Titaniumegenskaper och egenskaper

Titanium är en stark och lätt eldfast metall. Titanlegeringar är avgörande för flygindustrin och används även inom medicinsk, kemisk och militär hårdvara och sportutrustning.

Flyg- och rymdapplikationer konto för 80% av titanförbrukningen, medan 20% av metallen används i rustning, medicinsk hårdvara och konsumentvaror.

• Atom symbol: Ti
• Atomnummer: 22
• Elementkategori: Övergångsmetall
• Densitet: 4,506 / cm³
• Smältpunkt: 1670 ° C (3038 ° F)
• Kokpunkt: 3287 ° C (5949 ° F)
• Moh's Hardness: 6

Alloys innehållande titan är kända för sin höga styrka, låga vikt och exceptionella korrosionsbeständighet. Trots att vara lika stark som stål, titan är ungefär 40% lättare i vikt.

Detta, tillsammans med dess motståndskraft mot kavitation (snabba tryckförändringar, som orsakar chockvågor, som kan försvaga eller skada metall med tiden) och erosion, gör det till en viktig strukturell metall för rymd ingenjörer.

Titan är också formidabel i sin motståndskraft mot korrosion av både vatten och kemiska medier. Denna motstånd är resultatet av ett tunt lager av titandioxid (TiO)

Titan har en låg elasticitetsmodul. Detta innebär att titan är mycket flexibel och kan återgå till sin ursprungliga form efter böjning. Minneslegeringar (legeringar som kan deformeras när de är kalla men som kommer att återgå till sin ursprungliga form när de värms upp) är viktiga för många moderna applikationer.

Titan är icke-magnetisk och biokompatibel (icke-giftig, icke-allergiframkallande), vilket har lett till ökad användning inom det medicinska området.

Användningen av titanmetall, i vilken form som helst, utvecklades först riktigt efter andra världskriget. Faktum är att titan inte isolerades som en metall förrän den amerikanska kemisten Matthew Hunter producerade det genom att reducera titantetraklorid (TiCl).₄) med natrium 1910; en metod som nu kallas Hunter-processen.

Kommersiell produktion kom dock inte förrän efter att William Justin Kroll visade att titan också kunde reduceras från klorid med användning av magnesium på 1930-talet. Kroll-processen är fortfarande den mest använda kommersiella produktionsmetoden fram till idag.

Efter att en kostnadseffektiv produktionsmetod utvecklats var titans första stora användning i militära flygplan. Både sovjetiska och amerikanska militära flygplan och ubåtar designade på 1950- och 1960-talet började använda titanlegeringar. I början av 1960-talet började titanlegeringar också användas av kommersiella flygplanstillverkare.

Det medicinska området, särskilt tandimplantat och protetik, vaknade till titan användbarhet efter den svenska doktorn Per-Ingvar Branemarks studier som går tillbaka till 1950-talet visade att titan utlöser inget negativt immunsvar hos människor, vilket gör att metallen kan integreras i våra kroppar i en process som han betecknade. osseointegration.

Även om titan är det fjärde vanligaste metallelementet i jordskorpan (bakom aluminium, järn och magnesium), produceras titanmetall är extremt känslig för förorening, särskilt av syre, vilket står för dess relativt senaste utveckling och höga kosta.

De huvudsakliga malmen som används vid den primära produktionen av titan är ilmenit och rutil, som står för cirka 90% och 10% av produktionen.

Nästan 10 miljoner ton titanium mineralkoncentrat producerades 2015, även om det bara var en en liten fraktion (cirka 5%) av titankoncentrat som produceras varje år hamnar slutligen i titan metall. Istället används de flesta för produktion av titandioxid (TiO)₂), en blekning pigment används i färger, livsmedel, mediciner och kosmetika.

I det första steget i Kroll-processen krossas och värms titanmalm med koks kol i en kloratmosfär för att producera titantetraklorid (TiCl).₄). Kloriden fångas sedan och skickas genom en kondensor, som producerar en titankloridvätska som är mer 99% ren.

Titantetrakloriden skickas sedan direkt in i kärl innehållande smält magnesium. För att undvika syrekontaminering görs detta inert genom tillsats av argongas.

Under den påföljande destillationsprocessen, som kan ta ett antal dagar, upphettas kärlet till 1832 ° F (1000 ° C). Magnesiumet reagerar med titankloriden, strippar kloriden och producerar elementärt titan och magnesiumklorid.

Den fibrösa titan som produceras som ett resultat kallas titansvamp. För att producera titanlegeringar och titanstänger med hög renhet kan titansvamp smältas med olika legeringselement med hjälp av en elektronstråle, plasmabåge eller vakuumbågsmältning.