Caracteristici generale. Istoria descoperirilor

Titanul a fost numit inițial „gregorit” de către chimistul britanic William Gregor, care l-a descoperit în 1791. Titanul a fost apoi descoperit independent de chimistul german M. H. Klaproth în 1793. L-a numit titan în onoarea titanilor din mitologia greacă - „întruchiparea puterii naturale”. Abia în 1797, Klaproth a descoperit că titanul său era un element descoperit anterior de Gregor.

Caracteristici și proprietăți

Titanul este un element chimic cu simbolul Ti și numărul atomic 22. Este un metal strălucitor cu o culoare argintie, densitate scăzută și rezistență ridicată. Este rezistent la coroziune în apa de mare și clor.

Element se întâlneșteîntr-o serie de zăcăminte minerale, în principal rutil și ilmenit, care sunt larg răspândite în scoarța terestră și litosferă.

Titanul este folosit pentru a produce aliaje ușoare puternice. Cele mai utile două proprietăți ale unui metal sunt rezistența la coroziune și raportul duritate-densitate, cel mai mare dintre orice element metalic. În stare nealiată, acest metal este la fel de puternic ca unele oțeluri, dar mai puțin dens.

Proprietățile fizice ale metalului

aceasta metal rezistent cu densitate redusă, mai degrabă ductilă (mai ales în mediu anoxic), alb strălucitor și metaloid. Punctul său de topire relativ ridicat de peste 1650°C (sau 3000°F) îl face util ca metal refractar. Este paramagnetic și are o conductivitate electrică și termică destul de scăzută.

Pe scara Mohs, duritatea titanului este 6. Conform acestui indicator, este ușor inferior oțelului călit și wolfram.

Titanul pur comercial (99,2%) are o rezistență la tracțiune de aproximativ 434 MPa, ceea ce este în conformitate cu aliajele convenționale de oțel de calitate scăzută, dar titanul este mult mai ușor.

Proprietățile chimice ale titanului

La fel ca aluminiul și magneziul, titanul și aliajele sale se oxidează imediat când sunt expuse la aer. Reacționează lent cu apa și aerul la temperatura ambiantă, deoarece formează o acoperire de oxid pasiv care protejează metalul în vrac de oxidarea ulterioară.

Pasivarea atmosferică conferă titanului o rezistență excelentă la coroziune aproape echivalentă cu platina. Titanul este capabil să reziste atacului acizilor sulfuric și clorhidric diluați, soluțiilor de clorură și majorității acizilor organici.

Titanul este unul dintre puținele elemente care arde în azot pur, reacționând la 800 ° C (1470 ° F) pentru a forma nitrură de titan. Datorită reactivității lor ridicate cu oxigenul, azotul și unele alte gaze, filamentele de titan sunt utilizate în pompele de sublimare a titanului ca absorbanți pentru aceste gaze. Aceste pompe sunt ieftine și produc în mod fiabil presiuni extrem de scăzute în sistemele UHV.

Mineralele obișnuite purtătoare de titan sunt anataza, brookitul, ilmenitul, perovskitul, rutilul și titanitul (sfenă). Dintre aceste minerale, numai rutil iar ilmenitul au importanță economică, dar chiar și acestea sunt greu de găsit în concentrații mari.

Titanul se găsește în meteoriți și a fost găsit în Soare și stele de tip M cu o temperatură a suprafeței de 3200 ° C (5790 ° F).

Metodele cunoscute în prezent pentru extragerea titanului din diverse minereuri sunt laborioase și costisitoare.

Productie si productie

În prezent, aproximativ 50 de grade de titan și aliaje de titan au fost dezvoltate și sunt utilizate. Până în prezent, sunt recunoscute 31 de clase de metal și aliaje de titan, dintre care clasele 1-4 sunt pure comercial (nealiate). Acestea diferă ca rezistență la tracțiune în funcție de conținutul de oxigen, gradul 1 fiind cel mai ductil (rezistența la tracțiune cea mai scăzută cu 0,18% oxigen) și gradul 4 fiind cel mai puțin ductil (rezistența maximă la tracțiune cu 0,40% oxigen).

Clasele rămase sunt aliaje, fiecare dintre ele având proprietăți specifice:

• plastic;
• putere;
• duritate;
• rezistență electrică;
• rezistența specifică la coroziune și combinațiile acestora.

În plus față de aceste specificații, aliajele de titan sunt, de asemenea, fabricate pentru a satisface industria aerospațială și echipament militar(SAE-AMS, MIL-T), Standardele ISOși specificațiile specifice țării, precum și cerințele utilizatorilor finali pentru aplicații aerospațiale, militare, medicale și industriale.

Un produs plat pur comercial (foaie, placă) se poate forma cu ușurință, dar prelucrarea trebuie să țină cont de faptul că metalul are o „memorie” și o tendință de revenire. Acest lucru este valabil mai ales pentru unele aliaje de înaltă rezistență.

Titanul este adesea folosit pentru a face aliaje:

• cu aluminiu;
• cu vanadiu;
• cu cupru (pentru călire);
• cu fier;
• cu mangan;
• cu molibden si alte metale.

Domenii de utilizare

Aliajele de titan sub formă de tablă, placă, tijă, sârmă, turnare găsesc aplicații în piețele industriale, aerospațiale, recreative și în curs de dezvoltare. Pulbere de titan este folosită în pirotehnică ca sursă de particule luminoase.

Deoarece aliajele de titan au un raport ridicat de rezistență la tracțiune la densitate, rezistență ridicată la coroziune, rezistență la oboseală, rezistență ridicată la fisurare și capacitate moderată de temperatură ridicată, acestea sunt utilizate în avioane, blindaje, nave maritime, nave spațialeși rachete.

Pentru aceste aplicații, titanul este aliat cu aluminiu, zirconiu, nichel, vanadiu și alte elemente pentru a produce o varietate de componente, inclusiv elemente structurale critice, pereți de incendiu, tren de aterizare, țevi de eșapament (elicoptere) și sisteme hidraulice. De fapt, aproximativ două treimi din metalul de titan produs este folosit în motoarele și cadrele aeronavelor.

Deoarece aliajele de titan sunt rezistente la coroziunea apei de mare, acestea sunt folosite pentru a face arbori de elice, scule schimbătoare de căldură, etc. Aceste aliaje sunt utilizate în carcase și componente ale dispozitivelor de observare și monitorizare a oceanelor pentru știință și armată.

Aliajele specifice sunt aplicate în foraj și puțuri de petrol și hidrometalurgie cu nichel pentru rezistența lor ridicată. Industria celulozei și hârtiei folosește titan echipamente tehnologice expus la medii agresive, cum ar fi hipocloritul de sodiu sau gazul de clor umed (în albire). Alte aplicații includ sudarea cu ultrasunete, lipirea prin val.

În plus, aceste aliaje sunt utilizate în automobile, în special în cursele de automobile și motociclete, unde greutatea redusă, rezistența ridicată și rigiditatea sunt esențiale.

Titanul este folosit în multe articole sportive: rachete de tenis, crose de golf, role de lacrosse; căști de cricket, hochei, lacrosse și fotbal, precum și cadre și componente pentru biciclete.

Datorită durabilității sale, titanul a devenit mai popular pentru bijuteriile de designer (în special inelele din titan). Inerția sa îl face o alegere bună pentru persoanele cu alergii sau pentru cei care vor purta bijuterii în medii precum piscine. Titanul este, de asemenea, aliat cu aur pentru a produce un aliaj care poate fi vândut ca aur de 24 de carate, deoarece 1% Ti aliat nu este suficient pentru a necesita o calitate mai mică. Aliajul rezultat are aproximativ duritatea aurului de 14 carate și este mai puternic decât aurul pur de 24 de carate.

Masuri de precautie

Titanul este netoxic chiar și în doze mari. Sub formă de pulbere sau așchii de metal, prezintă un pericol grav de incendiu și, dacă este încălzit în aer, un pericol de explozie.

Proprietăți și aplicații ale aliajelor de titan

Mai jos este o prezentare generală a aliajelor de titan cele mai frecvent întâlnite, care sunt împărțite în clase, proprietățile lor, avantajele și aplicațiile industriale.

clasa a 7-a

Gradul 7 este echivalent mecanic și fizic cu gradul 2 de titan pur, cu excepția adăugării unui element intermediar de paladiu, făcându-l un aliaj. Are o sudabilitate și elasticitate excelente, cea mai rezistentă la coroziune dintre toate aliajele de acest tip.

Clasa 7 este utilizată în procesele și componentele chimice echipament de productie.

Clasa a 11a

Gradul 11 ​​este foarte asemănător cu gradul 1, cu excepția adăugării de paladiu pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune, făcându-l un aliaj.

Alte caracteristici benefice includ ductilitate optimă, rezistență, tenacitate și sudabilitate excelentă. Acest aliaj poate fi utilizat în special în aplicații în care coroziunea reprezintă o problemă:

• prelucrare chimică;
• producerea de clorați;
• desalinizare;
• aplicații marine.

Ti 6Al-4V clasa 5

Aliajul Ti 6Al-4V sau titanul de gradul 5 este cel mai des folosit. Reprezintă 50% din consumul total de titan la nivel mondial.

Ușurința de utilizare constă în numeroasele sale beneficii. Ti 6Al-4V poate fi tratat termic pentru a-și crește rezistența. Acest aliaj are o rezistență ridicată la greutate redusă.

Acesta este cel mai bun aliaj de utilizat în mai multe industrii precum cele aerospațiale, medicale, maritime și chimice industria de prelucrare. Poate fi folosit pentru a crea:

• turbine de aviație;
• componente ale motorului;
• elemente structurale aeronavei;
• elemente de fixare aerospațiale;
• piese automate performante;
• echipament sportiv.

Ti 6AL-4V ELI clasa 23

Gradul 23 - titan chirurgical. Ti 6AL-4V ELI, sau Grad 23, este o versiune de puritate mai mare a Ti 6Al-4V. Poate fi realizat din role, fire, fire sau fire plate. aceasta cea mai buna alegere pentru orice situație în care este necesară o combinație de rezistență ridicată, greutate redusă, rezistență bună la coroziune și duritate ridicată. Are o rezistență excelentă la deteriorare.

Poate fi utilizat în aplicații biomedicale, cum ar fi componentele implantabile datorită biocompatibilității, rezistenței bune la oboseală. Poate fi folosit și în proceduri chirurgicale pentru a fabrica aceste construcții:

• știfturi și șuruburi ortopedice;
• cleme pentru ligatură;
• capse chirurgicale;
• izvoare;
• aparate ortodontice;
• vase criogenice;
• dispozitive de fixare osoasă.

Clasa a 12-a

Titanul de gradul 12 are o sudabilitate excelentă de înaltă calitate. Este un aliaj de înaltă rezistență care oferă o rezistență bună la temperaturi ridicate. Titanul de gradul 12 are caracteristici similare cu oțelurile inoxidabile din seria 300.

Capacitatea sa de a se forma într-o varietate de moduri îl face util în multe aplicații. Rezistența ridicată la coroziune a acestui aliaj îl face, de asemenea, neprețuit pentru echipamentele de fabricație. Clasa 12 poate fi utilizată în următoarele industrii:

• schimbatoare de caldura;
• aplicații hidrometalurgice;
• producție chimică cu temperatură ridicată;
• componente maritime și aeriene.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn este un aliaj care poate oferi o bună sudabilitate cu stabilitate. De asemenea, are stabilitate la temperaturi ridicate și rezistență ridicată.

Ti 5Al-2.5Sn este utilizat în principal în industria aviației, precum și în instalațiile criogenice.

Titanul - un element chimic din grupa IV, 4 perioade sistem periodic Mendeleev, număr atomic 22; metal durabil și ușor alb-argintiu. Există în următoarele modificări cristaline: α-Ti cu o rețea compactă hexagonală și β-Ti cu o împachetare cubică centrată pe corp.

Titan a devenit cunoscut omului cu doar aproximativ 200 de ani în urmă. Istoria descoperirii sale este legată de numele chimistului german Klaproth și al cercetătorului amator englez MacGregor. În 1825, I. Berzelius a fost primul care a izolat titanul metalic pur, dar până în secolul al XX-lea, acest metal a fost considerat rar și, prin urmare, nepotrivit utilizării practice.

Cu toate acestea, până acum s-a stabilit că titanul ocupă locul nouă în ceea ce privește abundența printre alte elemente chimice și fractiune in masaîn scoarța terestră este de 0,6%. Titanul se găsește în multe minerale, ale căror rezerve se ridică la sute de mii de tone. Zăcăminte semnificative de minereuri de titan sunt situate în Rusia, Norvegia, SUA, în sudul Africii, iar în Australia, Brazilia, India, plasarele deschise de nisipuri care conțin titan sunt convenabile pentru minerit.

Titanul este un metal alb-argintiu ușor și ductil, punct de topire 1660 ± 20 C, punct de fierbere 3260 C, densitate de două modificări și, respectiv, egală cu α-Ti - 4,505 (20 C) și β-Ti - 4,32 (900 C) g/cm3. Titanul se caracterizează printr-o rezistență mecanică ridicată, care se menține chiar și la temperaturi ridicate. Are o vâscozitate ridicată, care în timpul prelucrării sale necesită aplicarea unor acoperiri speciale pe unealta de tăiere.

La temperaturi obișnuite, suprafața titanului este acoperită cu o peliculă de oxid pasiv, ceea ce face titanul rezistent la coroziune în majoritatea mediilor (cu excepția celor alcaline). Cipsele de titan sunt inflamabile, iar praful de titan este exploziv.

Titanul nu se dizolvă în soluții diluate de mulți acizi și alcaline (cu excepția acizilor fluorhidric, ortofosforic și sulfuric concentrat), dar în prezența agenților de complexare interacționează ușor chiar și cu acizii slabi.

Când este încălzit în aer la o temperatură de 1200C, titanul se aprinde, formând faze de oxid cu compoziție variabilă. Hidroxidul de titan precipită din soluții de săruri de titan, a căror calcinare face posibilă obținerea dioxidului de titan.

Când este încălzit, titanul interacționează și cu halogenii. În special, tetraclorura de titan este obţinută în acest fel. Ca rezultat al reducerii tetraclorurii de titan cu aluminiu, siliciu, hidrogen și alți agenți reducători, se obțin triclorura și diclorura de titan. Titanul interacționează cu bromul și iodul.

La temperaturi peste 400C, titanul reacţionează cu azotul pentru a forma nitrură de titan. De asemenea, titanul reacţionează cu carbonul pentru a forma carbură de titan. Când este încălzit, titanul absoarbe hidrogenul și se formează hidrură de titan, care se descompune odată cu eliberarea de hidrogen atunci când este încălzită din nou.

Cel mai adesea, dioxidul de titan cu o cantitate mică de impurități acționează ca material de pornire pentru producția de titan. Aceasta poate fi atât zgura de titan obținută în timpul prelucrării concentratelor de ilmenit, cât și concentratul de rutil, care se obține în timpul îmbogățirii minereurilor de titan.

Concentratul de minereu de titan este supus prelucrării pirometalurgice sau a acidului sulfuric. Produsul tratamentului cu acid sulfuric este pulbere de dioxid de titan. Când se utilizează metoda pirometalurgică, minereul este sinterizat cu cocs și tratat cu clor pentru a produce vapori de tetraclorură de titan, care este apoi redus cu magneziu la 850C.

„Buretele” de titan rezultat este topit din nou, topitura este curățată de impurități. Pentru rafinarea titanului se folosește metoda iodurii sau electroliza. Lingourile de titan sunt obținute prin prelucrare cu arc, plasmă sau fascicul de electroni.

Cea mai mare parte a producției de titan este destinată nevoilor industriei aviației și ale rachetelor, precum și ale construcțiilor navale maritime. Titanul este utilizat ca un aditiv al oțelurilor de calitate și ca dezoxidant.

Din el sunt realizate diverse părți ale dispozitivelor de electrovacuum, compresoare și pompe pentru pomparea mediilor agresive, reactoare chimice, instalații de desalinizare și multe alte echipamente și structuri. Datorită siguranței sale biologice, titanul este un material excelent pentru aplicații în industria alimentară și medicală.

Pagina 1

Conductivitatea termică a titanului este de - 14 0 W / m grad, ceea ce este oarecum mai mică decât conductibilitatea termică a oțelului aliat. Materialul este bine forjat, ștanțat, prelucrat. Produsele din titan sunt sudate cu un electrod de wolfram într-o atmosferă protectoare de argon. Recent, titanul a fost folosit pentru fabricarea unei game largi de țevi, table, produse laminate.

Conductivitatea termică a titanului este scăzută - de aproximativ 13 ori mai mică decât aluminiul și de 4-4 ori mai mică decât fierul.

Conductivitatea termică a titanului este apropiată de cea a oțelului inoxidabil și este de 14 kcal/m C oră. Titanul este bine forjat, ștanțat și prelucrat în mod satisfăcător. La temperaturi peste 200 C, tinde să absoarbă gazele. Titanul este sudat cu un electrod de wolfram într-o atmosferă protectoare de argon.

Conductivitatea termică a titanului și a aliajelor sale este de aproximativ 15 ori mai mică decât cea a aluminiului și de 35-5 ori mai mică decât cea a oțelului. Coeficientul de dilatare termică liniară al titanului este, de asemenea, semnificativ mai mic decât cel al aluminiului și al oțelului inoxidabil.

Conductivitatea termică a titanului este - 14 0 W / (m - K), ceea ce este oarecum mai mică decât conductibilitatea termică a oțelului aliat. Materialul este bine forjat, ștanțat, prelucrat. Produsele din titan sunt sudate cu un electrod de wolfram într-o atmosferă protectoare de argon. Recent, titanul a fost folosit pentru fabricarea unei game largi de țevi, table, produse laminate.

Coeficientul de conductivitate termică al titanului în intervalul de temperatură de funcționare (20 - 400 C) este de 0 057 - 0 055 cal / (cm-s - C), care este de aproximativ 3 ori mai mic decât conductivitatea termică a fierului, de 16 ori mai mică decât conductivitatea termică a cuprului și aproape de conductibilitatea termică a oțelurilor inoxidabile de calitate austenitică.

Prin urmare, de exemplu, conductivitatea termică a titanului este de 8 - 10 ori mai mică decât conductibilitatea termică a aluminiului.

Valorile calculate obținute ale conductivității termice a fononului a titanului coincid cu estimarea acestei valori făcută în lucrare, unde este luată egală cu 3 -: - 5 W/m-grad.

Odată cu alierea, precum și cu creșterea conținutului de impurități, conductivitatea termică a titanului, de regulă, scade. Când este încălzită, conductivitatea termică a aliajelor, cum ar fi titanul pur, crește; deja la 500 - 600 C, se apropie de conductibilitatea termică a titanului nealiat.

Modulul de elasticitate al titanului este aproape jumătate din cel al fierului, este la același nivel cu modulul aliajelor de cupru și este mult mai mare decât cel al aluminiului. Conductivitatea termică a titanului este scăzută: este de aproximativ 7% din conductibilitatea termică a aluminiului și 165% din conductibilitatea termică a fierului. Acest lucru trebuie luat în considerare la încălzirea metalului pentru formare și sudare. Rezistența electrică a titanului este de aproximativ 6 ori mai mare decât cea a fierului și de 20 de ori mai mare decât cea a aluminiului.

În primul rând, trebuie luat în considerare faptul că conductivitatea termică a titanului și aliajelor sale la temperaturi scăzute este foarte scăzută. La temperatura camerei, conductivitatea termică a titanului este de aproximativ 3% din conductibilitatea termică a cuprului și este de câteva ori mai mică decât, de exemplu, cea a oțelurilor (conductivitatea termică a titanului este de 0 0367 cal/cm sec C, iar cea termică conductivitatea oțelului 40 este de 0 142 cal. Odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea termică a aliajelor de titan crește și se apropie de conductibilitatea termică a oțelurilor.Acest lucru afectează ratele de încălzire ale aliajelor de titan în funcție de temperatura la care sunt încălzite, după cum se poate observa. din ratele de încălzire și răcire ale titanului pur comercial (aliaj VT1) cu o secțiune transversală de 150 mm (Fig.

Titanul are o conductivitate termică scăzută, care este de 13 ori mai mică decât conductivitatea termică a aluminiului și de 4 ori mai mică decât conductivitatea termică a fierului. Odată cu creșterea temperaturii, conductibilitatea termică a titanului scade oarecum și la 700 C este de 0 0309 cal/cm sec SS.

Titanul are o conductivitate termică scăzută, care este de 13 ori mai mică decât conductivitatea termică a aluminiului și de 4 ori mai mică decât conductivitatea termică a fierului. Odată cu creșterea temperaturii, conductibilitatea termică a titanului scade oarecum și la 700 C este 0 0309 cal/cm sec C.

La sudarea prin fuziune pentru a obține o îmbinare calitate bună Este necesară o protecție fiabilă împotriva gazelor atmosferice (O2, Nj, H2) a metalului îmbinării sudate încălzite la o temperatură de peste 400 C pe ambele părți ale sudurii. Creșterea granulelor este exacerbată de conductibilitatea termică scăzută a titanului, care crește timpul de rezidență al metalului de sudură la temperaturi ridicate. Pentru a depăși aceste dificultăți, sudarea se realizează la cel mai mic aport de căldură posibil.

Cele mai semnificative pentru economia națională au fost și rămân aliajele și metalele, combinând lejeritatea și rezistența. Titanul aparține acestei categorii de materiale și, în plus, are o rezistență excelentă la coroziune.

Titanul este un metal de tranziție din grupa a 4-a din perioada a 4-a. Masa moleculara este doar 22, ceea ce indică lejeritatea materialului. În același timp, substanța se distinge prin rezistență excepțională: dintre toate materialele structurale, titanul are cea mai mare rezistență specifică. Culoarea este alb argintiu.

Ce este titanul, videoclipul de mai jos va spune:

Concept și caracteristici

Titanul este destul de comun - ocupă locul 10 în ceea ce privește conținutul în scoarța terestră. Cu toate acestea, abia în 1875 a fost izolat un metal cu adevărat pur. Înainte de aceasta, substanța era fie obținută cu impurități, fie compușii săi erau numiți titan metalic. Această confuzie a dus la faptul că compușii metalici au fost utilizați mult mai devreme decât metalul în sine.

Acest lucru se datorează particularității materialului: cele mai nesemnificative impurități afectează în mod semnificativ proprietățile unei substanțe, uneori privând-o complet de calitățile sale inerente.

Astfel, cea mai mică fracțiune a altor metale privează titanul de rezistența la căldură, care este una dintre calitățile sale valoroase. Și un mic adaos de un nemetal transformă un material durabil într-un material fragil și nepotrivit pentru utilizare.

Această caracteristică a împărțit imediat metalul rezultat în 2 grupuri: tehnic și pur.

• Primul sunt utilizate în cazurile în care rezistența, ușurința și rezistența la coroziune sunt cele mai necesare, deoarece titanul nu pierde niciodată ultima calitate.
• Material de înaltă puritate utilizat acolo unde este nevoie de un material care funcționează la sarcini foarte mari și temperaturi ridicate, dar în același timp să fie ușor. Aceasta, desigur, este știința avioanelor și a rachetelor.

A doua caracteristică specială a materiei este anizotropia. O parte din ea calitati fizice modificarea in functie de aplicarea fortelor, care trebuie luate in considerare la aplicare.

În condiții normale, metalul este inert, nu se corodează nici în apa mării, nici în aerul mării sau orașului. Mai mult, este cea mai inertă substanță biologic cunoscută, datorită căreia protezele și implanturile din titan sunt utilizate pe scară largă în medicină.

În același timp, când temperatura crește, începe să reacționeze cu oxigenul, azotul și chiar cu hidrogenul și absoarbe gazele sub formă lichidă. Această caracteristică neplăcută face extrem de dificilă atât obținerea metalului în sine, cât și fabricarea aliajelor pe baza acestuia.

Acesta din urmă este posibil numai atunci când se utilizează echipamente de vid. Cel mai complex proces de producție a transformat un element destul de comun într-unul foarte scump.

Lipirea cu alte metale

Titanul ocupă o poziție intermediară între celelalte două materiale structurale binecunoscute - aluminiu și fier, sau mai degrabă, aliaje de fier. În multe privințe, metalul este superior „concurenților” săi:

• rezistența mecanică a titanului este de 2 ori mai mare decât cea a fierului și de 6 ori mai mare decât cea a aluminiului. În acest caz, rezistența crește odată cu scăderea temperaturii;
• rezistența la coroziune este mult mai mare decât cea a fierului și chiar a aluminiului;
• La temperaturi normale, titanul este inert. Cu toate acestea, când se ridică la 250 C, începe să absoarbă hidrogenul, ceea ce afectează proprietățile. În ceea ce privește activitatea chimică, este inferior magneziului, dar, din păcate, depășește fierul și aluminiul;
• metalul conduce electricitatea mult mai slab: rezistivitatea lui electrică este de 5 ori mai mare decât cea a fierului, de 20 de ori mai mare decât cea a aluminiului și de 10 ori mai mare decât cea a magneziului;
• conductivitatea termică este, de asemenea, mult mai mică: de 3 ori mai mică decât fierul 1 și de 12 ori mai puțin decât aluminiul. Cu toate acestea, această proprietate are ca rezultat un coeficient foarte scăzut de dilatare termică.

Argumente pro şi contra

De fapt, titanul are multe dezavantaje. Dar combinația dintre rezistență și ușurință este atât de solicitată încât nici metoda complexă de fabricație, nici nevoia de puritate excepțională nu-i opresc pe consumatorii de metal.

Avantajele indubitabile ale substanței includ:

• densitate scăzută, ceea ce înseamnă o greutate foarte mică;
• rezistență mecanică excepțională atât a metalului titan în sine, cât și a aliajelor sale. Odată cu creșterea temperaturii, aliajele de titan depășesc toate aliajele de aluminiu și magneziu;
• raportul rezistență și densitate - rezistență specifică, ajunge la 30-35, care este de aproape 2 ori mai mare decât cel al celor mai bune oțeluri structurale;
• în aer, titanul este acoperit cu un strat subțire de oxid, care oferă o rezistență excelentă la coroziune.

Metalul are și dezavantajele sale:

• Rezistența la coroziune și inerția se aplică numai produselor de suprafață inactive. Praful sau așchii de titan, de exemplu, se aprind spontan și ard la o temperatură de 400 C;
• o metoda foarte complexa de obtinere a titanului metalic asigura un cost foarte mare. Materialul este mult mai scump decât fierul, sau;
• capacitatea de a absorbi gazele atmosferice cu creșterea temperaturii necesită utilizarea echipamentelor de vid pentru topire și obținere de aliaje, ceea ce crește semnificativ și costul;
• titanul are proprietăți antifricțiune slabe - nu funcționează pentru frecare;
• metalul și aliajele sale sunt predispuse la coroziune cu hidrogen, care este dificil de prevenit;
• titanul este greu de prelucrat. Sudarea este, de asemenea, dificilă din cauza tranziției de fază în timpul încălzirii.

Foaie de titan (foto)

Proprietăți și caracteristici

Puternic dependent de curățenie. Datele de referință descriu, desigur, metalul pur, dar caracteristicile titanului tehnic pot varia semnificativ.

• Densitatea metalului scade la încălzire de la 4,41 la 4,25 g/cm3. faza de tranzitie modifică densitatea cu doar 0,15%.
• Punctul de topire al metalului este de 1668 C. Punctul de fierbere este de 3227 C. Titanul este o substanță refractară.
• În medie, rezistența la întindere este de 300–450 MPa, totuși, această cifră poate fi mărită la 2000 MPa recurgând la întărire și îmbătrânire, precum și prin introducerea de elemente suplimentare.
• Pe scara HB, duritatea este 103 și nu aceasta este limita.
• Capacitatea termică a titanului este scăzută - 0,523 kJ/(kg K).
• Rezistenta electrica specifica - 42,1 10 -6 ohm cm.
• Titanul este un paramagnet. Pe măsură ce temperatura scade, susceptibilitatea sa magnetică scade.
• Metalul în ansamblu se caracterizează prin ductilitate și maleabilitate. Cu toate acestea, aceste proprietăți sunt puternic influențate de oxigenul și azotul din aliaj. Ambele elemente fac materialul fragil.

Substanța este rezistentă la mulți acizi, inclusiv nitric, sulfuric în concentrații mici și aproape toți acizii organici, cu excepția formicului. Această calitate asigură că titanul este solicitat în industria chimică, petrochimică, industria hârtiei si asa mai departe.

Structura și compoziția

Titanul - deși este un metal de tranziție, iar rezistivitatea sa electrică este scăzută, cu toate acestea, este un metal și conduce curentul electric, ceea ce înseamnă o structură ordonată. Când este încălzită la o anumită temperatură, structura se schimbă:

• până la 883 C, faza α este stabilă cu o densitate de 4,55 g/cu. vezi Se distinge printr-o rețea hexagonală densă. Oxigenul se dizolvă în această fază cu formarea de soluții interstițiale și stabilizează α-modificarea - împinge limita de temperatură;
• peste 883 C, faza β cu o rețea cubică centrată pe corp este stabilă. Densitatea sa este ceva mai mică - 4,22 g / cu. vezi.Hidrogenul stabilizează această structură - atunci când este dizolvat în titan, se formează și soluții interstițiale și hidruri.

Această caracteristică face munca metalurgistului foarte dificilă. Solubilitatea hidrogenului scade brusc când titanul este răcit, iar hidrura de hidrogen, faza y, precipită în aliaj.

Provoacă fisuri la rece în timpul sudării, așa că producătorii trebuie să muncească din greu după topirea metalului pentru a-l curăța de hidrogen.

Despre unde puteți găsi și cum să faceți titan, vă vom spune mai jos.

Acest videoclip este dedicat descrierii titanului ca metal:

Productie si minerit

Titanul este foarte comun, astfel încât cu minereurile care conțin metal și în cantități destul de mari, nu există dificultăți. Materiile prime sunt rutil, anataza și brookite - dioxid de titan în diverse modificări, ilmenit, pirofanit - compuși cu fier și așa mai departe.

Dar este complex și necesită echipamente scumpe. Metodele de obținere sunt oarecum diferite, deoarece compoziția minereului este diferită. De exemplu, schema de obținere a metalului din minereurile de ilmenit arată astfel:

• obținerea zgurii de titan - roca este încărcată într-un cuptor cu arc electric împreună cu un agent reducător - antracit, cărbune si se incalzeste la 1650 C. In acelasi timp se separeaza fierul, care se foloseste la obtinerea de fonta si dioxid de titan in zgura;
• zgura este clorurată în clorinatoarele de mine sau de sare. Esența procesului este transformarea dioxidului solid în tetraclorură de titan gazoasă;
• în cuptoarele cu rezistență în baloane speciale, metalul se reduce cu sodiu sau magneziu din clorură. Ca rezultat, se obține o masă simplă - un burete de titan. Acesta este titanul tehnic destul de potrivit pentru fabricarea de echipamente chimice, de exemplu;
• daca este nevoie de un metal mai pur, ei apeleaza la rafinare - in timp ce metalul reactioneaza cu iodul pentru a obtine iodura gazoasa, iar aceasta din urma, sub influenta temperaturii - 1300-1400 C, si a curentului electric, se descompune, eliberand titan pur. Un curent electric este furnizat printr-un fir de titan întins într-o retortă, pe care se depune o substanță pură.

Pentru a obține lingouri de titan, buretele de titan este topit într-un cuptor cu vid pentru a preveni dizolvarea hidrogenului și azotului.

Prețul titanului la 1 kg este foarte mare: în funcție de gradul de puritate, metalul costă de la 25 la 40 USD pe 1 kg. Pe de altă parte, cazul unui aparat din oțel inoxidabil rezistent la acid va costa 150 de ruble. și nu va dura mai mult de 6 luni. Titanul va costa aproximativ 600 r, dar este exploatat timp de 10 ani. Există multe unități de producție de titan în Rusia.

Domenii de utilizare

Influența gradului de purificare asupra proprietăților fizice și mecanice ne obligă să o luăm în considerare din acest punct de vedere. Deci, tehnica, adică nu cel mai pur metal, are o rezistență excelentă la coroziune, ușurință și rezistență, ceea ce determină utilizarea sa:

• industria chimica– schimbătoare de căldură, țevi, carcase, piese de pompe, fitinguri și așa mai departe. Materialul este indispensabil în zonele în care sunt necesare rezistență și rezistență la acizi;
• industria transporturilor- substanta este folosita la fabricarea vehiculelor din trenuri la biciclete. În primul caz, metalul oferă o masă mai mică de compuși, ceea ce face tracțiunea mai eficientă, în cel din urmă dă lejeritate și rezistență, nu degeaba un cadru de bicicletă din titan este considerat cel mai bun;
• afacerile navale- titanul se foloseste la realizarea schimbatoarelor de caldura, amortizoarelor de esapament pentru submarine, supape, elice, etc;
• în constructie utilizat pe scară largă - titan - un material excelent pentru finisarea fațadelor și a acoperișurilor. Alături de rezistență, aliajul oferă un alt avantaj important pentru arhitectură - capacitatea de a oferi produselor cea mai bizară configurație, capacitatea de a modela aliajul este nelimitată.

Metalul pur este, de asemenea, foarte rezistent la temperaturi ridicate și își păstrează rezistența. Aplicația este evidentă:

• rachete și industria aeronautică - din ea se face învelișul. Piese de motor, elemente de fixare, piese de șasiu și așa mai departe;
• medicina - inertia biologica si lejeritatea fac din titan un material mult mai promitator pentru proteze, pana la valvele cardiace;
• tehnologie criogenică – titanul este una dintre puținele substanțe care, atunci când temperatura scade, nu face decât să devină mai puternice și nu își pierde plasticitatea.

Titanul este un material structural de cea mai mare rezistență, cu o astfel de ușurință și ductilitate. Aceste calități unice îi oferă din ce în ce mai mult rol importantîn economia naţională.

Videoclipul de mai jos vă va spune de unde să obțineți titan pentru un cuțit:

Titan(lat. titan), ti, un element chimic din grupa a IV-a a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 22, masa atomică 47,90; este de culoare alb argintiu metale ușoare. T. naturală constă dintr-un amestec de cinci izotopi stabili: 46 ti (7,95%), 47 ti (7,75%), 48 ti (73,45%), 49 ti (5,51%), 50 ti (5,34%). Sunt cunoscuți izotopi radioactivi artificiali 45 ti (ti 1/2 = 3,09 h, 51 ti (ti 1/2 = 5,79 min) si etc.

Referință istorică. T. sub formă de dioxid a fost descoperit de mineralogul amator englez W. Gregor în 1791 în nisipurile feruginoase magnetice ale orașului Menakan (Anglia); în 1795, chimistul german M. G. Klaproth a stabilit că mineralul rutil este un oxid natural al aceluiași metal, pe care l-a numit „titan” [în mitologia greacă, titanii sunt copiii lui Uranus (Raiul) și Gaia (Pământul)]. Nu a fost posibil să se izoleze T. în forma sa pură pentru o lungă perioadă de timp; Abia în 1910, omul de știință american M. A. Hunter a obținut sodiu metalic prin încălzirea clorurii acestuia cu sodiu într-o bombă de oțel sigilată. metalul pe care l-a obţinut era ductil doar la temperaturi ridicate şi fragil la temperatura camerei datorită conţinutului ridicat de impurităţi. Oportunitatea de a studia proprietățile titanului pur a apărut abia în 1925, când oamenii de știință olandezi A. Van Arkel și J. de Boer au obținut un plastic metalic de înaltă puritate la temperaturi scăzute prin disocierea termică a iodurii de titan.

distribuție în natură. T. este unul dintre elementele comune, conținutul său mediu în scoarța terestră (clarke) este de 0,57% în greutate (dintre metalele de structură, se situează pe locul patru ca abundență, după fier, aluminiu și magneziu). Cel mai mult T. în rocile de bază ale așa-numitei „cochilii de bazalt” (0,9%), mai puțin în rocile „cochiliei de granit” (0,23%) și chiar mai puțin în rocile ultrabazice (0,03%) etc. . stânci Mineralele îmbogățite în T. includ pegmatite din roci de bază, roci alcaline, sienite și pegmatite asociate cu acestea Sunt cunoscute 67 de minerale T., majoritatea de origine magmatică; cele mai importante sunt rutile şi ilmenit.

În biosferă, T. este în mare parte dispersat. In apa de mare contine 1 10 -7%; T. este un migrant slab.

proprietăți fizice. T. există sub forma a două modificări alotropice: sub o temperatură de 882,5 ° C, forma a cu o rețea compactă hexagonală este stabilă ( A= 2,951 å, Cu= 4,679 å), iar peste această temperatură - forma b cu o rețea cubică centrată pe corp a = 3.269 GBP Impuritățile și dopanții pot schimba semnificativ temperatura de transformare a/b.

Densitatea a-form la 20°C 4,505 g/cm 3a la 870°C 4,35 g/cm 3 b-formă la 900 °C 4,32 g/cm 3; raza atomică ti 1,46 å, raze ionice 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; conductivitate termică în intervalul 20-25 °С 22.065 mar/(m? LA) ; coeficient de temperatură de dilatare liniară la 20 °C 8,5? 10 -6, în intervalul 20-700 ° C 9,7? 10 -6; capacitate termică 0,523 kJ/(kg? LA) ; rezistivitate electrică 42,1? 10-6 ohm? cm la 20 °C; coeficient de temperatură al rezistenței electrice 0,0035 la 20 °C; are supraconductivitate sub 0,38 ± 0,01 K. T. susceptibilitate paramagnetică, magnetică specifică (3,2 ± 0,4)? 10 -6 la 20°C. Rezistenta la tractiune 256 Mn/m 2 (25,6 kgf/mm 2) , alungire 72%, duritate Brinell mai mică de 1000 Mn/m 2 (100 kgf/mm 2) . Modulul de elasticitate normal 108000 Mn/m 2 (10800 kgf/mm 2) . Metal grad înalt curățenia pieselor forjate la temperatură normală.

Clasa tehnică utilizată în industrie conține impurități de oxigen, azot, fier, siliciu și carbon, care îi măresc rezistența, reduc ductilitatea și afectează temperatura transformării polimorfe, care are loc în intervalul 865-920°C. Pentru clasele tehnice VT1-00 și VT1-0, densitatea este de aproximativ 4,32 g/cm 3 , rezistenta la tractiune 300-550 Mn/m 2 (30-55 kgf/mm 2) , alungire nu mai mică de 25%, duritate Brinell 1150-1650 Mn/m 2 (115-165 kgf/mm 2) . Configurația învelișului electronic exterior al atomului ti 3 d 2 4 s 2 .

Proprietăți chimice . T. pur - reactiv element de tranziție,în compuși are stări de oxidare + 4, mai rar +3 și +2. La temperaturi obișnuite și până la 500-550 ° C, este rezistent la coroziune, ceea ce se explică prin prezența unui film de oxid subțire, dar puternic, pe suprafața sa.

Interacționează semnificativ cu oxigenul atmosferic la temperaturi peste 600 ° C cu formarea tio 2 . Așchiile subțiri de titan cu lubrifiere insuficientă pot lua foc în timpul prelucrării. Cu o concentrație suficientă de oxigen în mediu inconjuratorși deteriorarea peliculei de oxid prin impact sau frecare, este posibilă aprinderea metalului la temperatura camerei și în bucăți relativ mari.

Filmul de oxid nu protejează termometrul în stare lichidă de interacțiunea ulterioară cu oxigenul (spre deosebire de, de exemplu, aluminiul), și, prin urmare, topirea și sudarea acestuia trebuie efectuate în vid, într-o atmosferă de gaz neutru sau sub un flux. T. are capacitatea de a absorbi gazele atmosferice și hidrogenul, formând aliaje casante nepotrivite utilizării practice; în prezența unei suprafețe activate, absorbția hidrogenului are loc chiar și la temperatura camerei la o rată scăzută, care crește semnificativ la 400 °C și peste. Solubilitatea hidrogenului în T. este reversibilă, iar acest gaz poate fi îndepărtat aproape complet prin recoacere în vid. Azotul reacţionează cu azotul la temperaturi peste 700°C formând nitruri de tip staniu; sub formă de pulbere fină sau de sârmă, T. poate arde în atmosferă de azot. Viteza de difuzie a azotului si oxigenului in T. este mult mai mica decat cea a hidrogenului. Stratul obținut ca urmare a interacțiunii cu aceste gaze se caracterizează prin duritate și fragilitate crescute și trebuie îndepărtat de pe suprafața produselor din titan prin gravare sau prelucrare. T. interactioneaza viguros cu halogenii uscati , în raport cu halogenii umezi este stabil, deoarece umiditatea joacă rolul de inhibitor.

Metalul este stabil în acid azotic de toate concentrațiile (cu excepția acidului fumant roșu, care provoacă fisurarea prin coroziune a acidului, iar reacția are loc uneori cu o explozie), în soluții slabe de acid sulfuric (până la 5% în greutate). ). Acizii clorhidric, fluorhidric, sulfuric concentrat, precum și acizii organici fierbinți: acizii oxalic, formic și tricloroacetic reacționează cu T.

T. este rezistent la coroziune în aerul atmosferic, apa de mare și atmosfera mării, în clor umed, apă cu clor, soluții de clorură fierbinte și rece, în diverse soluții și reactivi tehnologici utilizați în industria chimică, petrol, hârtie și alte industrii, precum și ca în hidrometalurgie. T. formează compuși asemănătoare metalelor cu C, B, se și si, care se disting prin refractaritate și duritate mare. carbură tig ( t pl 3140 °C) se obține prin încălzirea unui amestec de tio 2 cu funingine la 1900-2000 °C în atmosferă de hidrogen; nitrură de staniu ( t pl 2950 ° C) - prin încălzirea pulberii de T. în azot la o temperatură peste 700 ° C. Sunt cunoscute siliciuri tisi2, ti5 si3, tisi si boruri tib, ti2b5, tib2. La temperaturi cuprinse între 400 și 600°C, T. absoarbe hidrogenul pentru a forma soluții solide și hidruri (tih, tih 2). Când tio 2 este fuzionat cu alcalii, se formează săruri ale acidului de titan ale meta- și ortotitanați (de exemplu, na 2 tio 3 și na 4 tio 4), precum și polititanați (de exemplu, na 2 ti 2 o 5 și na 2 ti 3 sau 7). Titanații includ cele mai importante minerale ale tetanosului, cum ar fi ilmenite fetio 3 și perovskite catio 3 . Toți titanați sunt ușor solubili în apă. Dioxidul de titan, acizii titani (precipitați) și titanați se dizolvă în acid sulfuric pentru a forma soluții care conțin sulfat de titanil tioso 4. Când soluțiile sunt diluate și încălzite, h 2 tio 3 precipită în urma hidrolizei, din care se obține dioxidul T. Când se adaugă peroxid de hidrogen la soluții acide care conțin compuși ti (iv), acizi peroxid (supertitanic) din compoziția h 4 tio 5 şi h 4 tio sunt formaţi 8 şi sărurile lor corespunzătoare; acești compuși sunt colorați în galben sau portocaliu-roșu (în funcție de concentrația de T.), care este utilizat pentru determinarea analitică a T.

Chitanță. Cea mai comună metodă de obținere a mercurului metalic este metoda magnezio-termică, adică reducerea tetraclorurii de sodiu cu magneziu metalic (mai puțin frecvent, sodiu):

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

În ambele cazuri, minereurile oxidice de titan — rutil, ilmenit și altele — servesc drept materie primă inițială.În cazul minereurilor de tip ilmenit, titanul este separat de fier sub formă de zgură prin topire în cuptoare electrice. Zgura (la fel ca rutilul) este supusă clorării în prezența carbonului pentru a forma T. tetraclorura, care, după purificare, intră într-un reactor de reducere cu atmosferă neutră.

Conform acestui procedeu, oțelul se obține sub formă spongioasă și, după măcinare, este topit în cuptoare cu arc în vid în lingouri cu introducerea de aditivi de aliere, dacă este necesar pentru obținerea unui aliaj. Metoda termică cu magneziu vă permite să creați un mare productie industriala T. cu ciclu tehnologic inchis, intrucat subprodusul format in timpul reducerii - clorura de magneziu este trimis la electroliza pentru a obtine magneziu si clor.

Într-un număr de cazuri, este avantajos să se utilizeze metodele metalurgiei pulberilor pentru producerea de produse din titan și aliajele sale. Pentru a obține pulberi deosebit de fine (de exemplu, pentru electronice radio), este posibilă utilizarea reducerii dioxidului de titan cu hidrură de calciu.

Producția mondială de t. metal s-a dezvoltat foarte rapid: aproximativ 2 tîn 1948, 2100 tîn 1953, 20.000 tîn 1957; în 1975 a depăşit 50.000 t.

Aplicație . Principalele avantaje ale lui T. față de alte metale structurale sunt o combinație de ușurință, rezistență și rezistență la coroziune. Aliajele de titan în absolut, și cu atât mai mult în rezistența specifică (adică rezistența legată de densitate) depășesc majoritatea aliajelor pe bază de alte metale (de exemplu, fier sau nichel) la temperaturi de la -250 la 550 ° C și sunt comparabile în coroziune cu aliaje de metale nobile . Cu toate acestea, T. a început să fie folosit ca material structural independent abia în anii 1950. Secolului 20 din cauza marilor dificultăți tehnice ale extragerii sale din minereuri și procesării (de aceea se face referire la T. în mod condiționat metale rare ) . Cea mai mare parte a tehnologiei este cheltuită pentru nevoile de aviație și tehnologie de rachete și construcții navale maritime. . Aliajele de fero-titan cu fier, cunoscute sub numele de ferotitan (20-50% fier), servesc ca aditiv de aliaj și dezoxidant în metalurgia oțelurilor de înaltă calitate și aliajelor speciale.

Tehnologia tehnică este utilizată pentru fabricarea rezervoarelor, reactoarelor chimice, conductelor, fitingurilor, pompelor și a altor produse care funcționează în medii agresive, cum ar fi în inginerie chimică. În hidrometalurgia metalelor neferoase se folosesc echipamente din T. Acesta servește la acoperirea produselor din oțel. . Utilizarea termodinamicii produce în multe cazuri un mare efect tehnic și economic, nu numai datorită creșterii duratei de viață a echipamentelor, ci și datorită posibilității de intensificare a proceselor (ca, de exemplu, în hidrometalurgia nichelului). Inofensivitatea biologică a T. îl face un material excelent pentru fabricarea de echipamente pentru industria alimentară și în chirurgia reconstructivă. În condiții de frig profund, rezistența T. crește, menținând o bună plasticitate, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia ca material structural pentru tehnologia criogenică. T. se pretează bine la lustruire, anodizare de culoare și alte metode de finisare a suprafeței și, prin urmare, este utilizat pentru a realiza diverse produse artistice, inclusiv sculptura monumentală. Un exemplu este monumentul de la Moscova, ridicat în cinstea lansării primului satelit artificial de pe Pământ. Dintre compușii de titan, oxizii de titan, halogenurile de titan și, de asemenea, siliciurile de titan, care sunt utilizate în tehnologia la temperatură înaltă, sunt de importanță practică; T. boruri și aliajele lor, care sunt utilizate ca moderatori în centralele nucleare datorită infuzibilității și secțiunii transversale mari de captare a neutronilor. Carbide T., care are o duritate mare, face parte din instrument aliaje dure folosit pentru fabricarea sculelor de tăiere și ca material abraziv.

Dioxidul de titan și titanatul de bariu servesc drept bază ceramica de titan, iar titanatul de bariu este cel mai important feroelectrice.

S. G. Glazunov.

Titan în corp. T. este prezent în mod constant în țesuturile plantelor și animalelor. La plantele terestre, concentrația sa este de aproximativ 10 -4% , în marin - de la 1,2? 10 -3 până la 8? 10 -2% , în țesuturile animalelor terestre - mai puțin de 2? 10 -4% , marine - de la 2? 10 -4 la 2 ? 10 -2%. Se acumulează la vertebrate în principal în formațiuni cornoase, splină, glandele suprarenale, glanda tiroidă, placentă; slab absorbit din tractul gastrointestinal. La om, aportul zilnic de T. cu alimente și apă este de 0,85 mg; excretat în urină și fecale (0,33 și 0,52 mg respectiv). Toxicitate relativ scăzută.

Lit.: Glazunov S. G., Moiseev V. N., Aliaje structurale de titan, M., 1974; Metalurgia titanului, M., 1968; Goroshchenko Ya. G., Chimia titanului, [cap. 1-2], K., 1970-72; zwicker u., titan und titanlegierungen, n., 1974; Bowen h. i. m., oligoelemente în biochimie, l.- n. a., 1966.