Charakterizácia a aplikácia titánu a zliatin na jeho základe

Vlastnosti a vlastnosti

Titán je chemický prvok so symbolom Ti a atómovým číslom 22. Je to lesklý kov so striebornou farbou, nízkou hustotou a vysokou pevnosťou. Je odolný proti korózii v morskej vode a chlóri.

Element sa vyskytuje v množstve ložísk nerastov, najmä rutilu a ilmenitu, ktoré sú široko rozmiestnené v zemskej kôre a litosfére.

Titán sa používa na výrobu silných ľahkých zliatin. Dva najužitočnejšie vlastnosti kovu sú odolnosť voči korózii a pomer tvrdosti k hustote, najvyššia z akéhokoľvek kovového prvku. Vo svojom nelegovanom stave je tento kov rovnako silný ako niektoré ocele, ale menej hustý.

Fyzikálne vlastnosti kovu

To je silný kov s nízkou hustotou, skôr plastovou (najmä v prostredí bez kyslíka), lesklý a metaloidovo biely. Relatívne vysoká teplota topenia viac ako 1650 ° C (alebo 3000 ° F) ju robí užitočnou ako žiaruvzdorný kov. Je paramagnetický a má pomerne nízku elektrickú a tepelnú vodivosť.

Podľa Mohsovej stupnice je tvrdosť titánu 6. Podľa tohto indexu je mierne nižšia ako tvrdená oceľ a volfrám.

Komerčne čistý (99,2%) titán má medzu pevnosti v ťahu približne 434 MPa, čo zodpovedá konvenčným zliatinám zliatin ocele, ale titán je oveľa ľahší.

Chemické vlastnosti titánu

Rovnako ako hliník a horčík, titán a jeho zliatiny sú pri vystavení vzduchu okamžite oxidované. Reaguje pomaly s vodou a vzduchom pri teplote okolia, pretože tvorí pasívny oxidový povlak, ktorý chráni objemový kov pred ďalšou oxidáciou.

Atmosférická pasivácia dáva titanu vynikajúcu odolnosť proti korózii takmer ekvivalentnú platine. Titán je schopný odolať útokom zriedenej kyseliny sírovej a kyseliny chlorovodíkovej, chloridových roztokov a väčšiny organických kyselín.

Titán je jedným z mála prvkov, ktoré spaľujú v čistom dusíku, pričom reagujú pri teplote 800 ° C (1470 ° F) na vytvorenie nitridu titánu. Vzhľadom na vysokú reaktivitu s kyslíkom, dusíkom a niektorými inými plynmi sa titánové filamenty používajú v titanových sublimačných čerpadlách ako zachytávače týchto plynov. Takéto čerpadlá sú lacné a spoľahlivo vytvárajú extrémne vysoké vákuové systémy extrémne nízky tlak.

Typické minerály obsahujúce titán sú anatáza, brookit, ilmenit, perovskit, rutil a titanit (sféna). Z týchto minerálov, iba rutil a ilmenit majú ekonomický význam, ale aj ťažko sa nachádzajú vo vysokých koncentráciách.

Titán sa nachádza v meteoritoch a našiel sa na hviezdach typu Sun a M s povrchovou teplotou 3200 ° C (5790 ° F).

V súčasnosti známe metódy extrakcie titánu z rôznych rúd sú časovo náročné a drahé.

Výroba a výroba

V súčasnosti sa vyvíja a používa približne 50 stupňov titánu a zliatin titánu. K dnešnému dňu sa uznáva 31 tried kovového titánu a zliatin, ktorých triedy 1 až 4 sú komerčne čisté (nelegované). Líšia sa v pevnosti v ťahu v závislosti od koncentrácie kyslíka, s triedou 1 je najviac ťažný (najnižšia pevnosť v ťahu s obsahom kyslíka 0,18%), a trieda 4 - najmenej plast (maximálna pevnosť v ťahu, aby obsah kyslíka 0,40% ).

Zvyšné triedy sú zliatiny, z ktorých každá má špecifické vlastnosti:

• plasticity;
• sila;
• húževnatosť;
• elektrický odpor;
• špecifická odolnosť proti korózii a ich kombinácie.

Okrem týchto špecifikácií, titánovej zliatiny sú tiež na splnenie požiadaviek v leteckom a obranných technológií (SAE-AMS, MIL-T), ISO noriem a špecifikácií pre konkrétne krajiny, rovnako ako požiadavky koncových užívateľov pre vzdušný priestor, armádu, lekárske a priemyselné aplikácie.

Komerčne čistý plochý výrobok (doska, doska) môže byť ľahko vytvorený, ale ošetrenie musí brať do úvahy skutočnosť, že kov má "pamäť" a tendenciu vrátiť sa späť. To platí najmä pre niektoré zliatiny s vysokou pevnosťou.

Titán sa často používa na výrobu zliatin:

• s hliníkom;
• s vanádom;
• s meďou (na tuhnutie);
• so železom;
• s mangánom;
• s molybdénom a inými kovmi.

aplikácie

Titánové zliatiny vo forme listov, dosiek, tyčí, drôtov, odliatkov sa používajú na priemyselných, leteckých, rekreačných a rozvíjajúcich sa trhoch. Práškový titán sa používa v pyrotechnike ako zdroj jasných horiacich častíc.

Vzhľadom k tomu, titánovej zliatiny majú vysokú pevnosť v ťahu k hustote, dobrú odolnosť proti korózii, únavu, vysokú odolnosť voči praskaniu a schopnosť odolávať stredne vysokú teplotnú odolnosť, sú používané v lietadlách, s výhradami, v námorných dopravných prostriedkov, kozmických lodí a rakiet.

Pre tieto aplikácie titánovej zliatiny hliníka, zirkónia, niklu, vanádu, a ďalšie prvky pre výrobu rôznych zložiek, vrátane kritických komponentov, požiarne steny, skrine, výfukového potrubia (helikoptéry) a hydraulického systému. V skutočnosti sa približne dve tretiny vyrobeného titánového kovu používajú v leteckých motoroch a rámoch.

Vzhľadom k tomu, titánových zliatin odolných voči morskej korózii, ktoré sa používajú na výrobu tepelných výmenníkov výrobné kĺbové hriadele, atď ... Tieto zliatiny sa používajú v skriniach a súčiastkach pozorovacích prístrojov na monitorovanie a námorné vedou a armádou.

Špecifické zliatiny sa používajú v studniach a ropných vrtoch a hydrometalurgii niklu pre ich vysokú pevnosť. Pri výrobe celulózy a papiera sa používa titán v spracovateľskom zariadení vystavenom korozívnym médiám, ako je chlórnan sodný alebo mokrý plynný chlór (pri bielení). Ďalšie aplikácie zahŕňajú ultrazvukové zváranie, spájkovanie vlnou.

Okrem toho sa tieto zliatiny používajú v automobiloch, najmä v automobilových a motocyklových pretekoch, kde je mimoriadne dôležitá nízka hmotnosť, vysoká pevnosť a tuhosť.

Titan je používaný v mnohých športových potrieb, ako sú tenisové rakety, golfové palice, šácht lakrossa- kriket, hokej, lakros a futbal prilby, rovnako ako rámov bicyklov a komponentov.

Vzhľadom na jeho trvanlivosť, titán stal sa viac populárne pre návrhárske šperky (najmä titánové prstene). Jeho inertnosť robí to dobrá voľba pre ľudí s alergiami, alebo tých, ktorí budú nosiť šperky v prostredí, ako sú bazény. Titán je tiež legovaný zlatom na výrobu zliatiny, ktorá sa môže predávať ako 24-karátové zlato, pretože 1% zliatiny Ti nestačí na to, aby vyžadovalo menšiu značku. Výsledná zliatina má približne tvrdosť 14 karátového zlata a je silnejšia ako čisté 24 karátové zlato.

preventívne opatrenia

Titán je netoxický aj pri vysokých dávkach. Vo forme prášku alebo vo forme kovových hoblín predstavuje vážne nebezpečenstvo požiaru a pri ohreve na vzduchu je riziko výbuchu.

Vlastnosti a využitie zliatin titánu

Nižšie je prehľad najbežnejších zliatin titánu, ktoré sú rozdelené do tried, ich vlastností, výhod a priemyselných aplikácií.

Trieda 7

Trieda 7 je mechanicky a fyzicky ekvivalentná čistému titánu triedy 2, s výnimkou pridania medziproduktu paládia, ktorý z neho robí zliatinu. Má vynikajúcu zvárateľnosť a pružnosť, najvyššiu koróznu odolnosť všetkých zliatin tohto typu.

Trieda 7 sa používa v chemických procesoch a súčastiach výrobných zariadení.

Stupeň 11

Trieda 11 je veľmi podobná triede 1, s výnimkou pridania paládia na zlepšenie odolnosti proti korózii, čo z neho spôsobuje zliatinu.

Ďalšie užitočné vlastnosti zahŕňajú optimálnu ťažnosť, pevnosť, húževnatosť a vynikajúcu zvárateľnosť. Táto zliatina sa môže použiť najmä v prípadoch, keď korózia spôsobuje problémy:

• chemická úprava;
• výroba chlorečnanov;
• odsoľovanie;
• námorné aplikácie.

Ti6Al-4V, trieda 5

Zvyčajne sa používa zliatina Ti6Al-4V alebo titánová trieda 5. To predstavuje 50% celkovej spotreby titánu na celom svete.

Jednoduchosť použitia spočíva v jeho mnohých výhodách. Ti6Al-4V sa môže tepelne spracovať, aby sa zlepšila jeho pevnosť. Táto zliatina má vysokú pevnosť pri nízkej hmotnosti.

Je to najlepšia zliatina, ktorú môžete použiť v niekoľkých odvetviach, ako je kozmický, lekársky, morský a chemický spracovateľský priemysel. Môže sa použiť pri vytváraní:

• letecké turbíny;
• komponenty motora;
• konštrukčné prvky lietadla;
• letecké spoje;
• vysoko výkonné automatické diely;
• športové vybavenie.

Ti 6AL-4V ELI, trieda 23

Trieda 23 - chirurgický titán. Zliatina Ti 6AL-4V ELI alebo trieda 23 je verzia s vyššou čistotou Ti6Al-4V. Môže byť vyrobený z valcov, nití, drôtov alebo plochých drôtov. Toto je najlepšia voľba pre každú situáciu, keď je potrebná kombinácia vysokej pevnosti, nízkej hmotnosti, dobrej odolnosti proti korózii a vysokej viskozity. Má vynikajúcu odolnosť voči poškodeniu.

Môže byť použitý v biomedicínskych aplikáciách, ako sú implantovateľné zložky kvôli svojej biokompatibilite, dobrá únavová sila. Môže sa tiež použiť pri chirurgických zákrokoch na výrobu takýchto štruktúr:

• ortopedické kolíky a skrutky;
• upínače pre ligatúru;
• chirurgické sponky;
• pružiny;
• ortodontické zariadenia;
• kryogénne nádoby;
• zariadenia na upevnenie kostí.

Trieda 12

Titánová trieda 12 má vynikajúcu kvalitu zvárateľnosti. Je to zliatina s vysokou pevnosťou, ktorá poskytuje vysokú pevnosť pri vysokých teplotách. Titanová trieda 12 má charakteristiky podobné sériu 300 z nehrdzavejúcej ocele.

Jeho schopnosť tvarovania rôznymi spôsobmi je užitočná v mnohých aplikáciách. Vysoká odolnosť proti korózii tejto zliatiny tiež robí to neoceniteľné pre výrobné zariadenia. Trieda 12 sa môže používať v nasledujúcich odvetviach:

• výmenníky tepla;
• hydrometalurgické aplikácie;
• chemická výroba so zvýšenou teplotou;
• námorné a letecké komponenty.

Ti5Al-2,5Sn

Ti5Al-2,5Sn je zliatina, ktorá môže poskytnúť dobrú zvárateľnosť so stabilitou. Má tiež vysokú teplotnú stabilitu a vysokú pevnosť.

Ti5Al-2.5Sn sa používa hlavne v leteckej sfére, ako aj v kryogénnych zariadeniach.