, ti 2 b 5 , tib 2가 알려져 있습니다. 400~600°C의 온도에서 T.는 수소를 흡수하여 고용체와 수소화물을 형성합니다(tih, tih 2). tio 2가 알칼리와 융합되면 메타- 및 오르토티타네이트의 티타늄 산 염(예: na 2 tio 3 및 na 4 tio 4)과 폴리티타네이트(예: na 2 ti 2 o 5 및 na 2)가 형성됩니다. ti 3 o 7). 티타네이트에는 일메나이트 페티오 3 및 페로브스카이트 카티오 3와 같은 파상풍의 가장 중요한 미네랄이 포함됩니다. 모든 티타네이트는 물에 약간 용해됩니다. 이산화티타늄, 티탄산(침전물) 및 티타네이트는 황산에 용해되어 티오소 4 황산티타늄을 함유하는 용액을 형성합니다. 용액을 희석하여 가열하면 가수분해에 의해 h 2 t io 3 가 석출되어 T 이산화물을 얻는다. 4 tio 5 및 h 4 tio가 형성되고 8 및 이들의 상응하는 염; 이러한 화합물은 T의 분석적 측정에 사용되는 노란색 또는 주황색-빨간색(T의 농도에 따라 다름)으로 표시됩니다.
영수증. 금속성 수은을 얻는 가장 일반적인 방법은 마그네슘-열법, 즉 사염화나트륨을 금속성 마그네슘(덜 일반적으로 나트륨)으로 환원시키는 것입니다.
tcl 4 + 2mg = ti + 2mgcl 2 .
두 경우 모두 티타늄의 산화물 광석(루틸, 일메나이트 등)이 초기 원료가 되며, 일메나이트계 광석의 경우 전기로에서 제련하여 티타늄을 슬래그 형태로 철과 분리한다. 슬래그(루틸과 마찬가지로)는 탄소 존재 하에 염소화되어 T. tetrachloride를 형성하고, 정제 후 중성 분위기의 환원 반응기로 들어갑니다.
이 공정에 따르면 강철은 해면질 형태로 얻어지고, 연삭 후 합금을 얻기 위해 필요한 경우 합금 첨가제를 도입하여 진공 아크로에서 재용융하여 잉곳으로 만듭니다. 마그네슘 열 방법을 사용하면 큰 산업 생산품 T. 폐쇄된 기술 주기로 환원 중에 형성된 부산물 - 염화 마그네슘은 마그네슘과 염소를 얻기 위해 전기 분해로 보내집니다.
많은 경우 티타늄 및 그 합금으로 제품을 생산하기 위해 분말 야금 방법을 사용하는 것이 유리합니다. 특히 미세한 분말(예: 무선 전자 장치용)을 얻기 위해 이산화티타늄을 수소화칼슘으로 환원하는 것이 가능합니다.
금속의 세계 생산은 매우 빠르게 발전했습니다. 약 2 티 1948년, 2100년 티 1953년에 20,000 티 1957년; 1975년 50,000명 돌파 티.
신청 . 다른 구조용 금속에 비해 T.의 주요 장점은 가벼움, 강도 및 내식성의 조합입니다. 절대적으로 티타늄 합금은 비강도(즉, 밀도와 관련된 강도)가 -250~550°C의 온도에서 다른 금속(예: 철 또는 니켈)을 기반으로 하는 대부분의 합금을 능가하며 비슷합니다. 귀금속 합금과의 부식 . 그러나 T.는 1950년대에 들어서야 독립된 구조재료로 사용되기 시작했다. 20 세기 광석에서 추출하고 가공하는 기술적인 어려움 때문에(이 때문에 T.가 조건부로 언급되었습니다. 희소금속 ) . 기술의 주요 부분은 항공 및 로켓 기술과 해양 조선의 요구에 사용됩니다. . 페로티타늄(20-50% 철)으로 알려진 철과 철과 티타늄 합금은 고품질 강철 및 특수 합금의 야금에서 합금 첨가제 및 탈산제로 사용됩니다.
기술 기술은 탱크, 화학 반응기, 파이프라인, 피팅, 펌프 및 화학 공학과 같은 공격적인 환경에서 작동하는 기타 제품을 제조하는 데 사용됩니다. 비철금속의 습식 제련에서는 T의 장비가 사용되며 철강 제품을 덮는 역할을 합니다. . 많은 경우 열을 사용하면 장비의 수명을 연장할 뿐만 아니라 공정을 강화할 가능성(예: 니켈 습식 야금)에 의해 큰 기술적, 경제적 효과가 발생합니다. T.의 생물학적 무해성은 식품 산업 및 재건 수술 장비 제조에 탁월한 재료입니다. 극저온 조건에서 T.의 강도는 증가하면서 우수한 가소성을 유지하므로 극저온 기술의 구조 재료로 사용할 수 있습니다. T.는 폴리싱, 컬러 아노다이징 및 기타 표면 마감 방법에 적합하여 기념비적 조각을 비롯한 다양한 예술 제품을 만드는 데 사용됩니다. 첫 번째 인공 지구 위성의 발사를 기념하여 세워진 모스크바의 기념비가 한 예입니다. 티타늄 화합물 중에서 고온 기술에 사용되는 티타늄 산화물, 티타늄 할로겐화물 및 티타늄 실리사이드는 실제적으로 중요합니다. T. 붕화물 및 그 합금은 불용성 및 큰 중성자 포획 단면적 때문에 원자력 발전소에서 감속재로 사용됩니다. 경도가 높은 초경 T.는 공구의 일부입니다. 경질 합금절삭 공구 제조 및 연마 재료로 사용됩니다.
이산화티타늄과 티탄산바륨이 기본으로 사용됩니다. 티타늄 세라믹,바륨 티타네이트가 가장 중요합니다. 강유전체.
S.G. 글라주노프.
몸에 티타늄. T.는 식물과 동물의 조직에 지속적으로 존재합니다. 육상 식물에서 그 농도는 약 10-4%입니다. , 해양에서 - 1.2부터? 10 -3에서 8까지? 10 -2% , 육상 동물의 조직에서 - 2 미만? 10 -4% , 해양 - 2에서? 10 -4에서 2로? 10-2%. 척추동물의 각질층, 비장, 부신, 갑상선, 태반에 주로 축적됩니다. 위장관에서 잘 흡수되지 않습니다. 인간의 경우 음식과 물과 함께 T.의 일일 섭취량은 0.85입니다. mg;소변과 대변으로 배설됨(0.33 및 0.52 mg각기). 비교적 낮은 독성.
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