จุดเดือดของไททาเนียม ไททาเนียม: ประวัติความเป็นมาของการค้นพบธาตุ

ที่สำคัญที่สุดสำหรับเศรษฐกิจของประเทศและยังคงเป็นโลหะผสมและโลหะซึ่งรวมเอาความเบาและความแข็งแรงเข้าด้วยกัน ไททาเนียมเป็นของวัสดุประเภทนี้และนอกจากนี้ยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม

ไททาเนียมเป็นโลหะทรานซิชันของกลุ่มที่ 4 ของยุคที่ 4 มีน้ำหนักโมเลกุลเพียง 22 ซึ่งแสดงถึงความเบาของวัสดุ ในเวลาเดียวกัน สารมีความโดดเด่นด้วยความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ: ในบรรดาวัสดุโครงสร้างทั้งหมด มันคือไททาเนียมที่มีความแข็งแรงจำเพาะสูงสุด สีเป็นสีขาวเงิน

ไททาเนียมคืออะไรวิดีโอด้านล่างจะบอก:

แนวคิดและคุณสมบัติ

ไทเทเนียมเป็นเรื่องปกติธรรมดา - ในแง่ของเนื้อหาใน เปลือกโลกเกิดขึ้นที่ 10 อย่างไรก็ตาม เฉพาะในปี พ.ศ. 2418 เท่านั้นที่แยกโลหะบริสุทธิ์อย่างแท้จริง ก่อนหน้านี้ สารได้มาจากสิ่งเจือปน หรือสารประกอบของมันถูกเรียกว่าเมทัลลิกไททาเนียม ความสับสนนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าสารประกอบโลหะถูกใช้เร็วกว่าตัวโลหะเอง

นี่เป็นเพราะความไม่ชอบมาพากลของวัสดุ: สิ่งเจือปนที่ไม่มีนัยสำคัญที่สุดส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของสารซึ่งบางครั้งก็ทำให้ขาดคุณสมบัติโดยธรรมชาติของมันไปโดยสิ้นเชิง

ดังนั้นส่วนที่เล็กที่สุดของโลหะอื่น ๆ ทำให้ไททาเนียมทนความร้อนได้ ซึ่งเป็นหนึ่งในคุณสมบัติอันมีค่าของมัน และการเติมอโลหะเล็กน้อยจะทำให้วัสดุที่ทนทานกลายเป็นวัสดุที่เปราะบางและไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน

คุณสมบัตินี้แบ่งโลหะผลลัพธ์ออกเป็น 2 กลุ่มทันที: ทางเทคนิคและบริสุทธิ์

• อันดับแรกใช้ในกรณีที่ต้องการความทนทานต่อความแข็งแรง ความเบา และการกัดกร่อนมากที่สุด เนื่องจากไททาเนียมไม่เคยสูญเสียคุณภาพสุดท้ายไป
• วัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทำงานภายใต้ภาระที่สูงมากและอุณหภูมิสูง แต่ในขณะเดียวกันก็มีน้ำหนักเบา แน่นอนว่านี่คือวิทยาศาสตร์อากาศยานและจรวด

ลักษณะพิเศษที่สองของสสารคือแอนไอโซโทรปี คุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างเปลี่ยนแปลงไปตามการใช้แรง ซึ่งต้องนำมาพิจารณาเมื่อนำไปใช้

ภายใต้สภาวะปกติ โลหะจะเฉื่อย ไม่เป็นสนิมในน้ำทะเลหรือในทะเลหรืออากาศในเมือง นอกจากนี้ยังเป็นสารเฉื่อยทางชีวภาพมากที่สุด เนื่องจากมีการใช้ไทเทเนียมเทียมและรากฟันเทียมกันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์

ในเวลาเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น มันเริ่มทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไนโตรเจน และแม้กระทั่งไฮโดรเจน และดูดซับก๊าซในรูปของเหลว คุณลักษณะที่ไม่พึงประสงค์นี้ทำให้ทั้งการได้มาซึ่งตัวโลหะเองและการผลิตโลหะผสมจากโลหะนั้นทำได้ยากมาก

หลังเป็นไปได้เฉพาะเมื่อใช้อุปกรณ์สูญญากาศ กระบวนการผลิตที่ซับซ้อนที่สุดได้เปลี่ยนองค์ประกอบที่ค่อนข้างธรรมดาให้กลายเป็นของที่มีราคาแพงมาก

การยึดติดกับโลหะอื่นๆ

ไททาเนียมอยู่ตรงกลางระหว่างวัสดุโครงสร้างที่รู้จักกันดีอีก 2 ชนิด ได้แก่ อะลูมิเนียมและเหล็ก หรือค่อนข้างจะเป็นโลหะผสมของเหล็ก ในหลาย ๆ ด้านโลหะนั้นเหนือกว่า "คู่แข่ง":

• ความแข็งแรงเชิงกลของไททาเนียมสูงกว่าเหล็ก 2 เท่า และสูงกว่าอะลูมิเนียม 6 เท่า ในกรณีนี้ความแรงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง
• ความต้านทานการกัดกร่อนนั้นสูงกว่าเหล็กและอลูมิเนียมมาก
• ที่อุณหภูมิปกติ ไททาเนียมจะเฉื่อย แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 250 องศาเซลเซียส ก็จะเริ่มดูดซับไฮโดรเจนซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติ ในแง่ของกิจกรรมทางเคมี มันด้อยกว่าแมกนีเซียม แต่อนิจจา มันเหนือกว่าเหล็กและอลูมิเนียม
• โลหะนำไฟฟ้าได้อ่อนกว่ามาก: ความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่าเหล็ก 5 เท่า, สูงกว่าอลูมิเนียม 20 เท่า, และสูงกว่าแมกนีเซียม 10 เท่า
• ค่าการนำความร้อนยังต่ำกว่าเหล็ก 1 มาก 3 เท่า และน้อยกว่าอะลูมิเนียม 12 เท่า อย่างไรก็ตาม คุณสมบัตินี้ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก

ข้อดีและข้อเสีย

อันที่จริง ไททาเนียมมีข้อเสียมากมาย แต่การผสมผสานของความแข็งแกร่งและความเบาเป็นที่ต้องการอย่างมากจนทั้งวิธีการผลิตที่ซับซ้อนและความจำเป็นในการหยุดผู้บริโภคโลหะที่ไม่มีความบริสุทธิ์เป็นพิเศษ

ข้อดีที่ไม่ต้องสงสัยของสาร ได้แก่ :

• ความหนาแน่นต่ำซึ่งหมายถึงน้ำหนักน้อยมาก
• ความแข็งแรงทางกลที่โดดเด่นของทั้งโลหะไททาเนียมและโลหะผสม ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ไททาเนียมอัลลอยด์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าอะลูมิเนียมและแมกนีเซียมอัลลอยด์ทั้งหมด
• อัตราส่วนของความแข็งแรงและความหนาแน่น - ความแข็งแรงเฉพาะถึง 30–35 ซึ่งสูงกว่าเหล็กโครงสร้างที่ดีที่สุดเกือบ 2 เท่า
• ในอากาศ ไททาเนียมเคลือบด้วยออกไซด์บางๆ ซึ่งให้ความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม

โลหะยังมีข้อเสีย:

• ความต้านทานการกัดกร่อนและความเฉื่อยใช้ได้กับผลิตภัณฑ์พื้นผิวที่ไม่ใช้งานเท่านั้น ฝุ่นหรือขี้เลื่อยไททาเนียม เช่น ติดไฟและเผาไหม้ได้เองตามธรรมชาติที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส
• วิธีการที่ซับซ้อนมากในการรับโลหะไททาเนียมทำให้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก วัสดุมีราคาแพงกว่าเหล็กมากหรือ
• ความสามารถในการดูดซับก๊าซในชั้นบรรยากาศด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนั้นต้องใช้อุปกรณ์สูญญากาศในการหลอมและรับโลหะผสมซึ่งเพิ่มต้นทุนอย่างมาก
• ไททาเนียมมีคุณสมบัติต้านการเสียดสีต่ำ - ไม่สามารถใช้กับแรงเสียดทานได้
• โลหะและโลหะผสมมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนของไฮโดรเจน ซึ่งยากต่อการป้องกัน
• ไททาเนียมเป็นเครื่องจักรที่ยาก การเชื่อมยังทำได้ยากเนื่องจากการเปลี่ยนเฟสในระหว่างการให้ความร้อน

แผ่นไทเทเนียม (ภาพถ่าย)

คุณสมบัติและลักษณะ

ขึ้นอยู่กับความสะอาดเป็นอย่างยิ่ง ข้อมูลอ้างอิงอธิบาย แน่นอน โลหะบริสุทธิ์ แต่ลักษณะของไทเทเนียมทางเทคนิคอาจแตกต่างกันไปอย่างเห็นได้ชัด

• ความหนาแน่นของโลหะจะลดลงเมื่อถูกความร้อนจาก 4.41 เป็น 4.25 g/cm3 การเปลี่ยนเฟสจะเปลี่ยนความหนาแน่นเพียง 0.15%
• จุดหลอมเหลวของโลหะคือ 1668 C จุดเดือดคือ 3227 C ไททาเนียมเป็นสารทนไฟ
• โดยเฉลี่ยแล้ว ค่าความต้านทานแรงดึงอยู่ที่ 300–450 MPa อย่างไรก็ตาม ตัวเลขนี้สามารถเพิ่มขึ้นเป็น 2,000 MPa ได้โดยการใช้วิธีชุบแข็งและอายุมากขึ้น ตลอดจนการแนะนำองค์ประกอบเพิ่มเติม
• ในระดับ HB ความแข็งคือ 103 และนี่ไม่ใช่ขีดจำกัด
• ความจุความร้อนของไทเทเนียมต่ำ - 0.523 kJ/(kg K)
• ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ - 42.1 10 -6 โอห์ม ซม.
• ไททาเนียมเป็นพาราแมกเนติก เมื่ออุณหภูมิลดลง ความไวต่อแม่เหล็กจะลดลง
• โลหะโดยรวมมีลักษณะเฉพาะด้วยความเหนียวและความอ่อนตัว อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากออกซิเจนและไนโตรเจนในโลหะผสม องค์ประกอบทั้งสองทำให้วัสดุเปราะ

สารนี้มีความทนทานต่อกรดหลายชนิด รวมทั้งไนตริก ซัลฟิวริกในระดับความเข้มข้นต่ำ และกรดอินทรีย์เกือบทั้งหมด ยกเว้นฟอร์มิก คุณภาพนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไททาเนียมเป็นที่ต้องการในอุตสาหกรรมเคมี ปิโตรเคมี กระดาษ และอื่นๆ

โครงสร้างและองค์ประกอบ

ไททาเนียม - แม้ว่าจะเป็นโลหะทรานซิชันและความต้านทานไฟฟ้าต่ำ แต่ก็เป็นโลหะและนำกระแสไฟฟ้าซึ่งหมายถึงโครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง เมื่อถูกความร้อนถึงอุณหภูมิที่กำหนด โครงสร้างจะเปลี่ยนไป:

• สูงถึง 883 C เฟสαมีความเสถียรด้วยความหนาแน่น 4.55 g / cu ดู มันโดดเด่นด้วยตาข่ายหกเหลี่ยมหนาแน่น ออกซิเจนจะละลายในระยะนี้ด้วยการก่อตัวของสารละลายคั่นระหว่างหน้าและทำให้การปรับเปลี่ยนα เสถียร - ดันขีดจำกัดอุณหภูมิ
• ที่อุณหภูมิสูงกว่า 883 องศาเซลเซียส เฟส β ที่มีลูกบาศก์ตาข่ายอยู่ตรงกลางลำตัวจะมีความเสถียร ความหนาแน่นค่อนข้างน้อย - 4.22 g / cu ดู ไฮโดรเจนทำให้โครงสร้างนี้เสถียร - เมื่อละลายในไททาเนียมจะเกิดสารละลายคั่นระหว่างหน้าและไฮไดรด์

คุณลักษณะนี้ทำให้งานของนักโลหะวิทยาทำได้ยากมาก ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อไททาเนียมถูกทำให้เย็นลง และไฮโดรเจนไฮไดรด์ซึ่งเป็นเฟส γ จะตกตะกอนในโลหะผสม

มันทำให้เกิดรอยร้าวที่เย็นระหว่างการเชื่อม ดังนั้นผู้ผลิตจึงต้องทำงานหนักเป็นพิเศษหลังจากหลอมโลหะเพื่อทำความสะอาดไฮโดรเจน

เราจะอธิบายเกี่ยวกับตำแหน่งที่คุณสามารถหาและวิธีทำไทเทเนียมได้ที่ด้านล่าง

วิดีโอนี้จัดทำขึ้นเพื่ออธิบายไทเทเนียมในฐานะโลหะ:

การผลิตและการขุด

ไททาเนียมเป็นเรื่องธรรมดามากดังนั้นสำหรับแร่ที่มีโลหะและในปริมาณที่ค่อนข้างมากก็ไม่มีปัญหา วัตถุดิบคือ rutile, anatase และ brookite - ไททาเนียมไดออกไซด์ในการดัดแปลงต่างๆ, ilmenite, pyrophanite - สารประกอบที่มีเหล็กและอื่น ๆ

แต่มันซับซ้อนและต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง วิธีการได้มานั้นแตกต่างกันบ้างเนื่องจากองค์ประกอบของแร่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นรูปแบบการรับโลหะจากแร่อิลเมไนต์มีลักษณะดังนี้:

• รับตะกรันไททาเนียม - หินถูกบรรจุลงในเตาอาร์คไฟฟ้าพร้อมกับสารรีดิวซ์ - แอนทราไซต์ถ่านและให้ความร้อนถึง 1650 องศาเซลเซียส ในเวลาเดียวกันเหล็กจะถูกแยกออกซึ่งใช้เพื่อให้ได้เหล็กหล่อและไททาเนียมไดออกไซด์ในตะกรัน ;
• ตะกรันถูกคลอรีนในเหมืองหรือคลอรีนเกลือ สาระสำคัญของกระบวนการคือการแปลงของแข็งไดออกไซด์เป็นก๊าซไททาเนียมเตตระคลอไรด์
• ในเตาเผาแบบต้านทานในขวดพิเศษ โลหะจะลดลงด้วยโซเดียมหรือแมกนีเซียมจากคลอไรด์ เป็นผลให้ได้มวลอย่างง่าย - ฟองน้ำไทเทเนียม เป็นไททาเนียมทางเทคนิคที่ค่อนข้างเหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์เคมีเช่น
• ถ้าจำเป็นต้องใช้โลหะที่บริสุทธิ์กว่า จะใช้การกลั่น - ในกรณีนี้ โลหะทำปฏิกิริยากับไอโอดีนเพื่อให้ได้ก๊าซไอโอไดด์ และอย่างหลัง ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ - 1300-1400 C และกระแสไฟฟ้า สลายตัว ปล่อย ไทเทเนียมบริสุทธิ์ กระแสไฟฟ้าถูกจ่ายผ่านลวดไททาเนียมที่ยืดออกด้วยการโต้กลับซึ่งมีสารบริสุทธิ์สะสมอยู่

เพื่อให้ได้แท่งไทเทเนียม ฟองน้ำไทเทเนียมจะถูกหลอมลงในเตาสุญญากาศเพื่อป้องกันไม่ให้ไฮโดรเจนและไนโตรเจนละลาย

ราคาของไททาเนียมต่อ 1 กก. นั้นสูงมาก: ขึ้นอยู่กับระดับของความบริสุทธิ์ โลหะมีราคาตั้งแต่ 25 ถึง 40 ดอลลาร์ต่อ 1 กก.ในทางกลับกัน กรณีของอุปกรณ์สแตนเลสที่ทนกรดจะมีราคา 150 รูเบิล และจะอยู่ได้ไม่เกิน 6 เดือน ไททาเนียมจะมีราคาประมาณ 600 r แต่ใช้งานได้ 10 ปี มีโรงงานผลิตไทเทเนียมหลายแห่งในรัสเซีย

พื้นที่ใช้งาน

อิทธิพลของระดับการทำให้บริสุทธิ์ต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลบังคับให้เราพิจารณาจากมุมมองนี้ ดังนั้น ทางเทคนิค ซึ่งไม่ใช่โลหะบริสุทธิ์ที่สุด มีความต้านทานการกัดกร่อน ความเบา และความแข็งแรงที่ดีเยี่ยม ซึ่งกำหนดการใช้งาน:

• อุตสาหกรรมเคมี– เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อ ปลอก ชิ้นส่วนปั๊ม ฟิตติ้ง และอื่นๆ วัสดุนี้ขาดไม่ได้ในบริเวณที่ต้องการความทนทานต่อกรดและความแข็งแรง
• อุตสาหกรรมการขนส่ง- สารที่ใช้ทำยานพาหนะจากรถไฟไปยังจักรยาน ในกรณีแรก โลหะให้มวลสารที่มีขนาดเล็กลง ซึ่งทำให้การยึดเกาะมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในระยะหลังจะให้ความเบาและความแข็งแรง ถือว่าเฟรมจักรยานไททาเนียมดีที่สุดนั้นไม่ไร้ประโยชน์
• กองทัพเรือ- ไททาเนียมใช้ทำเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อไอเสียสำหรับเรือดำน้ำ วาล์ว ใบพัด และอื่นๆ
• ใน การก่อสร้างใช้กันอย่างแพร่หลาย - ไททาเนียม - วัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับการตกแต่งอาคารและหลังคา นอกจากความแข็งแกร่งแล้ว อัลลอยยังให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับสถาปัตยกรรม - ความสามารถในการให้ผลิตภัณฑ์มีรูปแบบที่แปลกประหลาดที่สุด ความสามารถในการขึ้นรูปโลหะผสมนั้นไม่จำกัด

โลหะบริสุทธิ์ยังทนทานต่ออุณหภูมิสูงและคงความแข็งแรงไว้ได้มาก แอปพลิเคชันชัดเจน:

• อุตสาหกรรมจรวดและอากาศยาน - ปลอกหุ้มทำจากมัน ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ รัด ชิ้นส่วนแชสซีและอื่น ๆ
• ยา - ความเฉื่อยทางชีวภาพและความเบาทำให้ไททาเนียมเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากขึ้นสำหรับการทำเทียมจนถึงลิ้นหัวใจ
• เทคโนโลยีการแช่แข็ง - ไททาเนียมเป็นหนึ่งในสารไม่กี่ชนิดที่เมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งแกร่งขึ้นและไม่สูญเสียความเป็นพลาสติก

ไททาเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูงด้วยความเบาและความเหนียวดังกล่าว คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เหล่านี้ทำให้เขามีบทบาทสำคัญมากขึ้นในระบบเศรษฐกิจของประเทศ

วิดีโอด้านล่างจะบอกคุณว่าจะหามีดไทเทเนียมได้ที่ไหน:

คำนิยาม

ไทเทเนียม- องค์ประกอบที่ยี่สิบสองของตารางธาตุ การกำหนด - Ti จากภาษาละติน "ไททาเนียม" ตั้งอยู่ในช่วงที่สี่ กลุ่ม IVB หมายถึงโลหะ ประจุนิวเคลียร์คือ 22

ไทเทเนียมเป็นเรื่องธรรมดามากในธรรมชาติ ปริมาณไททาเนียมในเปลือกโลกคือ 0.6% (wt.) เช่น สูงกว่าเนื้อหาของโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีเช่นทองแดงตะกั่วและสังกะสี

ไทเทเนียมเป็นโลหะสีเงินขาวในรูปของสารธรรมดา (รูปที่ 1) หมายถึงโลหะเบา วัสดุทนไฟ ความหนาแน่น - 4.50 g/cm 3 . จุดหลอมเหลวและจุดเดือดคือ 1668 o C และ 3330 o C ตามลำดับ ทนต่อการกัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับอากาศที่อุณหภูมิปกติ ซึ่งอธิบายได้จากการมีฟิล์มป้องกันขององค์ประกอบ TiO 2 บนพื้นผิว

ข้าว. 1. ไททาเนียม รูปร่าง.

น้ำหนักอะตอมและโมเลกุลของไททาเนียม

น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของสาร(M r) เป็นตัวเลขที่แสดงว่ามวลของโมเลกุลที่กำหนดนั้นมากกว่า 1/12 ของมวลอะตอมของคาร์บอนเป็นจำนวนเท่าใด และ มวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุ(A r) - มวลเฉลี่ยของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมากกว่า 1/12 ของมวลอะตอมคาร์บอน

เนื่องจากไททาเนียมมีสถานะอิสระในรูปของโมเลกุล monatomic Ti ค่าของมวลอะตอมและโมเลกุลจึงตรงกัน มีค่าเท่ากับ 47.867

ไอโซโทปของไททาเนียม

เป็นที่ทราบกันว่าไทเทเนียมสามารถเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติในรูปแบบของไอโซโทปที่เสถียรห้าชนิด 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti และ 50Ti จำนวนมวลคือ 46, 47, 48, 49 และ 50 ตามลำดับ นิวเคลียสอะตอมของไอโซโทปไททาเนียม 46 Ti ประกอบด้วยโปรตอน 22 ตัวและนิวตรอน 24 ตัว และไอโซโทปที่เหลือแตกต่างจากมันในจำนวนนิวตรอนเท่านั้น

มีไอโซโทปไททาเนียมเทียมที่มีตัวเลขมวลตั้งแต่ 38 ถึง 64 ซึ่งมีเสถียรภาพมากที่สุดคือ 44 Ti โดยมีครึ่งชีวิต 60 ปี รวมทั้งไอโซโทปนิวเคลียร์สองไอโซโทป

ไทเทเนียมไอออน

ที่ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมไททาเนียม มีอิเล็กตรอนสี่ตัวที่เป็นเวเลนซ์:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี ไททาเนียมจะปล่อยเวเลนซ์อิเล็กตรอนออกไป กล่าวคือ เป็นผู้บริจาคและกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก:

Ti 0 -2e → Ti 2+;

Ti 0 -3e → Ti 3+;

Ti 0 -4e → Ti 4+

โมเลกุลและอะตอมของไททาเนียม

ในสภาวะอิสระ ไททาเนียมมีอยู่ในรูปของโมเลกุล monatomic Ti ต่อไปนี้คือคุณสมบัติบางอย่างที่กำหนดลักษณะอะตอมและโมเลกุลของไททาเนียม:

โลหะผสมไททาเนียม

คุณสมบัติหลักของไททาเนียมซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการใช้อย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่คือความต้านทานความร้อนสูงของทั้งไททาเนียมเองและโลหะผสมของไททาเนียมและโลหะอื่น ๆ นอกจากนี้ โลหะผสมเหล่านี้ทนความร้อน - ทนต่อการรักษาคุณสมบัติทางกลสูงที่อุณหภูมิสูง ทั้งหมดนี้ทำให้โลหะผสมไททาเนียมมีค่ามากสำหรับการผลิตเครื่องบินและจรวด

ที่อุณหภูมิสูง ไททาเนียมจะรวมกับฮาโลเจน ออกซิเจน กำมะถัน ไนโตรเจน และองค์ประกอบอื่นๆ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้โลหะผสมไททาเนียมกับเหล็ก (เฟอร์โรทิแทนเนียม) เป็นสารเติมแต่งสำหรับเหล็ก

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

ตัวอย่าง 2

ออกกำลังกาย	คำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการลดไทเทเนียม (IV) คลอไรด์ที่มีน้ำหนัก 47.5 กรัมด้วยแมกนีเซียม สมการปฏิกิริยาเทอร์โมเคมีมีรูปแบบดังนี้:
การตัดสินใจ	ให้เราเขียนสมการปฏิกิริยาเทอร์โมเคมีอีกครั้ง: TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2 \u003d 477 kJ ตามสมการปฏิกิริยา 1 โมลของไททาเนียม (IV) คลอไรด์และแมกนีเซียม 2 โมลป้อนเข้าไป คำนวณมวลของไททาเนียมคลอไรด์ (IV) ตามสมการคือ มวลตามทฤษฎี (มวลโมลาร์ - 190 g / mol): m ทฤษฎี (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4); ม. ทฤษฎี (TiCl 4) \u003d 1 × 190 \u003d 190 กรัม มาสร้างสัดส่วนกันเถอะ: m prac (TiCl 4) / m theor (TiCl 4) \u003d Q prac / Q theor จากนั้น ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการลดไททาเนียม (IV) คลอไรด์ด้วยแมกนีเซียมคือ: Q prac \u003d Q theor × m prac (TiCl 4) / m theor; Q prac \u003d 477 × 47.5 / 190 \u003d 119.25 kJ
ตอบ	ปริมาณความร้อน 119.25 kJ

ส่วนหลักของไททาเนียมใช้ไปกับความต้องการของเทคโนโลยีการบินและจรวดและการต่อเรือทางทะเล นอกจากนี้ยังใช้เฟอร์โรไททาเนียมเป็นสารเติมแต่งในการผสมเหล็กกล้าคุณภาพสูงและเป็นสารขจัดออกซิไดซ์ ไทเทเนียมทางเทคนิคใช้สำหรับการผลิตถัง, เครื่องปฏิกรณ์เคมี, ท่อส่ง, ข้อต่อ, ปั๊ม, วาล์ว และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง กริดและส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้าที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงทำจากไททาเนียมขนาดกะทัดรัด

ในแง่ของการใช้งานเป็นวัสดุโครงสร้าง Ti อยู่ในอันดับที่ 4 รองจาก Al, Fe และ Mg เท่านั้น อะลูมิเนียมอะลูมิเนียมมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและทนความร้อนสูง ซึ่งส่งผลให้ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและยานยนต์เป็นวัสดุโครงสร้าง ความปลอดภัยทางชีวภาพของโลหะนี้ทำให้เป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและการผ่าตัดสร้างใหม่

ไททาเนียมและโลหะผสมใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมเนื่องจากมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ซึ่งคงรักษาไว้ที่อุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน ทนความร้อน ความแข็งแรงจำเพาะ ความหนาแน่นต่ำ และคุณสมบัติที่มีประโยชน์อื่นๆ ค่าใช้จ่ายสูงของโลหะและวัสดุนี้ในหลายกรณีได้รับการชดเชยด้วยประสิทธิภาพที่มากขึ้น และในบางกรณีก็เป็นวัตถุดิบเพียงอย่างเดียวที่สามารถผลิตอุปกรณ์หรือโครงสร้างที่สามารถทำงานได้ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะที่กำหนด

ไททาเนียมอัลลอยด์มีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีการบิน โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ได้ดีไซน์ที่เบาที่สุดรวมกับความแข็งแกร่งที่ต้องการ Ti นั้นเบาเมื่อเทียบกับโลหะอื่น ๆ แต่ในขณะเดียวกันก็สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูง วัสดุ Ti-based ใช้ทำผิวหนัง, ชิ้นส่วนยึด, พาวเวอร์แพ็ค, ชิ้นส่วนแชสซี และยูนิตต่างๆ นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้ยังใช้ในการสร้างเครื่องยนต์เครื่องบินไอพ่น สิ่งนี้ช่วยให้คุณลดน้ำหนักได้ 10-25% ไททาเนียมอัลลอยด์ใช้ในการผลิตดิสก์และใบมีดของคอมเพรสเซอร์ ชิ้นส่วนของช่องรับอากาศและไกด์ในเครื่องยนต์ และรัดต่างๆ

ขอบเขตการใช้งานอื่นคือวิทยาศาสตร์จรวด ในมุมมองของการทำงานระยะสั้นของเครื่องยนต์และการเคลื่อนตัวอย่างรวดเร็วของชั้นบรรยากาศหนาแน่นในวิทยาศาสตร์จรวด ปัญหาของความล้า ความคงทนคงที่ และการคืบคลานบางส่วนจะถูกลบออก

เนื่องจากความแข็งแรงทางความร้อนสูงไม่เพียงพอ ไทเทเนียมทางเทคนิคจึงไม่เหมาะสำหรับใช้ในการบิน แต่เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ ในบางกรณีจึงขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมเคมีและการต่อเรือ ดังนั้นจึงใช้ในการผลิตคอมเพรสเซอร์และปั๊มสำหรับการสูบจ่ายสารที่มีฤทธิ์รุนแรง เช่น กรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริก และเกลือ ท่อ วาล์ว หม้อนึ่งความดัน ภาชนะต่างๆ ตัวกรอง ฯลฯ เฉพาะ Ti เท่านั้นที่มีความต้านทานการกัดกร่อนในตัวกลาง เช่น คลอรีนเปียก สารละลายคลอรีนที่เป็นน้ำและเป็นกรด ดังนั้นอุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมคลอรีนจึงทำจากโลหะนี้ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทำงานในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน เช่น ในกรดไนตริก (ไม่ใช่ควัน) ในการต่อเรือ ไททาเนียมใช้สำหรับการผลิตใบพัด การชุบเรือ เรือดำน้ำ ตอร์ปิโด ฯลฯ เปลือกหอยไม่ติดกับวัสดุนี้ซึ่งเพิ่มความต้านทานของเรืออย่างรวดเร็วในระหว่างการเคลื่อนไหว

ไททาเนียมอัลลอยด์มีแนวโน้มว่าจะนำไปใช้ในการใช้งานอื่นๆ มากมาย แต่การใช้เทคโนโลยีนี้ถูกจำกัดด้วยต้นทุนที่สูงและความชุกของโลหะนี้ไม่เพียงพอ

สารประกอบไททาเนียมยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ คาร์ไบด์ (TiC) มีความแข็งสูงและใช้ในการผลิตเครื่องมือตัดและวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ไวท์ไดออกไซด์ (TiO 2 ) ใช้ในสี (เช่น สีขาวไททาเนียม) เช่นเดียวกับในการผลิตกระดาษและพลาสติก สารประกอบออร์กาโนไททาเนียม (เช่น เตตระบิวทอกซีไททาเนียม) ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมีและสี สารประกอบอนินทรีย์ Ti ใช้ในอุตสาหกรรมเคมี อิเล็กทรอนิกส์ ใยแก้วเป็นสารเติมแต่ง ไดโบไรด์ (TiB 2) เป็นส่วนประกอบสำคัญของวัสดุโลหะการแข็งพิเศษ ไนไตรด์ (TiN) ใช้สำหรับเคลือบเครื่องมือ

ไททาเนียมเดิมชื่อ "เกรกอไรท์" โดยนักเคมีชาวอังกฤษชื่อ วิลเลียม เกรเกอร์ ผู้ค้นพบมันในปี พ.ศ. 2334 ไทเทเนียมถูกค้นพบโดยอิสระโดยนักเคมีชาวเยอรมัน M. H. Klaproth ในปี ค.ศ. 1793 เขาตั้งชื่อเขาว่าเป็นไททันเพื่อเป็นเกียรติแก่ไททันจากตำนานเทพเจ้ากรีก - "ศูนย์รวมของความแข็งแกร่งตามธรรมชาติ" จนกระทั่งในปี ค.ศ. 1797 Klaproth ค้นพบว่าไททาเนียมของเขาเป็นองค์ประกอบที่ Gregor ค้นพบก่อนหน้านี้

ลักษณะและคุณสมบัติ

ไททาเนียมคือ องค์ประกอบทางเคมีด้วยสัญลักษณ์ Ti และเลขอะตอม 22 เป็นโลหะมันเงาสีเงิน มีความหนาแน่นต่ำและมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลและคลอรีน

องค์ประกอบตรงตามในแหล่งแร่จำนวนหนึ่ง ส่วนใหญ่เป็นรูไทล์และอิลเมไนต์ ซึ่งกระจายอยู่ทั่วไปในเปลือกโลกและเปลือกโลก

ไททาเนียมใช้ในการผลิตโลหะผสมที่มีน้ำหนักเบา คุณสมบัติที่มีประโยชน์ที่สุดสองประการของโลหะคือความต้านทานการกัดกร่อนและอัตราส่วนความแข็งต่อความหนาแน่น ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาองค์ประกอบโลหะใดๆ ในสภาพที่ไม่ผสมโลหะนี้ โลหะนี้มีความแข็งแรงเท่ากับเหล็กบางชนิด แต่มีความหนาแน่นน้อยกว่า

คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะ

เป็นโลหะที่แข็งแกร่งมีความหนาแน่นต่ำ ค่อนข้างเหนียว (โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษ) มีสีขาวสว่างและเป็นเมทัลลอยด์ มีจุดหลอมเหลวที่ค่อนข้างสูงที่มากกว่า 1650 องศาเซลเซียส (หรือ 3000 องศาฟาเรนไฮต์) ทำให้มีประโยชน์ในฐานะโลหะทนไฟ มันเป็นพาราแมกเนติกและมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนค่อนข้างต่ำ

ในระดับ Mohs ความแข็งของไททาเนียมคือ 6 ตามตัวบ่งชี้นี้ มันด้อยกว่าเหล็กชุบแข็งและทังสเตนเล็กน้อย

ไททาเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ (99.2%) มีความต้านทานแรงดึงประมาณ 434 MPa ซึ่งสอดคล้องกับโลหะผสมเหล็กเกรดต่ำทั่วไป แต่ไททาเนียมมีน้ำหนักเบากว่ามาก

คุณสมบัติทางเคมีของไททาเนียม

เช่นเดียวกับอลูมิเนียมและแมกนีเซียม ไททาเนียมและโลหะผสมของมันจะออกซิไดซ์ทันทีเมื่อสัมผัสกับอากาศ มันทำปฏิกิริยาช้ากับน้ำและอากาศที่อุณหภูมิแวดล้อม เพราะมันทำให้เกิดสารเคลือบพาสซีฟออกไซด์ซึ่งปกป้องโลหะจำนวนมากจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม

ทู่ในบรรยากาศทำให้ไททาเนียมทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมเกือบเทียบเท่ากับแพลตตินัม ไททาเนียมสามารถทนต่อการโจมตีของกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง สารละลายคลอไรด์ และกรดอินทรีย์ส่วนใหญ่

ไทเทเนียมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบไม่กี่อย่างที่เผาไหม้ในไนโตรเจนบริสุทธิ์ โดยทำปฏิกิริยาที่ 800 ° C (1470° F) เพื่อสร้างไททาเนียมไนไตรด์ เนื่องจากปฏิกิริยาสูงกับออกซิเจน ไนโตรเจน และก๊าซอื่นๆ เส้นใยไททาเนียมจึงถูกนำมาใช้ในปั๊มไทเทเนียมระเหิดเป็นตัวดูดซับสำหรับก๊าซเหล่านี้ ปั๊มเหล่านี้มีราคาไม่แพงและให้แรงดันต่ำมากในระบบ UHV ได้อย่างน่าเชื่อถือ

แร่ธาตุที่มีไททาเนียมทั่วไป ได้แก่ แอนาเทส บรูไคต์ อิลเมไนต์ เพอรอฟสไคต์ รูไทล์ และไททาไนต์ (สฟีน) แร่ธาตุเหล่านี้มีเพียงรูไทล์และอิลเมไนต์มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ แต่แม้สิ่งเหล่านี้จะหายากในความเข้มข้นสูง

ไททาเนียมพบได้ในอุกกาบาตและพบในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ประเภท M ที่มีอุณหภูมิพื้นผิว 3,200 องศาเซลเซียส (5790 องศาฟาเรนไฮต์)

วิธีการสกัดไททาเนียมจากแร่ต่าง ๆ ที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบันนั้นลำบากและมีราคาแพง

การผลิตและการผลิต

ปัจจุบัน ไททาเนียมและไททาเนียมอัลลอยประมาณ 50 เกรดได้รับการพัฒนาและใช้งานอยู่ จนถึงปัจจุบัน โลหะไททาเนียมและโลหะผสม 31 คลาส ซึ่งคลาส 1-4 นั้นบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ (ไม่ผสม) พวกมันมีความต้านทานแรงดึงแตกต่างกันขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจน โดยที่เกรด 1 จะมีความเหนียวมากที่สุด (ความต้านทานแรงดึงต่ำสุดที่มีออกซิเจน 0.18%) และระดับที่ 4 มีความเหนียวน้อยที่สุด (ความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่มีออกซิเจน 0.40%) )

คลาสที่เหลือเป็นโลหะผสมซึ่งแต่ละประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะ:

• พลาสติก;
• ความแข็งแกร่ง;
• ความแข็ง
• ความต้านทานไฟฟ้า
• ความต้านทานการกัดกร่อนจำเพาะและการผสมผสาน

นอกจากข้อกำหนดเหล่านี้แล้ว ไททาเนียมอัลลอยด์ยังผลิตขึ้นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านการบินและอวกาศและการทหาร (SAE-AMS, MIL-T) มาตรฐาน ISO และข้อกำหนดเฉพาะของประเทศ และข้อกำหนดของผู้ใช้ปลายทางสำหรับการใช้งานด้านอวกาศ การทหาร การแพทย์ และอุตสาหกรรม

ผลิตภัณฑ์แผ่นเรียบที่สะอาดในเชิงพาณิชย์ (แผ่น แผ่น) สามารถขึ้นรูปได้ง่าย แต่การแปรรูปต้องคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าโลหะมี "หน่วยความจำ" และมีแนวโน้มที่จะกลับคืนมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงบางชนิด

ไททาเนียมมักใช้ทำโลหะผสม:

• ด้วยอลูมิเนียม
• ด้วยวาเนเดียม
• ด้วยทองแดง (สำหรับการชุบแข็ง);
• ด้วยเหล็ก
• ด้วยแมงกานีส
• ด้วยโมลิบดีนัมและโลหะอื่นๆ

พื้นที่ใช้งาน

ไททาเนียมอัลลอยด์ในรูปแบบของแผ่น, แผ่น, แท่ง, ลวด, การหล่อพบการใช้งานในตลาดอุตสาหกรรม, การบินและอวกาศ, สันทนาการและตลาดเกิดใหม่ ไททาเนียมแบบผงใช้ในดอกไม้ไฟโดยเป็นแหล่งของอนุภาคที่เผาไหม้อย่างสดใส

เนื่องจากไททาเนียมอัลลอยด์มีอัตราส่วนความต้านทานแรงดึงต่อความหนาแน่นสูง ทนต่อการกัดกร่อนสูง ทนต่อการล้า ทนต่อการแตกร้าวสูง และความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิที่สูงปานกลาง จึงใช้ในเครื่องบิน เกราะ เรือ ยานอวกาศ และจรวด

สำหรับการใช้งานเหล่านี้ ไททาเนียมผสมกับอะลูมิเนียม เซอร์โคเนียม นิกเกิล วานาเดียม และองค์ประกอบอื่นๆ เพื่อผลิตส่วนประกอบที่หลากหลาย รวมถึงส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญ ผนังกันไฟ เฟืองท้าย ท่อไอเสีย (เฮลิคอปเตอร์) และระบบไฮดรอลิก อันที่จริง ประมาณสองในสามของโลหะไททาเนียมที่ผลิตได้ถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์และเฟรมของเครื่องบิน

เนื่องจากไททาเนียมอัลลอยด์มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเล จึงถูกนำมาใช้ทำเพลาใบพัด อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ฯลฯ โลหะผสมเหล่านี้ใช้ในตัวเรือนและส่วนประกอบของอุปกรณ์สังเกตการณ์และติดตามมหาสมุทรสำหรับวิทยาศาสตร์และการทหาร

โลหะผสมเฉพาะถูกนำไปใช้ในหลุมเจาะและบ่อน้ำมันและโลหะผสมนิกเกิลสำหรับความแข็งแรงสูง อุตสาหกรรมเยื่อกระดาษและกระดาษใช้ไททาเนียมในอุปกรณ์ในกระบวนการที่ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น โซเดียมไฮโปคลอไรท์หรือก๊าซคลอรีนเปียก (ในการฟอกขาว) การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก การบัดกรีด้วยคลื่น

นอกจากนี้ โลหะผสมเหล่านี้ยังใช้ในรถยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแข่งรถและรถจักรยานยนต์ ซึ่งน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง และความแข็งแกร่งเป็นสิ่งสำคัญ

ไทเทเนียมใช้ในสินค้ากีฬาหลายประเภท: ไม้เทนนิส, ไม้กอล์ฟ, ลูกกลิ้งลาครอส; หมวกคริกเก็ต ฮ็อกกี้ ลาครอสและฟุตบอล ตลอดจนเฟรมและส่วนประกอบจักรยาน

เนื่องจากความทนทาน ไทเทเนียมจึงเป็นที่นิยมสำหรับนักออกแบบเครื่องประดับ (โดยเฉพาะแหวนไททาเนียม) ความเฉื่อยทำให้เป็นทางเลือกที่ดีสำหรับผู้ที่เป็นโรคภูมิแพ้หรือผู้ที่จะสวมใส่เครื่องประดับในสภาพแวดล้อมเช่นสระว่ายน้ำ ไททาเนียมยังผสมกับทองเพื่อผลิตโลหะผสมที่สามารถขายเป็นทอง 24 กะรัตได้ เนื่องจาก Ti ที่เจือด้วย 1% นั้นไม่เพียงพอสำหรับเกรดที่ต่ำกว่า โลหะผสมที่ได้คือความแข็งของทองคำ 14 กะรัต และแข็งแกร่งกว่าทองคำ 24 กะรัตบริสุทธิ์

ข้อควรระวัง

ไททาเนียมไม่เป็นพิษแม้ในปริมาณที่สูง. ในรูปแบบผงหรือเป็นขี้เลื่อยโลหะ อาจก่อให้เกิดอันตรายจากไฟไหม้ร้ายแรง และหากได้รับความร้อนในอากาศ อาจเกิดอันตรายจากการระเบิดได้

คุณสมบัติและการใช้งานของไททาเนียมอัลลอยด์

ด้านล่างนี้คือภาพรวมของโลหะผสมไทเทเนียมที่พบได้บ่อยที่สุด ซึ่งแบ่งออกเป็นประเภทต่าง ๆ คุณสมบัติ ข้อดี และการใช้งานในอุตสาหกรรม

ป.7

เกรด 7 เทียบเท่าทั้งทางกลไกและทางกายภาพกับไททาเนียมบริสุทธิ์เกรด 2 ยกเว้นการเพิ่มองค์ประกอบกลางของแพลเลเดียม ทำให้เป็นโลหะผสม มีความสามารถในการเชื่อมและความยืดหยุ่นได้ดีเยี่ยม ต้านทานการกัดกร่อนได้ดีที่สุดสำหรับโลหะผสมประเภทนี้ทั้งหมด

คลาส 7 ใช้ในกระบวนการทางเคมีและส่วนประกอบอุปกรณ์การผลิต

เกรด 11

เกรด 11 นั้นคล้ายกับเกรด 1 มาก ยกเว้นการเพิ่มแพลเลเดียมเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ทำให้เป็นโลหะผสม

คุณสมบัติที่มีประโยชน์อื่นๆรวมถึงความเหนียว ความแข็งแรง ความเหนียว และความสามารถในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม โลหะผสมนี้สามารถใช้ได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีปัญหาการกัดกร่อน:

• กระบวนการทางเคมี
• การผลิตคลอเรต
• กลั่นน้ำทะเล;
• การใช้งานทางทะเล

Ti 6Al-4V คลาส 5

ล้อแม็ก Ti 6Al-4V หรือไททาเนียมเกรด 5 เป็นวัสดุที่ใช้กันมากที่สุด คิดเป็น 50% ของการบริโภคไททาเนียมทั้งหมดทั่วโลก

ใช้งานง่ายมีประโยชน์มากมาย Ti 6Al-4V สามารถอบร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง โลหะผสมนี้มีความแข็งแรงสูงที่น้ำหนักเบา

นี่คือโลหะผสมที่ดีที่สุดที่จะใช้ ในหลายอุตสาหกรรมเช่นอุตสาหกรรมการบินและอวกาศการแพทย์ทางทะเลและเคมีภัณฑ์ สามารถใช้เพื่อสร้าง:

• กังหันการบิน
• ส่วนประกอบเครื่องยนต์
• องค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องบิน
• รัดการบินและอวกาศ
• ชิ้นส่วนอัตโนมัติที่มีประสิทธิภาพสูง
• อุปกรณ์กีฬา.

Ti 6AL-4V ELI คลาส 23

เกรด 23 - ไททาเนียมผ่าตัด Ti 6AL-4V ELI หรือเกรด 23 เป็นรุ่น Ti 6Al-4V ที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า สามารถทำจากม้วน, เกลียว, สายไฟหรือลวดแบน เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับทุกสถานการณ์ที่ต้องการการผสมผสานระหว่างความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี และความเหนียวสูง มีความทนทานต่อความเสียหายได้ดีเยี่ยม

สามารถใช้ในการใช้งานด้านชีวการแพทย์ เช่น ส่วนประกอบที่ฝังได้ เนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพ มีความแข็งแรงเมื่อยล้าได้ดี นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในขั้นตอนการผ่าตัดเพื่อสร้างโครงสร้างเหล่านี้:

• หมุดและสกรูเกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูก
• ที่หนีบสำหรับมัด
• ลวดเย็บกระดาษผ่าตัด
• สปริง;
• อุปกรณ์จัดฟัน
• เรือแช่แข็ง;
• อุปกรณ์ตรึงกระดูก

เกรด 12

ไททาเนียมเกรด 12 มีความสามารถในการเชื่อมคุณภาพสูง เป็นโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งให้ความแข็งแรงที่ดีที่อุณหภูมิสูง ไททาเนียมเกรด 12 มีลักษณะคล้ายคลึงกับเหล็กกล้าไร้สนิม 300 ซีรีส์

ความสามารถในการสร้างรูปแบบที่หลากหลายทำให้มีประโยชน์ในการใช้งานมากมาย ความต้านทานการกัดกร่อนสูงของโลหะผสมนี้ยังทำให้มีค่ามากสำหรับอุปกรณ์การผลิต Class 12 สามารถใช้ในอุตสาหกรรมต่อไปนี้:

• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
• การใช้งานทางน้ำ
• การผลิตสารเคมีที่มีอุณหภูมิสูง
• ส่วนประกอบของทะเลและอากาศ

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn เป็นโลหะผสมที่สามารถเชื่อมได้ดีและมีความเสถียร นอกจากนี้ยังมีความเสถียรของอุณหภูมิสูงและมีความแข็งแรงสูง

Ti 5Al-2.5Sn ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมการบิน เช่นเดียวกับในการติดตั้งที่อุณหภูมิต่ำ

ในระบบธาตุ ไททาเนียมองค์ประกอบทางเคมีถูกกำหนดเป็น Ti (ไททาเนียม) และอยู่ในกลุ่มย่อยด้านข้างของกลุ่ม IV ในคาบที่ 4 ภายใต้เลขอะตอม 22 เป็นโลหะแข็งสีขาวเงินที่เป็นส่วนหนึ่งของจำนวนมาก ของแร่ธาตุ คุณสามารถซื้อไททาเนียมบนเว็บไซต์ของเรา

ไทเทเนียมถูกค้นพบเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 โดยนักเคมีจากอังกฤษและเยอรมนี William Gregor และ Martin Klaproth แยกจากกันโดยมีความแตกต่างกันเป็นเวลา 6 ปี Martin Klaproth เป็นผู้ตั้งชื่อให้กับองค์ประกอบเพื่อเป็นเกียรติแก่อักขระกรีกโบราณของไททัน (สิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ แข็งแกร่ง และเป็นอมตะ) เมื่อปรากฎชื่อนี้กลายเป็นคำทำนาย แต่มนุษย์ต้องใช้เวลามากกว่า 150 ปีในการทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติทั้งหมดของไททาเนียม เพียงสามทศวรรษต่อมา ก็ได้ตัวอย่างโลหะไททาเนียมชุดแรก ในขณะนั้นแทบไม่ได้ใช้เพราะมีความเปราะบาง ในปี 1925 หลังจากการทดลองหลายครั้ง นักเคมี Van Arkel และ De Boer ได้ไทเทเนียมบริสุทธิ์โดยใช้วิธีไอโอไดด์

เนื่องจากคุณสมบัติอันมีค่าของโลหะ วิศวกรและนักออกแบบจึงให้ความสนใจในทันที มันเป็นความก้าวหน้าที่แท้จริง ในปี ค.ศ. 1940 Kroll ได้พัฒนาวิธีการให้ความร้อนด้วยแมกนีเซียมเพื่อให้ได้ไททาเนียมจากแร่ วิธีนี้ยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน

คุณสมบัติทางกายภาพและทางกล

ไททาเนียมเป็นโลหะที่ค่อนข้างทนไฟ จุดหลอมเหลวของมันคือ 1668±3°C ตามตัวบ่งชี้นี้ มันด้อยกว่าโลหะเช่นแทนทาลัม ทังสเตน รีเนียม ไนโอเบียม โมลิบดีนัม แทนทาลัม เซอร์โคเนียม ไททาเนียมเป็นโลหะพาราแมกเนติก ในสนามแม่เหล็กจะไม่ถูกดึงดูด แต่ไม่ถูกผลักออกจากสนามแม่เหล็ก รูปที่ 2
ไทเทเนียมมีความหนาแน่นต่ำ (4.5 ก./ซม.³) และมีความแข็งแรงสูง (สูงสุด 140 กก./มม.²) คุณสมบัติเหล่านี้แทบไม่เปลี่ยนแปลงที่อุณหภูมิสูง หนักกว่าอะลูมิเนียม 1.5 เท่า (2.7 ก./ซม.³) แต่เบากว่าเตารีด 1.5 เท่า (7.8 ก./ซม.³) ในแง่ของคุณสมบัติทางกล ไททาเนียมเหนือกว่าโลหะเหล่านี้มาก ในแง่ของความแข็งแกร่ง ไททาเนียมและโลหะผสมของไททาเนียมนั้นเทียบเท่ากับเหล็กกล้าอัลลอยด์หลายเกรด

ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อน ไททาเนียมไม่ได้ด้อยกว่าแพลตตินัม โลหะมีความทนทานต่อสภาวะการเกิดโพรงอากาศได้ดีเยี่ยม ฟองอากาศที่เกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นของเหลวจะไม่ทำลายมันในระหว่างการเคลื่อนไหวแบบแอคทีฟของชิ้นส่วนไททาเนียม

เป็นโลหะที่ทนทานซึ่งสามารถต้านทานการแตกหักและการเสียรูปของพลาสติกได้ แข็งกว่าอลูมิเนียม 12 เท่า และแข็งกว่าทองแดงและเหล็ก 4 เท่า ตัวบ่งชี้ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความแข็งแรงของผลผลิต ด้วยตัวบ่งชี้นี้ที่เพิ่มขึ้น ความต้านทานของชิ้นส่วนไททาเนียมต่อโหลดการทำงานจะดีขึ้น

ในโลหะผสมที่มีโลหะบางชนิด (โดยเฉพาะนิกเกิลและไฮโดรเจน) ไททาเนียมสามารถ "จดจำ" รูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่งได้ ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวสามารถเปลี่ยนรูปได้และจะคงตำแหน่งนี้ไว้เป็นเวลานาน หากผลิตภัณฑ์ได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ผลิตขึ้น ผลิตภัณฑ์จะมีรูปทรงเดิม คุณสมบัตินี้เรียกว่า "หน่วยความจำ"

ค่าการนำความร้อนของไททาเนียมค่อนข้างต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามลำดับเช่นกัน จากนี้ไปโลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ไม่ดี แต่ที่อุณหภูมิต่ำ มันคือตัวนำยิ่งยวดของไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้สามารถส่งพลังงานได้ในระยะทางไกล ไททาเนียมยังมีความต้านทานไฟฟ้าสูง
โลหะไททาเนียมบริสุทธิ์ขึ้นอยู่กับการแปรรูปแบบเย็นและแบบร้อนประเภทต่างๆ สามารถดึงและทำเป็นลวด หลอม รีดเป็นแถบ แผ่น และฟอยล์ที่มีความหนาสูงสุด 0.01 มม. ผลิตภัณฑ์รีดประเภทต่อไปนี้ทำจากไททาเนียม: เทปไทเทเนียม, ลวดไทเทเนียม, ท่อไทเทเนียม, บูชไทเทเนียม, วงกลมไทเทเนียม, แถบไทเทเนียม.

คุณสมบัติทางเคมี

ไททาเนียมบริสุทธิ์เป็นองค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยา เนื่องจากพื้นผิวมีฟิล์มป้องกันหนาแน่น โลหะจึงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันในอากาศ ในน้ำทะเลที่มีรสเค็ม ไม่เปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง (เช่น กรดไนตริกเจือจางและเข้มข้น aqua regia) ที่อุณหภูมิสูง ไททาเนียมจะทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์อย่างแข็งขันมากขึ้น มันติดไฟในอากาศที่อุณหภูมิ 1200 องศาเซลเซียส เมื่อติดไฟ โลหะจะเรืองแสงเป็นประกาย ปฏิกิริยาแอคทีฟยังเกิดขึ้นกับไนโตรเจนด้วยการก่อตัวของฟิล์มไนไตรด์สีเหลืองน้ำตาลบนพื้นผิวของไททาเนียม

ปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกที่อุณหภูมิห้องนั้นอ่อน แต่เมื่อถูกความร้อน โลหะจะละลายอย่างรุนแรง อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาจะเกิดคลอไรด์และโมโนซัลเฟตที่ต่ำกว่า ปฏิกิริยาที่อ่อนแอกับกรดฟอสฟอริกและกรดไนตริกก็เกิดขึ้นเช่นกัน โลหะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน ทำปฏิกิริยากับคลอรีนที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส
ปฏิกิริยาแอคทีฟกับไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย ไททาเนียมดูดซับไฮโดรเจนอย่างแข็งขัน ไทเทเนียม 1 กรัมสามารถดูดซับไฮโดรเจนได้สูงถึง 400 ซม.³ โลหะที่ให้ความร้อนจะสลายคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ ปฏิกิริยากับไอน้ำจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 800 องศาเซลเซียส อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา โลหะออกไซด์จะเกิดขึ้นและไฮโดรเจนหนีออกมา ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ไททาเนียมที่ร้อนจะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และก่อตัวเป็นคาร์ไบด์และออกไซด์

วิธีการที่จะได้รับ

ไททาเนียมเป็นองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดในโลก ปริมาณของมันในลำไส้ของโลกโดยมวลคือ 0.57% พบความเข้มข้นสูงสุดของโลหะใน "เปลือกบะซอลต์" (0.9%) ในหินแกรนิต (0.23%) และในหิน ultrabasic (0.03%) มีแร่ธาตุไททาเนียมประมาณ 70 ชนิดที่บรรจุอยู่ในรูปของกรดไททานิคหรือไดออกไซด์ แร่ธาตุหลักของแร่ไททาเนียม ได้แก่ : ilmenite, anatase, rutile, brookite, loparite, leucoxene, perovskite และ sphene ผู้ผลิตไทเทเนียมรายใหญ่ของโลก ได้แก่ สหราชอาณาจักร สหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น แคนาดา อิตาลี สเปน และเบลเยียม
มีหลายวิธีในการรับไทเทเนียม ทั้งหมดถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติและค่อนข้างมีประสิทธิภาพ

1. กระบวนการความร้อนแมกนีเซียม

แร่ที่ประกอบด้วยไททาเนียมจะถูกขุดและแปรรูปเป็นไดออกไซด์ซึ่งจะถูกคลอรีนช้าและที่อุณหภูมิสูงมาก คลอรีนดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่เป็นคาร์บอน ไทเทเนียมคลอไรด์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาจะลดลงด้วยแมกนีเซียม โลหะที่ได้จะถูกทำให้ร้อนในอุปกรณ์สุญญากาศที่อุณหภูมิสูง เป็นผลให้แมกนีเซียมและแมกนีเซียมคลอไรด์ระเหย ทำให้ไททาเนียมมีรูพรุนและช่องว่างมากมาย ฟองน้ำไทเทเนียมถูกหลอมใหม่เพื่อผลิตโลหะคุณภาพสูง

2. วิธีไฮไดรด์-แคลเซียม

ขั้นแรก ได้ไททาเนียมไฮไดรด์ จากนั้นจึงแยกส่วนประกอบออกเป็นไททาเนียมและไฮโดรเจน กระบวนการนี้เกิดขึ้นในพื้นที่สุญญากาศที่อุณหภูมิสูง แคลเซียมออกไซด์ถูกสร้างขึ้นซึ่งถูกล้างด้วยกรดอ่อน ๆ
โดยทั่วไปจะใช้วิธีการระบายความร้อนด้วยแคลเซียมไฮไดรด์และแมกนีเซียมในระดับอุตสาหกรรม วิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถรับไทเทเนียมจำนวนมากได้ในระยะเวลาอันสั้น โดยมีค่าใช้จ่ายทางการเงินน้อยที่สุด

3. วิธีอิเล็กโทรลิซิส

ไททาเนียมคลอไรด์หรือไดออกไซด์สัมผัสกับกระแสไฟฟ้าสูง เป็นผลให้สารประกอบถูกย่อยสลาย

4. วิธีไอโอไดด์

ไทเทเนียมไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับไอโอดีน ถัดไป ไทเทเนียมไอโอไดด์สัมผัสกับอุณหภูมิสูง ส่งผลให้ไททาเนียม วิธีนี้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด แต่ก็มีราคาแพงที่สุดด้วย ไททาเนียมมีความบริสุทธิ์สูงมากโดยไม่มีสิ่งเจือปนและสารเติมแต่ง

การประยุกต์ใช้ไททาเนียม

เนื่องจากมีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนที่ดี ไททาเนียมจึงถูกนำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์เคมี ความทนทานต่อความร้อนสูงของโลหะและโลหะผสมมีส่วนช่วยในเทคโนโลยีสมัยใหม่ ไททาเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุที่ดีเยี่ยมสำหรับเครื่องบิน จรวด และการต่อเรือ

อนุสาวรีย์ทำจากไททาเนียม และระฆังที่ทำจากโลหะนี้ขึ้นชื่อในเรื่องเสียงที่ไพเราะและพิเศษมาก ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นส่วนประกอบของยาบางชนิด เช่น ขี้ผึ้งทารักษาโรคผิวหนัง สารประกอบโลหะที่มีนิกเกิล อะลูมิเนียม และคาร์บอนก็เป็นที่ต้องการอย่างมากเช่นกัน

ไททาเนียมและโลหะผสมพบการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมเคมีและอาหาร, โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก, อิเล็กทรอนิกส์, เทคโนโลยีนิวเคลียร์, วิศวกรรมไฟฟ้า, การชุบด้วยไฟฟ้า อาวุธ แผ่นเกราะ เครื่องมือผ่าตัดและรากฟันเทียม ระบบชลประทาน อุปกรณ์กีฬา และแม้กระทั่งเครื่องประดับล้วนทำมาจากไททาเนียมและโลหะผสม ในกระบวนการไนไตรดิ้ง ฟิล์มสีทองจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของโลหะ ซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าในด้านความงามแม้แต่กับทองคำแท้