Le titane sous forme d'oxyde (IV) a été découvert par le minéralogiste amateur anglais W. Gregor en 1791 dans les sables ferrugineux magnétiques de la ville de Menakan (Angleterre) ; en 1795, le chimiste allemand M. G. Klaproth établit que le minéral rutile est un oxyde naturel du même métal, qu'il nomme "titane" [dans la mythologie grecque, les titans sont les enfants d'Uranus (Ciel) et de Gaïa (Terre)]. Il n'a pas été possible d'isoler le titane sous sa forme pure pendant longtemps ; ce n'est qu'en 1910 que le scientifique américain M. A. Hunter a obtenu du titane métallique en chauffant son chlorure avec du sodium dans une bombe en acier scellée ; le métal qu'il a obtenu n'était ductile qu'à des températures élevées et cassant à température ambiante en raison de la forte teneur en impuretés. L'opportunité d'étudier les propriétés du titane pur n'est apparue qu'en 1925, lorsque les scientifiques néerlandais A. Van Arkel et I. de Boer ont obtenu un plastique métallique de haute pureté à basse température par dissociation thermique de l'iodure de titane.
Répartition du Titane dans la nature. Le titane est l'un des éléments communs, sa teneur moyenne dans la croûte terrestre (clarke) est de 0,57% en poids (parmi les métaux de structure, il occupe la 4ème place en termes de prévalence, derrière le fer, l'aluminium et le magnésium). Le titane se trouve surtout dans les roches basiques de la "coquille de basalte" (0,9%), moins dans les roches de la "coquille de granit" (0,23%) et encore moins dans les roches ultrabasiques (0,03%), etc. Aux roches , enrichies en Titane, on peut citer les pegmatites de roches basiques, les roches alcalines, les syénites et les pegmatites associées, et autres. Il existe 67 minéraux connus Titane, principalement d'origine ignée; les plus importants sont le rutile et l'ilménite.
Le titane est principalement dispersé dans la biosphère. Dans l'eau de mer, il contient 10 -7%; Titan est un migrant faible.
Propriétés physiques du titane. Le titane existe sous la forme de deux modifications allotropiques : en dessous d'une température de 882,5 °C, la forme α à réseau hexagonal compact est stable (a = 2,951Å, c = 4,679Å), et au-dessus de cette température, la forme β -forme avec un réseau cubique centré a = 3,269 Å. Les impuretés et les dopants peuvent modifier considérablement la température de transformation α/β.
La densité de la forme a à 20°C est de 4,505 g/cm 3 et à 870°C de 4,35 g/cm 3 ; formes ß à 900°C 4,32 g/cm 3 ; rayon atomique Ti 1,46 Å, rayons ioniques Ti + 0,94 A, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Tpoint de fusion 1668°C, Tbp 3227°C; conductivité thermique dans la plage de 20-25°C 22,065 W/(m K); coefficient de température de dilatation linéaire à 20°С 8,5·10 -6 , dans la plage de 20-700°С 9,7·10 -6 ; capacité calorifique 0,523 kJ/(kg K) ; résistivité électrique 42,1 10 -6 ohm cm à 20 °C ; coefficient de température de la résistance électrique 0,0035 à 20 °C ; a une supraconductivité inférieure à 0,38 K. Le titane est paramagnétique, la susceptibilité magnétique spécifique est de 3,2·10 -6 à 20 °C. Résistance à la traction 256 MN/m 2 (25,6 kgf/mm 2), allongement relatif 72%, dureté Brinell inférieure à 1000 MN/m 2 (100 kgf/mm 2). Le module d'élasticité normale est de 108 000 MN / m 2 (10 800 kgf / mm 2). Métal de haute pureté forgé à température normale.
Le titane technique utilisé dans l'industrie contient des impuretés d'oxygène, d'azote, de fer, de silicium et de carbone, qui augmentent sa résistance, réduisent sa ductilité et affectent la température de transformation polymorphe, qui se produit dans la plage de 865 à 920 °C. Pour les nuances de titane techniques VT1-00 et VT1-0, la densité est d'environ 4,32 g/cm3, la résistance à la traction est de 300-550 MN/m2 (30-55kgf/mm2), l'allongement n'est pas inférieur à 25 %, la dureté Brinell est 1150 -1650 MN/m2 (115-165 kgf/mm2). La configuration de la couche électronique externe de l'atome de Ti est 3d 2 4s 2 .
Propriétés chimiques du titane. Le titane pur est un élément de transition chimiquement actif ; dans les composés, il a des états d'oxydation de +4, moins souvent +3 et +2. Aux températures ordinaires et jusqu'à 500-550 ° C, il résiste à la corrosion, ce qui s'explique par la présence d'un film d'oxyde fin mais résistant à sa surface.
Il interagit sensiblement avec l'oxygène atmosphérique à des températures supérieures à 600 ° C avec la formation de TiO 2. Les copeaux de titane minces avec une lubrification insuffisante peuvent prendre feu pendant l'usinage. Avec une concentration suffisante d'oxygène dans l'environnement et des dommages au film d'oxyde par impact ou frottement, il est possible que le métal s'enflamme à température ambiante et en morceaux relativement gros.
Le film d'oxyde ne protège pas le titane à l'état liquide d'une interaction ultérieure avec l'oxygène (contrairement, par exemple, à l'aluminium), et par conséquent sa fusion et sa soudure doivent être effectuées sous vide, dans une atmosphère de gaz neutre ou immergées. Le titane a la capacité d'absorber les gaz atmosphériques et l'hydrogène, formant des alliages fragiles inadaptés à une utilisation pratique ; en présence d'une surface activée, l'absorption d'hydrogène se produit déjà à température ambiante à une faible vitesse, qui augmente considérablement à 400 °C et plus. La solubilité de l'hydrogène dans le titane est réversible et ce gaz peut être éliminé presque complètement par recuit sous vide. Le titane réagit avec l'azote à des températures supérieures à 700 °C et des nitrures de type TiN sont obtenus ; sous forme de poudre fine ou de fil, le titane peut brûler dans une atmosphère d'azote. Le taux de diffusion de l'azote et de l'oxygène dans Titan est bien inférieur à celui de l'hydrogène. La couche obtenue à la suite de l'interaction avec ces gaz se caractérise par une dureté et une fragilité accrues et doit être éliminée de la surface des produits en titane par gravure ou usinage. Le titane réagit vigoureusement avec les halogènes secs et est stable vis-à-vis des halogènes humides, car l'humidité joue le rôle d'inhibiteur.
Le métal est stable dans l'acide nitrique de toutes concentrations (à l'exception de l'acide fumant rouge, qui provoque une fissuration par corrosion du titane, et la réaction s'accompagne parfois d'une explosion), dans des solutions faibles d'acide sulfurique (jusqu'à 5 % en poids) . Acides chlorhydrique, fluorhydrique, sulfurique concentré, ainsi que les acides organiques chauds : les acides oxalique, formique et trichloroacétique réagissent avec le titane.
Le titane est résistant à la corrosion dans l'air atmosphérique, l'eau de mer et l'atmosphère marine, dans le chlore humide, l'eau chlorée, les solutions de chlorure chaudes et froides, dans diverses solutions technologiques et réactifs utilisés dans les industries chimiques, pétrolières, papetières et autres, ainsi que dans hydrométallurgie. Le titane forme des composés de type métal avec C, B, Se, Si, qui se caractérisent par une dureté réfractaire et élevée. Le carbure TiC (point de fusion 3140 °C) est obtenu en chauffant un mélange de TiO 2 avec de la suie à 1900-2000 °C dans une atmosphère d'hydrogène ; nitrure TiN (t pl 2950 °C) - en chauffant de la poudre de titane dans de l'azote à une température supérieure à 700 °C. Les siliciures TiSi 2 , TiSi et les borures TiB, Ti 2 B 5 , TiB 2 sont connus. A une température de 400-600 °C, le titane absorbe l'hydrogène avec formation de solutions solides et d'hydrures (TiH, TiH 2). Lorsque TiO 2 est fusionné avec des alcalis, des sels d'acide de titane de méta- et orthotitanates (par exemple, Na 2 TiO 3 et Na 4 TiO 4), ainsi que des polytitanates (par exemple, Na 2 Ti 2 O 5 et Na 2 Ti 3 O 7) se forment. Les titanates comprennent les minéraux les plus importants du titane, par exemple l'ilménite FeTiO 3 , la pérovskite CaTiO 3 . Tous les titanates sont légèrement solubles dans l'eau. L'oxyde de titane (IV), les acides titaniques (précipités) et les titanates sont dissous dans de l'acide sulfurique pour former des solutions contenant du sulfate de titanyle TiOSO 4 . Lorsque les solutions sont diluées et chauffées, H 2 TiO 3 précipite à la suite de l'hydrolyse, à partir de laquelle l'oxyde de titane (IV) est obtenu. Lorsque du peroxyde d'hydrogène est ajouté à des solutions acides contenant des composés de Ti (IV), des acides peroxydes (pertitaniques) de composition H 4 TiO 5 et H 4 TiO 8 et leurs sels correspondants se forment; ces composés sont colorés en jaune ou en rouge orangé (selon la concentration de Titane), qui est utilisé pour la détermination analytique du Titane.
Obtenir un Titan. La méthode la plus courante pour obtenir du titane métallique est la méthode thermique au magnésium, c'est-à-dire la réduction du tétrachlorure de titane avec du magnésium métallique (moins fréquemment, du sodium):
TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2.
Dans les deux cas, les minerais d'oxyde de titane - rutile, ilménite et autres - servent de matière première initiale. Dans le cas des minerais de type ilménite, le titane sous forme de laitier est séparé du fer par fusion dans des fours électriques. Le laitier (ainsi que le rutile) est soumis à une chloration en présence de carbone pour former du tétrachlorure de titane qui, après purification, entre dans le réacteur de réduction sous atmosphère neutre.
Le titane est obtenu dans ce procédé sous forme spongieuse et, après broyage, est refondu dans des fours à arc sous vide en lingots avec l'introduction d'additifs d'alliage, si un alliage est requis. La méthode magnésium-thermique permet de créer une production industrielle de titane à grande échelle avec un cycle technologique fermé, puisque le sous-produit formé lors de la réduction - le chlorure de magnésium est envoyé à l'électrolyse pour obtenir du magnésium et du chlore.
Dans un certain nombre de cas, il est avantageux d'utiliser des procédés de métallurgie des poudres pour la fabrication d'articles en titane et ses alliages. Pour obtenir des poudres particulièrement fines (par exemple, pour la radioélectronique), la réduction de l'oxyde de titane (IV) avec de l'hydrure de calcium peut être utilisée.
Application de titane. Les principaux avantages du titane par rapport aux autres métaux de structure : une combinaison de légèreté, de solidité et de résistance à la corrosion. Les alliages de titane dans l'absolu, et plus encore en résistance spécifique (c'est-à-dire la résistance liée à la densité) surpassent la plupart des alliages à base d'autres métaux (par exemple, le fer ou le nickel) à des températures de -250 à 550 ° C, et ils sont corrosifs comparables aux alliages de métaux nobles. Cependant, le titane n'a commencé à être utilisé comme matériau de structure indépendant que dans les années 50 du XXe siècle en raison des grandes difficultés techniques de son extraction des minerais et de son traitement (c'est pourquoi le titane était classiquement classé comme métal rare). La majeure partie de Titanium est consacrée aux besoins de l'aviation et de la technologie des fusées et de la construction navale. Les alliages de titane avec du fer, appelés "ferrotitanium" (20-50% de titane), dans la métallurgie des aciers de haute qualité et des alliages spéciaux servent d'additif d'alliage et de désoxydant.
Le titane technique est utilisé pour fabriquer des réservoirs, des réacteurs chimiques, des pipelines, des raccords, des pompes et d'autres produits fonctionnant dans des environnements agressifs, par exemple en génie chimique. Les équipements en titane sont utilisés dans l'hydrométallurgie des métaux non ferreux. Il est utilisé pour couvrir les produits en acier. L'utilisation du titane dans de nombreux cas donne un grand effet technique et économique, non seulement en raison d'une augmentation de la durée de vie des équipements, mais aussi de la possibilité d'intensifier les processus (comme, par exemple, dans l'hydrométallurgie du nickel). La sécurité biologique du titane en fait un excellent matériau pour la fabrication d'équipements de Industrie alimentaire et en chirurgie réparatrice. Dans des conditions de grand froid, la résistance du Titane augmente tout en conservant une bonne ductilité, ce qui permet de l'utiliser comme matériau de structure pour la technologie cryogénique. Le titane se prête bien au polissage, à l'anodisation de couleur et à d'autres méthodes de finition de surface, et est donc utilisé pour la fabrication de divers produits artistiques, y compris la sculpture monumentale. Un exemple est le monument de Moscou, érigé en l'honneur du lancement du premier satellite artificiel de la Terre. À partir de composés de titane valeur pratique ont des oxydes, des halogénures, ainsi que des siliciures utilisés dans la technologie à haute température ; borures et leurs alliages utilisés comme modérateurs dans le nucléaire centrales électriques en raison de leur caractère réfractaire et de leur grande section efficace de capture de neutrons. Le carbure de titane, qui a une dureté élevée, fait partie de l'outil alliages durs utilisé pour la fabrication d'outils de coupe et comme matériau abrasif.
L'oxyde de titane (IV) et le titanate de baryum servent de base aux céramiques de titane, et le titanate de baryum est le ferroélectrique le plus important.
Titane dans le corps. Le titane est constamment présent dans les tissus des plantes et des animaux. Dans les plantes terrestres, sa concentration est d'environ 10 -4%, dans les plantes marines - de 1,2 10 -3 à 8 10 -2%, dans les tissus des animaux terrestres - moins de 2 10 -4%, marins - de 2 10 - 4 à 2 10 -2%. S'accumule chez les vertébrés principalement dans les formations cornées, la rate, les glandes surrénales, la glande thyroïde, le placenta ; mal absorbé par le tractus gastro-intestinal. Chez l'homme, l'apport quotidien de titane avec de la nourriture et de l'eau est de 0,85 mg ; excrété dans l'urine et les fèces (0,33 et 0,52 mg, respectivement).
Le métal spatial, le matériau du futur, transformant un rêve en réalité - tout est dans le titane, blanc argenté, solide et léger. Occupant la neuvième place en termes de prévalence dans la nature, il a fait ses preuves dans les industries aérospatiale et pétrochimique, la construction mécanique et la médecine. Le métal miracle a même été découvert d'une manière inhabituelle, et l'étude de ses propriétés a aidé l'humanité à atteindre un nouveau niveau de développement.
Histoire de la découverte des métaux
Tout a commencé en 1791, lorsque, indépendamment l'un de l'autre, à la fois W. Gregor (Angleterre) et M. G. Klaproth (Allemagne) a reçu du dioxyde de titane, mais n'a pas réussi à en isoler une substance pure. Le minéralogiste et, à temps partiel, le curé du village Gregor a étudié le sable noir ferrugineux trouvé dans les environs de sa paroisse. Le résultat a été l'extraction d'un composé de titane - des grains brillants, dont le nom "menakin" (du minéral menakanite) a immortalisé les lieux d'origine de l'Anglais.
À peu près à la même époque, le chimiste Klaproth, étudiant les sables rouges apportés de Hongrie, découvrit une nouvelle substance dans le minéral rutile et l'appela "titane". Et, quelques années plus tard, il a prouvé que la terre rutile et la terre menaken sont les mêmes composés. En 1825, le chimiste suédois Berzelius obtient le premier échantillon de titane métallique, mais cela n'a pas permis de progresser dans l'étude des propriétés, car les impuretés rendaient l'échantillon cassant et impropre à l'usinage.
Ce n'est qu'en 1925 que les chimistes néerlandais van Arkel et de Boer, utilisant la décomposition thermique de l'iodure de titane, qui n'était pas largement utilisé, ont obtenu une substance d'une pureté de 99,9%. Un tel métal avait de la plasticité, il pouvait être enroulé en feuilles, en fil et en feuille. Cela a permis de commencer une étude à grande échelle des propriétés physiques et chimiques, d'attirer l'attention des ingénieurs et des constructeurs et de définir les domaines d'application. Et déjà en 1940, le procédé Kroll de réduction du tétrachlorure de titane avec du magnésium est apparu, qui est utilisé avec succès à ce jour.
Théories de l'origine des noms
Il existe deux théories sur l'origine du nom :
Trouver du titane dans la nature
Titan prend une honorable quatrième place en termes de contenu dans la croûte terrestre parmi les métaux importants pour l'homme, juste derrière le fer, le magnésium et l'aluminium. Sa quantité maximale est concentrée dans la couche inférieure de basalte, un peu moins - dans le granit. Compte tenu de l'activité chimique élevée, il n'est pas possible de trouver du titane pur. Les plus courants sont les oxydes tétravalents, concentrés dans les minerais de la croûte altérée et dans l'argile marine.
Aujourd'hui, il existe jusqu'à 75 minéraux de titane, et les scientifiques annoncent périodiquement la découverte de plus en plus de nouvelles formes et composés. Pour la transformation industrielle, les plus importantes sont :
Le titane est un faible migrant, il ne peut être transporté que sous forme de fragments mécaniques de roche ou lors du déplacement de limon colloïdal couches de masses d'eau. La biosphère est caractérisée par le contenu des quantités maximales de ce métal dans les algues, chez les animaux, il se trouve dans les tissus laineux et cornés, dans le corps humain, il est présent dans la glande thyroïde, la rate, les glandes surrénales et le placenta.
Dépôts de matériaux spatiaux
Les gisements les plus courants sont l'ilménite, ils s'élèvent à environ 800 millions de tonnes. Les réserves de minerais de rutile sont beaucoup plus petites, mais tout en maintenant la croissance de la production, toutes peuvent fournir l'humanité pendant encore 100 ans. En termes de réserves de titane, la Russie est juste derrière la Chine et compte 20 gisements explorés. La plupart d'entre eux sont complexes, où le fer, le phosphore, le vanadium et le zirconium sont également extraits. Aujourd'hui le plus grand fabricant au monde le titane est considéré comme la société métallurgique russe VSMPO-AVISMA.
De vastes gisements sont situés sur le territoire de l'Afrique du Sud, de l'Ukraine, du Canada, des États-Unis, du Brésil, de l'Australie, de la Suède, de la Norvège, de l'Égypte, du Kazakhstan, de l'Inde et de la Corée du Sud. Ils diffèrent par la teneur en métal des minerais et le volume de production, les études géologiques ne s'arrêtent pas. Même sur la Lune, des réserves de minerais contenant du titane ont été découvertes, dont certaines sont des dizaines de fois plus riches que les grands gisements de la Terre. Cela permet d'espérer une baisse des prix de marché du métal et un élargissement du champ d'utilisation.
Propriétés physiques de l'élément
Le titane - un élément chimique du tableau périodique de Mendeleïev, appartient au groupe IV de la quatrième période. Il a un numéro atomique de 22, une masse molaire de 47,867, est désigné par le symbole Ti et présente des états d'oxydation de 2 à 4, ses composés tétravalents sont les plus stables. Sous pression normale, le point de fusion du titane est de 1670 ± 2 °C, il appartient aux métaux réfractaires non ferreux et ressemble à l'acier en apparence.
Dureté, plasticité et limite d'élasticité- paramètres importants pour tout métal qui déterminent la portée. Le titane est 12 fois plus résistant que l'aluminium, 4 fois plus résistant que le cuivre et le fer. Et il est également beaucoup plus léger que tous (la densité du titane n'est que de 4,54 g / cm 3) et est librement traité par soudage, rivetage, forgeage et laminage. Les caractéristiques importantes comprennent une faible conductivité thermique et une conductivité électrique, qui restent inchangées même à des températures élevées.
Le titane présente des propriétés paramagnétiques : il n'est pas magnétisé dans un champ magnétique, comme le nickel et le fer, et n'est pas expulsé, comme l'argent et l'or. Ses mauvaises propriétés antifriction sont dues à son adhérence à de nombreux matériaux. Les indicateurs de résistance à la corrosion et de résistance aux contraintes mécaniques sont uniques : les plaques de titane qui reposent sur le fond marin depuis dix ans ne subiront pas de changements d'apparence et de composition, et le fer se décomposera complètement pendant ce temps.
Propriétés chimiques
La résistance élevée à la corrosion s'explique par le fait que, dans des conditions normales, un film d'oxyde est présent sur la surface métallique. Cependant, sous forme de poudre, de copeaux fins ou de fil, il est capable d'auto-inflammation et d'explosion. Le titane est résistant aux solutions aqueuses de chlore et à de nombreux alcalis et acides dilués, à l'exception des fluorhydriques, orthophosphoriques et sulfuriques. Le soudage et la fusion sont effectués sous vide, car avec un chauffage même léger, l'une des principales propriétés du titane se manifeste - l'absorption active des gaz de l'atmosphère environnante.
La réaction avec l'hydrogène, qui commence à 60 °C, est réversible, les hydrures résultants se décomposent à nouveau lorsqu'ils sont chauffés. Dans l'air à 1200 °C le titane brûle avec une flamme blanche brillante, et lui seul peut brûler dans une atmosphère d'azote à des températures supérieures à 400 ° C avec formation de nitrures. Pour l'interaction avec les halogènes conditions nécessaires sont l'absence d'humidité et la présence d'un catalyseur - haute température. Lorsqu'il réagit avec du carbone, un carbure extra-dur est obtenu. Avec la plupart des métaux, le titane forme des alliages structuraux ou résistants à la chaleur et des composés intermétalliques à haute résistance, et est souvent utilisé comme composant d'alliage important.
Méthode d'obtention à partir de matières premières
La matière première initiale est le dioxyde de titane, qui contient peu d'impuretés étrangères. Pour cela, il faut un concentré de rutile, obtenu par enrichissement du minerai. Mais ses réserves mondiales sont faibles et le laitier de titane (rutile synthétique) est plus souvent utilisé, obtenu par traitement thermique - enrichissement de concentrés d'ilménite dans un four à arc électrique. En conséquence, le fer sous forme de fonte est collecté au fond d'un bain spécial et il reste une poudre grise - du laitier contenant de l'oxyde de titane. Il est broyé, mélangé à du charbon, briqueté et chloré dans des fours, où des vapeurs de tétrachlorure de titane se forment à 800 °C en présence de carbone.
Ensuite, ils sont purifiés dans des réacteurs spéciaux. réduit avec du magnésium à 950 °C. Une masse poreuse frittée, une éponge de titane, se forme sur les parois, qui est calcinée sous vide pour se séparer des composés de magnésium. Pour fabriquer des lingots de titane, l'éponge obtenue est fondue dans des fours à arc sous vide. Cela protège le métal de l'oxydation et contribue à la libération finale des impuretés. Des lingots finis d'une pureté allant jusqu'à 99,7 % sont utilisés pour le traitement sous pression (laminage, emboutissage, forgeage).
Applications principales
Il est difficile de décrire tous les domaines de la vie où il y avait une place pour le titane, mais parmi les principaux domaines on peut noter :
Le champ d'application du titane est en constante expansion, il est contraint par la complexité et l'intensité énergétique du processus d'obtention d'une substance pure. C'est en partie pourquoi le fer et l'aluminium traditionnels sont toujours bien en place aujourd'hui. Le titane est cher. Le prix du métal sous forme de concentré est des centaines de fois inférieur au coût produits finis, par exemple, la tôle. Aujourd'hui, ces dépenses sont loin d'être accessibles à tous, de sorte que l'utilisation du titane détermine le niveau de développement économique et la capacité de défense de l'État.
Propriétés physiques et chimiques du titane, obtention du titane
L'utilisation du titane sous forme pure et sous forme d'alliages, l'utilisation du titane sous forme de composés, l'effet physiologique du titane
Section 1. Histoire et occurrence du titane dans la nature.
Titan -c'estélément d'un sous-groupe secondaire du quatrième groupe, la quatrième période système périodiqueéléments chimiques de D. I. Mendeleïev, de numéro atomique 22. La substance simple titane (numéro CAS : 7440-32-6) est un métal blanc argenté clair. Il existe en deux modifications cristallines : α-Ti avec un réseau hexagonal compact, β-Ti avec un garnissage cubique centré, la température de la transformation polymorphe α↔β est de 883 °C. Point de fusion 1660±20 °C.
Histoire et présence dans la nature du titane
Titan a été nommé d'après les anciens caractères grecs Titans. Le chimiste allemand Martin Klaproth l'a nommé ainsi pour ses raisons personnelles, contrairement aux Français qui ont essayé de donner des noms conformes aux caractéristiques chimiques de l'élément, mais depuis lors, les propriétés de l'élément étaient inconnues, un tel nom a été choisi.
Le titane est le 10e élément en nombre sur notre planète. La quantité de titane dans la croûte terrestre est de 0,57 % en poids et de 0,001 milligramme pour 1 litre d'eau de mer. Les gisements de titane sont situés sur le territoire de : la République d'Afrique du Sud, l'Ukraine, la Russie, le Kazakhstan, le Japon, l'Australie, l'Inde, Ceylan, le Brésil et la Corée du Sud.
En termes de propriétés physiques, le titane est un métal légèrement argenté. De plus, il se caractérise par une viscosité élevée lors de l'usinage et a tendance à coller à l'outil de coupe. Des lubrifiants spéciaux ou une pulvérisation sont donc utilisés pour éliminer cet effet. À température ambiante, il est recouvert d'un film d'oxyde de TiO2 translucide, grâce auquel il résiste à la corrosion dans la plupart des environnements agressifs, à l'exception des alcalis. La poussière de titane a la capacité d'exploser, avec un point d'éclair de 400 °C. Les copeaux de titane sont inflammables.
Pour produire du titane pur ou ses alliages, dans la plupart des cas, le dioxyde de titane est utilisé avec un petit nombre de composés inclus. Par exemple, un concentré de rutile obtenu par enrichissement de minerais de titane. Mais les réserves de rutile sont extrêmement faibles et, à cet égard, le laitier dit de rutile synthétique ou de titane, obtenu lors du traitement des concentrés d'ilménite, est utilisé.
Le découvreur du titane est considéré comme un moine anglais de 28 ans, William Gregor. En 1790, alors qu'il menait des prospections minéralogiques dans sa paroisse, il attira l'attention sur la prédominance et les propriétés inhabituelles du sable noir dans la vallée de Menaken au sud-ouest de l'Angleterre et commença à l'explorer. Dans le sable, le prêtre a trouvé des grains d'un minéral noir brillant, attirés par un aimant ordinaire. Obtenu en 1925 par Van Arkel et de Boer par la méthode de l'iodure, le titane le plus pur s'est avéré être un métal ductile et technologique aux nombreuses propriétés précieuses qui a attiré l'attention d'un large éventail de designers et d'ingénieurs. En 1940, Croll proposa une méthode thermique au magnésium pour extraire le titane des minerais, qui est encore la principale à l'heure actuelle. En 1947, les premiers 45 kg de titane commercialement pur ont été produits.
Dans le système périodique des éléments de Mendeleïev, le titane porte le numéro de série 22. La masse atomique du titane naturel, calculée à partir des résultats des études de ses isotopes, est de 47,926. Ainsi, le noyau d'un atome de titane neutre contient 22 protons. Le nombre de neutrons, c'est-à-dire de particules neutres non chargées, est différent : le plus souvent 26, mais peut varier de 24 à 28. Par conséquent, le nombre d'isotopes du titane est différent. Au total, on connaît désormais 13 isotopes de l'élément n° 22. Le titane naturel est constitué d'un mélange de cinq isotopes stables, le titane-48 est le plus représenté, sa part dans les minerais naturels est de 73,99 %. Le titane et les autres éléments du sous-groupe IVB ont des propriétés très similaires aux éléments du sous-groupe IIIB (groupe scandium), bien qu'ils diffèrent de ces derniers par leur capacité à présenter une grande valence. La similitude du titane avec le scandium, l'yttrium, ainsi qu'avec les éléments du sous-groupe VB - vanadium et niobium, s'exprime également dans le fait que le titane se trouve souvent dans les minéraux naturels avec ces éléments. Avec les halogènes monovalents (fluor, brome, chlore et iode), il peut former des composés di-tri- et tétra, avec le soufre et les éléments de son groupe (sélénium, tellure) - mono- et disulfures, avec l'oxygène - oxydes, dioxydes et trioxydes .
Le titane forme également des composés avec l'hydrogène (hydrures), l'azote (nitrures), le carbone (carbures), le phosphore (phosphures), l'arsenic (arsides), ainsi que des composés avec de nombreux métaux - composés intermétalliques. Le titane forme non seulement des composés simples, mais également de nombreux composés complexes ; nombre de ses composés avec des substances organiques sont connus. Comme le montre la liste des composés dans lesquels le titane peut participer, il est chimiquement très actif. Et en même temps, le titane est l'un des rares métaux avec une résistance à la corrosion exceptionnellement élevée : il est pratiquement éternel dans l'air, dans l'eau froide et bouillante, il est très résistant dans l'eau de mer, dans les solutions de nombreux sels, inorganiques et organiques acides. En termes de résistance à la corrosion dans l'eau de mer, il surpasse tous les métaux, à l'exception des métaux nobles - or, platine, etc., la plupart des types d'acier inoxydable, de nickel, de cuivre et d'autres alliages. Dans l'eau, dans de nombreux environnements agressifs, le titane pur n'est pas sujet à la corrosion. Le titane résiste également à la corrosion par érosion résultant d'une combinaison d'effets chimiques et mécaniques sur le métal. À cet égard, il n'est pas inférieur aux meilleures marques. aciers inoxydables, alliages à base de cuivre et autres matériaux de structure. Le titane résiste également bien à la corrosion par fatigue, qui se manifeste souvent sous la forme de violations de l'intégrité et de la résistance du métal (fissuration, centres de corrosion locaux, etc.). Le comportement du titane dans de nombreux environnements agressifs, tels que l'azote, le chlorhydrique, le sulfurique, "l'eau régale" et d'autres acides et alcalis, est surprenant et admirable pour ce métal.
Le titane est un métal très réfractaire. On a longtemps cru qu'il fondait à 1800°C, mais au milieu des années 50. Les scientifiques anglais Diardorf et Hayes ont établi le point de fusion du titane élémentaire pur. Il s'élevait à 1668 ± 3 ° C. En termes de réfractaire, le titane n'est inférieur qu'à des métaux tels que le tungstène, le tantale, le niobium, le rhénium, le molybdène, les platinoïdes, le zirconium et, parmi les principaux métaux de structure, il occupe la première place. La caractéristique la plus importante du titane en tant que métal est ses propriétés physiques et chimiques uniques : faible densité, haute résistance, dureté, etc. L'essentiel est que ces propriétés ne changent pas de manière significative à des températures élevées.
Le titane est un métal léger, sa masse volumique à 0°C n'est que de 4,517 g/cm8, et à 100°C elle est de 4,506 g/cm3. Le titane appartient au groupe des métaux dont la masse volumique est inférieure à 5 g/cm3. Cela inclut tous les métaux alcalins (sodium, cadium, lithium, rubidium, césium) avec une densité de 0,9 à 1,5 g/cm3, le magnésium (1,7 g/cm3), l'aluminium (2,7 g/cm3) etc. Le titane est plus que 1,5 fois plus lourd que l'aluminium, et en cela, bien sûr, il y perd, mais il est 1,5 fois plus léger que le fer (7,8 g/cm3). Cependant, occupant une position intermédiaire entre l'aluminium et le fer en densité spécifique, le titane les surpasse plusieurs fois dans ses propriétés mécaniques.). Le titane a une dureté importante : il est 12 fois plus dur que l'aluminium, 4 fois plus dur que le fer et le cuivre. Une autre caractéristique importante d'un métal est sa limite d'élasticité. Plus il est élevé, plus les pièces constituées de ce métal résistent mieux aux charges opérationnelles. La limite d'élasticité du titane est presque 18 fois supérieure à celle de l'aluminium. La résistance spécifique des alliages de titane peut être augmentée d'un facteur de 1,5 à 2. Ses propriétés mécaniques élevées sont bien conservées à des températures pouvant atteindre plusieurs centaines de degrés. Le titane pur convient à tous les types de traitement à chaud et à froid : il peut être forgé comme le fer, étiré et même transformé en fil, roulé en feuilles, rubans et feuilles jusqu'à 0,01 mm d'épaisseur.
Contrairement à la plupart des métaux, le titane a une résistance électrique importante : si la conductivité électrique de l'argent est de 100, la conductivité électrique du cuivre est de 94, celle de l'aluminium de 60, celle du fer et du platine de -15 et celle du titane de seulement 3,8. Le titane est un métal paramagnétique, il n'est pas magnétisé comme le fer dans un champ magnétique, mais il n'en est pas expulsé comme le cuivre. Sa susceptibilité magnétique est très faible, cette propriété peut être utilisée dans la construction. Le titane a une conductivité thermique relativement faible, seulement 22,07 W / (mK), ce qui est environ 3 fois inférieur à la conductivité thermique du fer, 7 fois inférieur au magnésium, 17 à 20 fois inférieur à l'aluminium et au cuivre. En conséquence, le coefficient de dilatation thermique linéaire du titane est inférieur à celui des autres matériaux de structure: à 20 C, il est 1,5 fois inférieur à celui du fer, 2 - pour le cuivre et presque 3 - pour l'aluminium. Ainsi, le titane est un mauvais conducteur d'électricité et de chaleur.
Aujourd'hui, les alliages de titane sont largement utilisés dans technologie aéronautique. Les alliages de titane ont d'abord été utilisés à l'échelle industrielle dans la construction de moteurs à réaction d'avions. L'utilisation du titane dans la conception des turboréacteurs permet de réduire leur poids de 10...25 %. En particulier, les disques et les aubes des compresseurs, les pièces d'admission d'air, les aubes directrices et les fixations sont en alliages de titane. Les alliages de titane sont indispensables pour les avions supersoniques. La croissance des vitesses de vol avion conduit à une augmentation de la température de la peau, de sorte que les alliages d'aluminium ne répondent plus aux exigences imposées par la technologie aéronautique à des vitesses supersoniques. La température de la peau dans ce cas atteint 246...316 °C. Dans ces conditions, les alliages de titane se sont avérés être le matériau le plus acceptable. Dans les années 70, l'utilisation d'alliages de titane pour la cellule des avions civils a considérablement augmenté. Dans un avion moyen-courrier TU-204 poids total pièces en alliages de titane est de 2570 kg. L'utilisation du titane dans les hélicoptères se développe progressivement, principalement pour des parties du système de rotor principal, de l'entraînement et du système de contrôle. Une place importante est occupée par les alliages de titane dans la science des fusées.
En raison de la haute résistance à la corrosion dans l'eau de mer, le titane et ses alliages sont utilisés dans la construction navale pour la fabrication d'hélices, de revêtements de navires, de sous-marins, de torpilles, etc. Les coquilles ne collent pas au titane et à ses alliages, ce qui augmente fortement la résistance du navire lorsqu'il se déplace. Progressivement, les domaines d'application du titane s'élargissent. Le titane et ses alliages sont utilisés dans les industries chimiques, pétrochimiques, pâtes et papiers et alimentaires, la métallurgie non ferreuse, l'ingénierie énergétique, l'électronique, la technologie nucléaire, la galvanoplastie, dans la fabrication d'armes, pour la fabrication de plaques de blindage, d'instruments chirurgicaux, implants chirurgicaux, usines de dessalement, pièces de voitures de course, équipements sportifs (clubs de golf, matériel d'escalade), pièces montre-bracelet et même des bijoux. La nitruration du titane conduit à la formation d'un film doré à sa surface, dont la beauté n'est pas inférieure à celle de l'or véritable.
La découverte de TiO2 a été faite presque simultanément et indépendamment par l'Anglais W. Gregor et le chimiste allemand M. G. Klaproth. W. Gregor, étudiant la composition du sable ferrugineux magnétique (Creed, Cornouailles, Angleterre, 1791), a isolé une nouvelle "terre" (oxyde) d'un métal inconnu, qu'il a appelé menaken. En 1795, le chimiste allemand Klaproth découvrit un nouvel élément dans le minéral rutile et le nomma titane. Deux ans plus tard, Klaproth a établi que la terre rutile et la terre menaken sont des oxydes du même élément, derrière lesquels le nom "titane" proposé par Klaproth est resté. Après 10 ans, la découverte du titane a eu lieu pour la troisième fois. Le scientifique français L. Vauquelin a découvert le titane dans l'anatase et a prouvé que le rutile et l'anatase sont des oxydes de titane identiques.
Le premier échantillon de titane métallique a été obtenu en 1825 par J. Ya. Berzelius. En raison de la forte activité chimique du titane et de la difficulté de sa purification, les hollandais A. van Arkel et I. de Boer ont obtenu un échantillon de Ti pur en 1925 par décomposition thermique de vapeur d'iodure de titane TiI4.
Le titane est le 10e plus abondant dans la nature. La teneur dans la croûte terrestre est de 0,57% en masse, dans l'eau de mer de 0,001 mg / l. 300 g/t en roches ultrabasiques, 9 kg/t en roches basiques, 2,3 kg/t en roches acides, 4,5 kg/t en argiles et schistes. Dans la croûte terrestre, le titane est presque toujours tétravalent et n'est présent que dans les composés oxygénés. Il ne se produit pas sous forme libre. Le titane dans des conditions d'altération et de précipitation a une affinité géochimique pour Al2O3. Il est concentré dans les bauxites de la croûte altérée et dans les sédiments argileux marins. Le transfert de titane s'effectue sous forme de fragments mécaniques de minéraux et sous forme de colloïdes. Jusqu'à 30 % de TiO2 en poids s'accumulent dans certaines argiles. Les minéraux de titane résistent aux intempéries et forment de grandes concentrations dans les placers. Plus de 100 minéraux contenant du titane sont connus. Les plus importants d'entre eux sont : le rutile TiO2, l'ilménite FeTiO3, la titanomagnétite FeTiO3 + Fe3O4, la pérovskite CaTiO3, la titanite CaTiSiO5. Il existe des minerais de titane primaires - ilménite-titanomagnétite et placer - rutile-ilménite-zircon.
Principaux minerais : ilménite (FeTiO3), rutile (TiO2), titanite (CaTiSiO5).
En 2002, 90 % du titane extrait était utilisé pour la production de dioxyde de titane TiO2. La production mondiale de dioxyde de titane était de 4,5 millions de tonnes par an. Les réserves confirmées de dioxyde de titane (sans la Russie) sont d'environ 800 millions de tonnes. Pour 2006, selon l'US Geological Survey, en termes de dioxyde de titane et hors Russie, les réserves de minerais d'ilménite s'élèvent à 603-673 millions de tonnes et de rutile - 49,7- 52,7 millions de tonnes Ainsi, au rythme de production actuel, les réserves mondiales prouvées de titane (hors Russie) suffiront pour plus de 150 ans.
La Russie possède les deuxièmes réserves mondiales de titane après la Chine. La base de ressources minérales de titane en Russie est constituée de 20 gisements (dont 11 primaires et 9 alluvionnaires), assez uniformément répartis sur tout le territoire. Le plus grand des gisements explorés (Yaregskoye) est situé à 25 km de la ville d'Ukhta (République des Komis). Les réserves du gisement sont estimées à 2 milliards de tonnes de minerai avec une teneur moyenne en dioxyde de titane d'environ 10 %.
Le plus grand producteur mondial de titane - Entreprise russe"VSMPO-AVISMA".
En règle générale, le matériau de départ pour la production de titane et de ses composés est le dioxyde de titane avec une quantité relativement faible d'impuretés. En particulier, il peut s'agir d'un concentré de rutile obtenu lors de la valorisation des minerais de titane. Cependant, les réserves de rutile dans le monde sont très limitées et le laitier dit de rutile synthétique ou de titane, obtenu lors du traitement des concentrés d'ilménite, est plus souvent utilisé. Pour obtenir du laitier de titane, le concentré d'ilménite est réduit dans un four à arc électrique, tandis que le fer est séparé en une phase métallique (fonte), et les oxydes de titane non réduits et les impuretés forment une phase de laitier. Les scories riches sont traitées par la méthode au chlorure ou à l'acide sulfurique.
Sous forme pure et sous forme d'alliages
Monument en titane à Gagarine sur Leninsky Prospekt à Moscou
Le métal est utilisé dans : l'industrie chimique (réacteurs, pipelines, pompes, accessoires de canalisation), industrie militaire (gilets pare-balles, armures et barrières coupe-feu dans l'aviation, coques de sous-marins), procédés industriels (usines de dessalement, procédés de pâtes et papiers), industrie automobile, industrie agricole, industrie alimentaire, bijouterie perçante, industrie médicale (prothèses, ostéoprothèses) , instruments dentaires et endodontiques, implants dentaires, articles de sport, bijoux (Alexander Khomov), téléphones portables, alliages légers, etc. C'est le matériau structurel le plus important dans les avions, les fusées et la construction navale.
La coulée du titane est réalisée dans des fours sous vide dans des moules en graphite. La coulée de précision sous vide est également utilisée. En raison de difficultés technologiques, il est utilisé dans la coulée artistique dans une mesure limitée. La première sculpture monumentale en titane coulé au monde est le monument à Youri Gagarine sur la place qui porte son nom à Moscou.
Le titane est un ajout d'alliage dans de nombreux aciers alliés et la plupart des alliages spéciaux.
Le nitinol (nickel-titane) est un alliage à mémoire de forme utilisé en médecine et en technologie.
Les aluminures de titane sont très résistants à l'oxydation et à la chaleur, ce qui a déterminé leur utilisation dans l'industrie aéronautique et automobile en tant que matériaux de structure.
Le titane est l'un des matériaux getter les plus couramment utilisés dans les pompes à vide poussé.
Le dioxyde de titane blanc (TiO2) est utilisé dans les peintures (comme le blanc de titane) ainsi que dans la fabrication de papier et de plastique. Additif alimentaire E171.
Les composés organotitanes (par exemple le tétrabutoxytitane) sont utilisés comme catalyseur et durcisseur dans les industries chimiques et des peintures.
Les composés de titane inorganiques sont utilisés dans les industries chimiques, électroniques et de la fibre de verre comme additifs ou revêtements.
Le carbure de titane, le diborure de titane, le carbonitrure de titane sont des composants importants des matériaux extra-durs pour le traitement des métaux.
Le nitrure de titane est utilisé pour recouvrir les outils, les dômes d'église et dans la fabrication de bijoux fantaisie, car. a une couleur semblable à l'or.
Le titanate de baryum BaTiO3, le titanate de plomb PbTiO3 et un certain nombre d'autres titanates sont des ferroélectriques.
Il existe de nombreux alliages de titane avec différents métaux. Les éléments d'alliage sont divisés en trois groupes, en fonction de leur effet sur la température de transformation polymorphe : les stabilisants bêta, les stabilisants alpha et les durcisseurs neutres. Les premiers abaissent la température de transformation, les seconds l'augmentent et les seconds ne l'affectent pas, mais conduisent à un durcissement en solution de la matrice. Exemples de stabilisants alpha : aluminium, oxygène, carbone, azote. Bêta-stabilisants : molybdène, vanadium, fer, chrome, nickel. Durcisseurs neutres : zirconium, étain, silicium. Les stabilisateurs bêta, à leur tour, sont divisés en bêta-isomorphes et bêta-eutectoïdes. L'alliage de titane le plus courant est l'alliage Ti-6Al-4V (dans la classification russe - VT6).
60% - peinture;
20 % - plastique ;
13 % - papier ;
7% - génie mécanique.
15-25 $ le kilo, selon la pureté.
La pureté et la qualité du titane brut (éponge de titane) sont généralement déterminées par sa dureté, qui dépend de la teneur en impuretés. Les marques les plus courantes sont TG100 et TG110.
Le prix du ferrotitane (minimum 70 % de titane) au 22/12/2010 est de 6,82 USD par kilogramme. Le 01.01.2010, le prix était au niveau de 5,00 $ par kilogramme.
En Russie, les prix du titane au début de 2012 étaient de 1 200 à 1 500 roubles/kg.
Avantages :
la faible densité (4500 kg/m3) permet de réduire la masse du matériau utilisé ;
haute résistance mécanique. Il convient de noter qu'à des températures élevées (250 à 500 ° C), les alliages de titane ont une résistance supérieure aux alliages d'aluminium et de magnésium à haute résistance;
résistance à la corrosion exceptionnellement élevée, en raison de la capacité du titane à former des films continus minces (5-15 microns) d'oxyde de TiO2 sur la surface, fermement liés à la masse métallique ;
la résistance spécifique (rapport de résistance et de densité) des meilleurs alliages de titane atteint 30-35 ou plus, soit presque le double de la résistance spécifique des aciers alliés.
Défauts:
coût de production élevé, le titane est beaucoup plus cher que le fer, l'aluminium, le cuivre, le magnésium ;
interaction active à haute température, notamment à l'état liquide, avec tous les gaz qui composent l'atmosphère, de sorte que le titane et ses alliages ne peuvent être fondus que sous vide ou dans un environnement de gaz inerte ;
les difficultés liées à la production de déchets de titane ;
propriétés antifriction médiocres dues au fait que le titane adhère à de nombreux matériaux, le titane associé au titane ne peut pas fonctionner pour le frottement ;
forte propension du titane et de nombre de ses alliages à la fragilisation par l'hydrogène et à la corrosion saline ;
mauvaise usinabilité similaire à celle des aciers inoxydables austénitiques ;
une réactivité élevée, une tendance à la croissance des grains à haute température et des transformations de phase au cours du cycle de soudage entraînent des difficultés lors du soudage du titane.
La majeure partie du titane est consacrée aux besoins de la technologie de l'aviation et des fusées et de la construction navale. Le titane (ferrotitane) est utilisé comme additif d'alliage pour les aciers de haute qualité et comme désoxydant. Le titane technique est utilisé pour la fabrication de réservoirs, de réacteurs chimiques, de canalisations, de raccords, de pompes, de vannes et d'autres produits fonctionnant dans des environnements agressifs. Les grilles et autres parties des dispositifs d'électrovide fonctionnant à haute température sont en titane compact.
En termes d'utilisation en tant que matériau de structure, le titane occupe la 4ème place, juste derrière Al, Fe et Mg. Les aluminures de titane sont très résistants à l'oxydation et à la chaleur, ce qui a déterminé leur utilisation dans l'industrie aéronautique et automobile en tant que matériaux de structure. La sécurité biologique du titane en fait un excellent matériau pour l'industrie alimentaire et la chirurgie réparatrice.
Le titane et ses alliages sont largement utilisés dans l'ingénierie en raison de leur résistance mécanique élevée, qui est maintenue à des températures élevées, de leur résistance à la corrosion, de leur résistance à la chaleur, de leur résistance spécifique, de leur faible densité, etc. propriétés utiles. Le coût élevé du titane et de ses alliages est dans de nombreux cas compensé par leurs performances supérieures, et dans certains cas, ils sont le seul matériau à partir duquel il est possible de fabriquer des équipements ou des structures capables de fonctionner dans des conditions spécifiques données.
Les alliages de titane jouent un rôle important dans la technologie aéronautique, où l'objectif est d'obtenir la conception la plus légère associée à la résistance requise. Le titane est léger par rapport aux autres métaux, mais en même temps, il peut fonctionner à des températures élevées. Les alliages de titane sont utilisés pour fabriquer des peaux, des pièces de fixation, un groupe motopropulseur, des pièces de châssis et diverses unités. En outre, ces matériaux sont utilisés dans la construction de moteurs à réaction d'avions. Cela vous permet de réduire leur poids de 10 à 25%. Les alliages de titane sont utilisés pour produire des disques et des aubes de compresseur, des pièces d'admission d'air et d'aubes directrices et des fixations.
Le titane et ses alliages sont également utilisés en science des fusées. Compte tenu du fonctionnement à court terme des moteurs et du passage rapide des couches denses de l'atmosphère, les problèmes de résistance à la fatigue, d'endurance statique et, dans une certaine mesure, de fluage sont supprimés dans la science des fusées.
Le titane technique ne convient pas aux applications aéronautiques en raison de sa résistance à la chaleur insuffisamment élevée, mais en raison de sa résistance à la corrosion exceptionnellement élevée, il est parfois indispensable dans l'industrie chimique et la construction navale. Ainsi, il est utilisé dans la fabrication de compresseurs et de pompes pour le pompage de fluides agressifs tels que sulfurique et acide hydrochlorique et leurs sels, canalisations, vannes d'arrêt, autoclave, divers types de conteneurs, filtres, etc. Seul le titane a une résistance à la corrosion dans des environnements tels que le chlore humide, les solutions aqueuses et acides de chlore, par conséquent, à partir de métal donné fabrication d'équipements pour l'industrie du chlore. Le titane est utilisé pour fabriquer des échangeurs de chaleur qui fonctionnent dans des environnements corrosifs, par exemple dans l'acide nitrique (non fumant). Dans la construction navale, le titane est utilisé pour la fabrication d'hélices, le placage de navires, de sous-marins, de torpilles, etc. Les coquilles ne collent pas au titane et à ses alliages, ce qui augmente fortement la résistance du navire lorsqu'il se déplace.
Les alliages de titane sont prometteurs pour une utilisation dans de nombreuses autres applications, mais leur utilisation dans la technologie est limitée par le coût élevé et la rareté du titane.
Les composés de titane sont également largement utilisés dans diverses industries. Le carbure de titane a une dureté élevée et est utilisé dans la fabrication d'outils de coupe et de matériaux abrasifs. Le dioxyde de titane blanc (TiO2) est utilisé dans les peintures (comme le blanc de titane) ainsi que dans la fabrication de papier et de plastique. Les composés organotitanes (par exemple le tétrabutoxytitane) sont utilisés comme catalyseur et durcisseur dans les industries chimiques et des peintures. Les composés de titane inorganiques sont utilisés dans l'industrie chimique, électronique et de la fibre de verre comme additif. Le diborure de titane est un composant important des matériaux de travail des métaux extra-durs. Le nitrure de titane est utilisé pour revêtir les outils.
Avec les prix élevés du titane, il est principalement utilisé pour la production d'équipements militaires, où le rôle principal n'appartient pas au coût, mais spécifications techniques. Néanmoins, des cas d'utilisation des propriétés uniques du titane pour des besoins civils sont connus. À mesure que le prix du titane baisse et que sa production augmente, l'utilisation de ce métal à des fins militaires et civiles se développera de plus en plus.
Aviation. La faible densité et la haute résistance (en particulier à des températures élevées) du titane et de ses alliages en font des matériaux aéronautiques très précieux. Dans le domaine de la construction et de la production d'avions Moteurs d'avion le titane remplace de plus en plus l'aluminium et l'acier inoxydable. Lorsque la température augmente, l'aluminium perd rapidement de sa résistance. D'autre part, le titane présente un net avantage en termes de résistance à des températures allant jusqu'à 430°C, et des températures élevées de cet ordre se produisent à des vitesses élevées en raison du chauffage aérodynamique. L'avantage de remplacer l'acier par du titane dans l'aviation est de réduire le poids sans sacrifier la résistance. La réduction globale du poids avec des performances accrues à des températures élevées permet d'augmenter la charge utile, la portée et la maniabilité des aéronefs. C'est ce qui explique les efforts visant à généraliser l'utilisation du titane dans la construction aéronautique dans la fabrication de moteurs, la construction de fuselages, la fabrication de peaux ou encore de fixations.
Dans la construction de moteurs à réaction, le titane est principalement utilisé pour la fabrication d'aubes de compresseur, de disques de turbine et de nombreuses autres pièces embouties. Ici, le titane remplace les aciers alliés inoxydables et traités thermiquement. Une économie d'un kilogramme sur le poids du moteur permet d'économiser jusqu'à 10 kg sur le poids total de l'avion grâce à l'allégement du fuselage. A l'avenir, il est prévu d'utiliser des tôles de titane pour la fabrication des carters des chambres de combustion des moteurs.
Dans la construction aéronautique, le titane est largement utilisé pour les pièces de fuselage fonctionnant à des températures élevées. La tôle de titane est utilisée pour la fabrication de toutes sortes de gaines, de gaines de protection de câbles et de guides de projectiles. Divers éléments de raidissement, cadres de fuselage, nervures, etc. sont fabriqués à partir de tôles de titane alliées.
Les haubans, les volets, les gaines de câbles et les guides de projectiles sont en titane non allié. Le titane allié est utilisé pour la fabrication du cadre de fuselage, des cadres, des canalisations et des barrières coupe-feu.
Le titane est de plus en plus utilisé dans la construction des avions F-86 et F-100. À l'avenir, le titane sera utilisé pour fabriquer des portes de train d'atterrissage, des tuyauteries hydrauliques, des tuyaux et des tuyères d'échappement, des longerons, des volets, des jambes de force repliables, etc.
Le titane peut être utilisé pour fabriquer des plaques de blindage, des pales d'hélice et des boîtes d'obus.
À l'heure actuelle, le titane est utilisé dans la construction d'avions militaires Douglas X-3 pour la peau, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 et Boeing B-52.
Le titane est également utilisé dans la construction des avions civils DC-7. La société Douglas, en remplaçant les alliages d'aluminium et d'acier inoxydable par du titane dans la fabrication de la nacelle moteur et des barrières coupe-feu, a déjà réalisé un gain de masse de la structure de l'avion d'environ 90 kg. Actuellement, le poids des pièces en titane dans cet avion est de 2%, et ce chiffre devrait être porté à 20% du poids total de l'avion.
L'utilisation du titane permet de réduire le poids des hélicoptères. La feuille de titane est utilisée pour les sols et les portes. Une réduction significative du poids de l'hélicoptère (environ 30 kg) a été obtenue en remplaçant l'acier allié par du titane pour le gainage des pales de ses rotors.
Marine. La résistance à la corrosion du titane et de ses alliages en fait un matériau très précieux en mer. Le département américain de la marine étudie de manière approfondie la résistance à la corrosion du titane contre l'exposition aux gaz de combustion, à la vapeur, à l'huile et à l'eau de mer. La résistance spécifique élevée du titane est presque de la même importance dans les affaires navales.
La faible densité du métal, combinée à la résistance à la corrosion, augmente la maniabilité et la portée des navires, et réduit également le coût d'entretien de la pièce matérielle et de sa réparation.
Les applications du titane dans la marine comprennent les silencieux d'échappement pour les moteurs diesel sous-marins, les disques d'instruments, les tubes à paroi mince pour les condenseurs et les échangeurs de chaleur. Selon les experts, le titane, comme aucun autre métal, est capable d'augmenter la durée de vie des silencieux d'échappement des sous-marins. Pour les disques de jauge exposés à l'eau salée, à l'essence ou à l'huile, le titane offrira une meilleure durabilité. La possibilité d'utiliser du titane pour la fabrication de tubes d'échangeurs de chaleur est à l'étude, qui devrait être résistant à la corrosion dans l'eau de mer lavant les tubes de l'extérieur, et en même temps résister aux effets du condensat d'échappement qui s'écoule à l'intérieur. La possibilité de fabriquer des antennes et des composants d'installations radar en titane, qui doivent être résistants aux effets des fumées et de l'eau de mer, est à l'étude. Le titane peut également être utilisé pour la production de pièces telles que des soupapes, des hélices, des pièces de turbine, etc.
Artillerie. Apparemment le plus grand consommateur potentiel Le titane peut être l'artillerie, où des recherches intensives sont actuellement en cours sur divers prototypes. Cependant, dans ce domaine, la production de pièces individuelles et de pièces en titane est standardisée. L'utilisation assez limitée du titane dans l'artillerie avec un large champ de recherche s'explique par son coût élevé.
Diverses pièces d'équipement d'artillerie ont été étudiées du point de vue de la possibilité de remplacer les matériaux conventionnels par du titane, sous réserve d'une réduction des prix du titane. L'attention principale a été portée sur les pièces pour lesquelles la réduction de poids est essentielle (pièces portées à la main et transportées par avion).
Plaque de base en mortier en titane au lieu d'acier. Grâce à un tel remplacement et après quelques modifications, au lieu d'une plaque d'acier en deux moitiés d'un poids total de 22 kg, il a été possible de créer une pièce pesant 11 kg. Grâce à ce remplacement, il est possible de réduire le nombre de personnel de service de trois à deux. La possibilité d'utiliser le titane pour la fabrication d'arrête-flammes pour armes à feu est à l'étude.
Des supports de pistolet, des croix de chariot et des cylindres de recul en titane sont en cours de test. Le titane peut être largement utilisé dans la production de projectiles guidés et de roquettes.
Les premières études sur le titane et ses alliages ont montré la possibilité d'en fabriquer des plaques de blindage. Remplacer le blindage en acier (12,7 mm d'épaisseur) par un blindage en titane de même résistance aux projectiles (16 mm d'épaisseur) permet, selon ces études, de gagner jusqu'à 25 % de poids.
Alliages de titane haute qualité laissent espérer la possibilité de remplacer les plaques d'acier par des plaques de titane d'égale épaisseur, ce qui permet d'économiser jusqu'à 44 % de poids. L'utilisation industrielle du titane offrira une plus grande maniabilité, augmentera la portée de transport et la durabilité du pistolet. Le niveau actuel de développement du transport aérien met en évidence les avantages des voitures blindées légères et autres véhicules en titane. Le département d'artillerie a l'intention d'équiper l'infanterie de casques, de baïonnettes, de lance-grenades et de lance-flammes portatifs en titane à l'avenir. L'alliage de titane a d'abord été utilisé dans l'artillerie pour la fabrication du piston de certains canons automatiques.
Le transport. Bon nombre des avantages de l'utilisation du titane dans la production de matériel blindé s'appliquent également aux véhicules.
Le remplacement des matériaux de structure actuellement consommés par les entreprises d'ingénierie des transports par du titane devrait entraîner une réduction de la consommation de carburant, une augmentation de la capacité de charge utile, une augmentation de la limite de fatigue des pièces des mécanismes à manivelle, etc. les chemins de fer il est essentiel de réduire le poids mort. Une réduction significative du poids total du matériel roulant due à l'utilisation du titane permettra de gagner en traction, de réduire les dimensions des collets et des boîtes d'essieux.
Le poids est également important pour les remorques. Véhicule. Ici, le remplacement de l'acier par du titane dans la production d'essieux et de roues augmenterait également la capacité de charge utile.
Toutes ces opportunités pourraient être réalisées en réduisant le prix du titane de 15 à 2-3 dollars par livre de produits semi-finis en titane.
Industrie chimique. Dans la production d'équipements pour l'industrie chimique, la résistance à la corrosion du métal est de la plus haute importance. Il est également essentiel de réduire le poids et d'augmenter la résistance de l'équipement. Logiquement, il faut supposer que le titane pourrait offrir un certain nombre d'avantages dans la production d'équipements pour le transport d'acides, d'alcalis et de sels inorganiques. Des possibilités supplémentaires d'utilisation du titane s'ouvrent dans la production d'équipements tels que des réservoirs, des colonnes, des filtres et toutes sortes de cylindres. haute pression.
L'utilisation de tuyaux en titane peut améliorer l'efficacité des serpentins de chauffage dans les autoclaves de laboratoire et les échangeurs de chaleur. L'applicabilité du titane pour la production de cylindres dans lesquels les gaz et les liquides sont stockés sous pression pendant une longue période est mise en évidence par l'utilisation en microanalyse des produits de combustion au lieu d'un tube de verre plus lourd (montré dans la partie supérieure de l'image). En raison de la faible épaisseur de paroi et de la faible gravité spécifique ce tube peut être pesé sur des balances analytiques plus petites et plus sensibles. Ici, la combinaison de la légèreté et de la résistance à la corrosion améliore la précision de l'analyse chimique.
Autres applications. L'utilisation du titane est opportune dans les industries alimentaires, pétrolières et électriques, ainsi que pour la fabrication d'instruments chirurgicaux et dans la chirurgie elle-même.
Tables pour la préparation des aliments, les tables à vapeur en titane sont de qualité supérieure aux produits en acier.
Dans l'industrie du forage pétrolier et gazier, la lutte contre la corrosion est d'une grande importance, c'est pourquoi l'utilisation du titane permettra de remplacer moins souvent les tiges d'équipement qui se corrodent. En production catalytique et pour la fabrication d'oléoducs, il est souhaitable d'utiliser du titane qui conserve des propriétés mécaniques à haute température et présente une bonne résistance à la corrosion.
Dans l'industrie électrique, le titane peut être utilisé pour armer les câbles en raison de sa bonne résistance spécifique, de sa résistance électrique élevée et de ses propriétés non magnétiques.
Dans diverses industries, des attaches d'une forme ou d'une autre en titane commencent à être utilisées. Une expansion supplémentaire de l'utilisation du titane est possible pour la fabrication d'instruments chirurgicaux, principalement en raison de sa résistance à la corrosion. Les instruments en titane sont supérieurs à cet égard aux instruments chirurgicaux conventionnels lorsqu'ils sont bouillis ou passés à l'autoclave à plusieurs reprises.
Dans le domaine de la chirurgie, le titane s'est avéré meilleur que le vitallium et les aciers inoxydables. La présence de titane dans le corps est tout à fait acceptable. La plaque et les vis en titane pour la fixation des os sont restées dans le corps de l'animal pendant plusieurs mois, et l'os a poussé dans les filets des vis et dans le trou de la plaque.
L'avantage du titane réside également dans le fait que du tissu musculaire se forme sur la plaque.
Environ la moitié des produits en titane fabriqués dans le monde sont généralement destinés à l'industrie aéronautique civile, mais son déclin après les événements tragiques bien connus oblige de nombreux acteurs de l'industrie à rechercher de nouvelles applications pour le titane. Ce matériau représente la première partie d'une sélection de publications dans la presse métallurgique étrangère consacrée aux perspectives du titane dans les conditions modernes. Selon l'un des principaux fabricants américains de titane RT1, sur le volume total de production de titane à l'échelle mondiale au niveau de 50 à 60 000 tonnes par an, le segment aérospatial représente jusqu'à 40 consommations, applications industrielles et applications compte pour 34, et la zone militaire 16, et environ 10 représentaient l'utilisation du titane dans les produits de consommation. Les applications industrielles du titane comprennent les procédés chimiques, l'énergie, Industrie du pétrole et du gaz, usines de dessalement. Les applications militaires non aéronautiques comprennent principalement l'utilisation dans l'artillerie et les véhicules de combat. Les secteurs qui utilisent le titane de manière significative sont l'industrie automobile, l'architecture et la construction, les articles de sport et la joaillerie. Presque tous les lingots de titane sont produits aux États-Unis, au Japon et dans la CEI - l'Europe ne représente que 3,6 % du volume mondial. Les marchés régionaux pour l'utilisation finale du titane varient considérablement - l'exemple le plus frappant d'originalité est le Japon, où le secteur de l'aérospatiale civile ne représente que 2 à 3 utilisant 30 % de la consommation totale de titane dans les équipements et les éléments de structure des usines chimiques. Environ 20 % de la demande totale du Japon concerne l'énergie nucléaire et les centrales à combustible solide, le reste étant destiné à l'architecture, à la médecine et aux sports. La situation inverse est observée aux États-Unis et en Europe, où la consommation dans le secteur aérospatial est d'une importance exceptionnelle - 60-75 et 50-60 pour chaque région, respectivement. Aux États-Unis, les marchés finaux traditionnellement forts sont les produits chimiques, l'équipement médical, équipement industriel, tandis qu'en Europe, la part la plus importante revient à l'industrie pétrolière et gazière et industrie de construction. La forte dépendance à l'égard de l'industrie aérospatiale est une préoccupation de longue date pour l'industrie du titane, qui tente d'étendre les applications du titane, en particulier dans le contexte de ralentissement actuel de Aviation civileà l'échelle mondiale. Selon le US Geological Survey, au premier trimestre de 2003, il y a eu une baisse significative des importations d'éponge de titane - seulement 1319 tonnes, soit 62 de moins que 3431 tonnes au cours de la même période en 2002. Le secteur aérospatial sera toujours l'un des principaux marchés du titane, mais nous, dans l'industrie du titane, devons relever le défi et faire tout ce qui est en notre pouvoir pour nous assurer que notre industrie ne connaît pas de cycles de développement et de récession dans le secteur aérospatial. Certains des principaux fabricants de l'industrie du titane voient des opportunités croissantes sur les marchés existants, dont l'un est le marché des équipements et des matériaux sous-marins. Selon Martin Proko, directeur des ventes et de la distribution pour RT1, le titane est utilisé depuis longtemps dans la production d'énergie et les applications sous-marines, depuis le début des années 1980, mais ce n'est qu'au cours des cinq dernières années que ces domaines se sont développés de manière constante avec une croissance correspondante de le créneau du marché. Dans le secteur sous-marin, la croissance est principalement tirée par les opérations de forage à plus grande profondeur, où le titane est le matériau le plus adapté. C'est, pour ainsi dire, sous l'eau cycle de la vie est de cinquante ans, ce qui correspond à la durée habituelle des projets sous-marins. Nous avons déjà listé les domaines dans lesquels une augmentation de l'utilisation du titane est probable. Le directeur des ventes de Howmet Ti-Cast, Bob Funnell, note que l'état actuel du marché peut être considéré comme des opportunités de croissance dans de nouveaux domaines tels que les pièces rotatives pour les turbocompresseurs de camions, les fusées et les pompes.
L'un de nos projets en cours est le développement de systèmes d'artillerie légère BAE Butitzer XM777 d'un calibre de 155 mm. Newmet fournira 17 des 28 assemblages structuraux en titane pour chaque support de pistolet, les livraisons au Corps des Marines des États-Unis étant prévues en août 2004. Avec un poids total du canon de 9 800 livres d'environ 4,44 tonnes, le titane représente environ 2 600 livres d'environ 1,18 tonne de titane dans sa conception - un alliage 6A14U avec un grand nombre de pièces moulées est utilisé, explique Frank Hrster, responsable des systèmes d'appui-feu. BAE Sy81et8. Ce système XM777 doit remplacer le système actuel M198 Newitzer, qui pèse environ 17 000 livres et environ 7,71 tonnes. La production en série est prévue pour la période de 2006 à 2010 - des livraisons aux États-Unis, en Grande-Bretagne et en Italie sont initialement prévues, mais le programme pourrait être élargi pour des livraisons aux pays membres de l'OTAN. John Barber de Timet souligne que des exemples équipement militaire, dans la conception desquels d'importants volumes de titane sont utilisés, sont le char Abramé et le véhicule de combat Bradley. Depuis deux ans, un programme conjoint entre l'OTAN, les États-Unis et le Royaume-Uni est en cours pour intensifier l'utilisation du titane dans les armes et les systèmes de défense. Comme cela a été noté plus d'une fois, le titane est très approprié pour une utilisation dans l'industrie automobile, cependant, la part de cette direction est plutôt modeste - environ 1 du volume total de titane consommé, soit 500 tonnes par an, selon l'italien Poggipolini, un fabricant de composants et de pièces en titane pour les motos de Formule 1 et de course. Daniele Stoppolini, le chef du département de recherche et développement de cette société, estime que la demande actuelle de titane dans ce segment de marché est au niveau de 500 tonnes, avec l'utilisation massive de ce matériau dans la construction de soupapes, ressorts, échappement systèmes, arbres de transmission, boulons, pourraient potentiellement atteindre le niveau de presque pas 16 000 tonnes par an. Il a ajouté que son entreprise commençait tout juste à développer une production automatisée de boulons en titane afin de réduire les coûts de production. Selon lui, les facteurs limitants, en raison desquels l'utilisation du titane ne se développe pas de manière significative dans l'industrie automobile, sont l'imprévisibilité de la demande et l'incertitude de l'approvisionnement en matières premières. Dans le même temps, un large créneau potentiel pour le titane reste dans l'industrie automobile, combinant des caractéristiques de poids et de résistance optimales pour les ressorts hélicoïdaux et les systèmes de gaz d'échappement. Malheureusement, sur le marché américain, la large utilisation du titane dans ces systèmes n'est marquée que par un modèle semi-sport assez exclusif Chevrolet Corvette Z06, qui ne peut en aucun cas prétendre être une voiture de masse. Cependant, en raison des défis constants d'économie de carburant et de résistance à la corrosion, les perspectives du titane dans ce domaine demeurent. Pour l'approbation sur les marchés des applications non aérospatiales et non militaires, la joint-venture UNITI a été récemment créée en son nom, le mot unité est joué - unité et Ti - la désignation du titane dans le tableau périodique dans le cadre du monde principaux producteurs de titane - l'américain Allegheny Technologies et le russe VSMPO-Avisma. Comme l'a dit le président de la nouvelle société, Carl Moulton, ces marchés ont été délibérément exclus - nous avons l'intention de faire nouvelle compagnie un fournisseur de premier plan pour les industries utilisant des pièces et sous-ensembles en titane, principalement la pétrochimie et la production d'énergie. En outre, nous avons l'intention de commercialiser activement dans les domaines des dispositifs de dessalement, des véhicules, des produits de consommation et de l'électronique. Je crois que nos installations de production se complètent bien - VSMPO a des capacités exceptionnelles pour la production de produits finis, Allegheny a d'excellentes traditions dans la production de produits laminés à froid et à chaud en titane. La part d'UNITI sur le marché mondial des produits en titane devrait être de 45 millions de livres, soit environ 20 411 tonnes. Le marché des équipements médicaux peut être considéré comme un marché en développement constant - selon le British Titanium International Group, la teneur annuelle en titane dans le monde de divers implants et prothèses est d'environ 1000 tonnes, et ce chiffre augmentera, à mesure que les possibilités de chirurgie pour remplacer articulations humaines après un accident ou une blessure. Outre les avantages évidents de flexibilité, de résistance et de légèreté, le titane est hautement compatible avec le corps au sens biologique en raison de l'absence de corrosion des tissus et des fluides du corps humain. En dentisterie, l'utilisation de prothèses et d'implants monte également en flèche - trois fois au cours des dix dernières années, selon l'American Dental Association, en grande partie en raison des caractéristiques du titane. Si l'utilisation du titane en architecture remonte à plus de 25 ans, sa généralisation dans ce domaine n'a commencé que ces dernières années. L'agrandissement de l'aéroport d'Abu Dhabi aux Émirats arabes unis, dont l'achèvement est prévu en 2006, utilisera jusqu'à 1,5 million de livres d'environ 680 tonnes de titane. De nombreux projets architecturaux et de construction utilisant du titane devraient être mis en œuvre non seulement dans les pays développés des États-Unis, du Canada, de la Grande-Bretagne, de l'Allemagne, de la Suisse, de la Belgique, de Singapour, mais également en Égypte et au Pérou.
Le segment de marché des biens de consommation est actuellement le segment du marché du titane qui connaît la croissance la plus rapide. Alors qu'il y a 10 ans, ce segment ne représentait que 1 à 2 du marché du titane, aujourd'hui, il est passé à 8 à 10 du marché. Dans l'ensemble, la consommation de titane dans l'industrie des biens de consommation a augmenté environ deux fois plus vite que l'ensemble du marché du titane. L'utilisation du titane dans le sport est la plus ancienne et la plus grande part de titane dans les produits de consommation. La raison de la popularité du titane dans les équipements sportifs est simple : il vous permet d'obtenir un rapport poids/résistance supérieur à tout autre métal. L'utilisation du titane dans les vélos a commencé il y a environ 25 à 30 ans et a été la première utilisation du titane dans les équipements sportifs. On utilise principalement des tubes en alliage Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9. Les autres pièces en alliages de titane comprennent les freins, les pignons et les ressorts de siège. L'utilisation du titane dans la fabrication de clubs de golf a commencé à la fin des années 80 et au début des années 90 par les fabricants de clubs au Japon. Avant 1994-1995, cette application du titane était pratiquement inconnue aux États-Unis et en Europe. Cela a changé lorsque Callaway a présenté son bâton en titane Ruger Titanium, appelé le Great Big Bertha. En raison des avantages évidents et du marketing bien pensé de Callaway, les clubs en titane sont devenus un succès instantané. En peu de temps, les clubs en titane sont passés de l'équipement exclusif et coûteux d'un petit groupe de golfeurs à être largement utilisés par la plupart des golfeurs tout en restant plus chers que les clubs en acier. Je voudrais citer les principales tendances, à mon avis, dans le développement du marché du golf; il est passé de la haute technologie à la production de masse en une courte période de 4-5 ans, suivant le chemin d'autres industries à forte main-d'œuvre des coûts tels que la production de vêtements, de jouets et d'électronique grand public, la production de clubs de golf est allée dans les pays où la main-d'œuvre est la moins chère, d'abord à Taïwan, puis en Chine, et maintenant des usines sont construites dans des pays où la main-d'œuvre est encore moins chère, comme le Vietnam et en Thaïlande, le titane est définitivement utilisé pour les conducteurs, où ses qualités supérieures donnent un net avantage et justifient plus prix élevé. Cependant, le titane n'a pas encore trouvé une utilisation très répandue sur les clubs ultérieurs, car l'augmentation significative des coûts n'est pas soutenue par une amélioration correspondante du jeu. Actuellement, les pilotes sont principalement produits avec une surface de frappe forgée, un dessus forgé ou coulé et un fond coulé Récemment, la Professional Golf Association ROA a autorisé une augmentation de la limite supérieure du soi-disant facteur de retour, dans le cadre duquel tous les fabricants de clubs essaieront d'augmenter les propriétés de ressort de la surface de frappe. Pour ce faire, il est nécessaire de réduire l'épaisseur de la surface d'impact et d'utiliser des alliages plus résistants, tels que SP700, 15-3-3-3 et VT-23. Intéressons-nous maintenant à l'utilisation du titane et de ses alliages sur d'autres équipements sportifs. Les tubes de vélo de course et les autres pièces sont fabriqués à partir d'un alliage ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V. Une quantité étonnamment importante de feuille de titane est utilisée dans la fabrication de couteaux de plongée sous-marine. La plupart des fabricants utilisent l'alliage Ti6Al-4V, mais cet alliage n'offre pas une durabilité du bord de la lame comme d'autres alliages plus résistants. Certains fabricants passent à l'utilisation de l'alliage BT23.
Le prix de détail des couteaux de plongée en titane est d'environ 70 à 80 dollars. Les fers à cheval en titane coulé offrent une réduction significative du poids par rapport à l'acier, tout en offrant la résistance nécessaire. Malheureusement, cette utilisation du titane ne s'est pas concrétisée car les fers à cheval en titane scintillaient et effrayaient les chevaux. Peu accepteront d'utiliser des fers à cheval en titane après les premières expériences infructueuses. Titanium Beach, basée à Newport Beach, Californie Newport Beach, Californie, a développé des lames de skate en alliage Ti6Al-4V. Malheureusement, là encore le problème est la durabilité du tranchant des pales. Je pense que ce produit a une chance de vivre si les fabricants utilisent des alliages plus résistants comme le 15-3-3-3 ou le BT-23. Le titane est très largement utilisé dans l'alpinisme et la randonnée, pour presque tous les articles que les grimpeurs et les randonneurs transportent dans leurs sacs à dos bouteilles, tasses prix de détail 20-30 $, ustensiles de cuisine prix de détail environ 50 $, vaisselle principalement fabriquée à partir de titane commercialement pur Grade 1 et 2. D'autres exemples d'équipement d'escalade et de randonnée sont les réchauds compacts, les supports et supports de tente, les piolets et les vis à glace. Les fabricants d'armes ont récemment commencé à produire des pistolets en titane pour les applications de tir sportif et de maintien de l'ordre.
L'électronique grand public est un marché relativement nouveau et en croissance rapide pour le titane. Dans de nombreux cas, l'utilisation du titane dans l'électronique grand public n'est pas seulement due à ses excellentes propriétés, mais également à l'aspect attrayant des produits. Le titane de grade 1 commercialement pur est utilisé pour fabriquer des étuis pour ordinateurs portables, téléphones portables, téléviseurs à écran plat plasma et autres équipement électronique. L'utilisation du titane dans la construction des haut-parleurs offre de meilleures propriétés acoustiques car le titane est plus léger que l'acier, ce qui augmente la sensibilité acoustique. Les montres en titane, introduites pour la première fois sur le marché par les fabricants japonais, sont aujourd'hui l'un des produits en titane les plus abordables et les plus reconnus. La consommation mondiale de titane dans la production de bijoux traditionnels et dits portables se mesure en plusieurs dizaines de tonnes. De plus en plus, vous pouvez voir des alliances en titane, et bien sûr, les personnes portant des bijoux sur leur corps sont simplement obligées d'utiliser du titane. Le titane est largement utilisé dans la fabrication de fixations et de raccords marins, où la combinaison d'une résistance à la corrosion et d'une résistance élevées est très importante. Atlas Ti, basée à Los Angeles, fabrique une large gamme de ces produits en alliage VTZ-1. L'utilisation du titane dans la production d'outils a commencé en Union soviétique au début des années 80, lorsque, sur les instructions du gouvernement, des outils légers et pratiques ont été fabriqués pour faciliter le travail des ouvriers. Le géant soviétique de la production de titane, l'Association de production de traitement des métaux Verkhne-Saldinskoye, produisait à l'époque des pelles, des arrache-clou, des montures, des hachettes et des clés en titane.
Plus tard, les fabricants d'outils japonais et américains ont commencé à utiliser du titane dans leurs produits. Il n'y a pas si longtemps, VSMPO a signé un contrat avec Boeing pour la fourniture de plaques de titane. Ce contrat a sans aucun doute eu un effet très bénéfique sur le développement de la production de titane en Russie. Le titane est largement utilisé en médecine depuis de nombreuses années. Les avantages sont la solidité, la résistance à la corrosion, et surtout, certaines personnes sont allergiques au nickel, composant essentiel des aciers inoxydables, alors que personne n'est allergique au titane. Les alliages utilisés sont du titane commercialement pur et du Ti6-4Eli. Le titane est utilisé dans la fabrication d'instruments chirurgicaux, de prothèses internes et externes, y compris les plus critiques comme une valve cardiaque. Les béquilles et les fauteuils roulants sont en titane. L'utilisation du titane dans l'art remonte à 1967, lorsque le premier monument en titane a été érigé à Moscou.
À l'heure actuelle, un nombre important de monuments et de bâtiments en titane ont été érigés sur presque tous les continents, y compris des sites aussi célèbres que le musée Guggenheim, construit par l'architecte Frank Gehry à Bilbao. Le matériau est très apprécié des gens d'art pour sa couleur, son aspect, sa solidité et sa résistance à la corrosion. Pour ces raisons, le titane est utilisé dans la mercerie de souvenirs et de bijoux fantaisie, où il concurrence avec succès des métaux précieux tels que l'argent et même l'or. . Comme le souligne Martin Proko de RTi, aux États-Unis prix moyen l'éponge de titane est de 3,80 par livre, en Russie de 3,20 par livre. De plus, le prix du métal dépend fortement de la cyclicité de l'industrie aérospatiale commerciale. Le développement de nombreux projets pourrait s'accélérer considérablement si des moyens pouvaient être trouvés pour réduire les coûts de production et de traitement du titane, de traitement des déchets et des technologies de fusion, a déclaré Markus Holz, directeur général de l'allemand Deutshe Titan. British Titanium convient que l'expansion de la production de titane est freinée par des coûts de production élevés, et que de nombreux progrès dans la technologie actuelle doivent être réalisés avant que le titane puisse être produit en masse.
L'une des étapes dans cette direction est le développement du procédé dit FFC, qui est un nouveau procédé électrolytique pour la production de titane métallique et d'alliages, dont le coût est nettement inférieur. Selon Daniele Stoppolini, la stratégie globale dans l'industrie du titane nécessite le développement des alliages les plus appropriés, la technologie de production pour chaque nouveau marché et application du titane.
Sources
Wikipédia - L'Encyclopédie Libre, WikiPedia
metotech.ru - Métotechnique
housetop.com - Maison Haut
www.atomsteel.com – Technologie Atom
domremstroy.ru - DomRemStroy
Titane - métal fées. Au moins l'élément porte le nom de la reine de ces créatures mythiques. Titania, comme tous ses proches, se distinguait par sa légèreté.
Les fées peuvent voler non seulement avec des ailes, mais aussi avec un faible poids. Le titane est également léger. La densité de l'élément est la plus petite parmi les métaux. C'est là que s'arrête la ressemblance avec les fées et que commence la science pure.
Chimique et propriétés physiques titane
Le titane est un élément couleur blanc argenté, avec un éclat prononcé. Dans les reflets du métal, vous pouvez voir du rose, du bleu et du rouge. Shimmer avec toutes les couleurs de l'arc-en-ciel - trait saillant 22ème élément.
Son éclat est toujours brillant, car résistant au titaneà la corrosion. Le matériel en est protégé. film d'oxyde. Il se forme en surface à température standard.
De ce fait, la corrosion des métaux n'est pas terrible ni dans l'air ni dans l'eau, ni dans les environnements les plus agressifs par exemple. Les chimistes ont donc appelé le mélange de concentré et d'acides.
Le 22e élément fond à 1 660 degrés Celsius. Il s'avère, titane - métal non ferreux groupe réfractaire. Le matériau commence à brûler avant de ramollir.
Une flamme blanche apparaît à 1 200 degrés. La substance bout à 3260 Celsius. La fusion d'un élément le rend visqueux. Vous devez utiliser des réactifs spéciaux qui empêchent le collage.
Si la masse liquide du métal est visqueuse et collante, alors le titane à l'état de poudre est explosif. Pour que la "bombe" fonctionne, il suffit de chauffer jusqu'à 400 degrés Celsius. Acceptant l'énergie thermique, l'élément ne la transfère pas bien.
Le titane n'est pas non plus utilisé comme conducteur électrique. Mais, le matériau est apprécié pour sa résistance. Combiné à sa faible densité et à son faible poids, il est utile dans de nombreuses industries.
Chimiquement, le titane est assez actif. D'une manière ou d'une autre, le métal interagit avec la plupart des éléments. Exceptions : - gaz inertes, , sodium, potassium, , calcium et .
Une si petite quantité de substances indifférentes au titane complique le processus d'obtention d'un élément pur. Pas facile à produire et alliages métalliques de titane. Cependant, les industriels ont appris à le faire. L'utilisation pratique de mélanges à base de la 22e substance est trop élevée.
Application de titane
Assemblage d'avions et de fusées - c'est là qu'il est utile en premier lieu titane. Acheter du métal nécessaire pour augmenter la résistance à la chaleur et la résistance à la chaleur de la coque. Résistance à la chaleur - résistance aux températures élevées.
Ils sont, par exemple, inévitables lors de l'accélération d'une fusée dans l'atmosphère. La résistance à la chaleur est la préservation de la plupart des propriétés mécaniques de l'alliage dans des circonstances "ardentes". Autrement dit, avec le titane, les caractéristiques de performance des pièces ne changent pas en fonction des conditions environnementales.
La résistance du 22ème métal à la corrosion est également très pratique. Cette propriété est importante non seulement dans la production de machines. L'élément va aux flacons et autres ustensiles des laboratoires de chimie, devient une matière première pour les bijoux.
Les matières premières ne sont pas bon marché. Mais, dans toutes les industries, les coûts sont amortis par la durée de vie des produits en titane, leur capacité à conserver leur aspect d'origine.
Ainsi, une série de plats de la société de Saint-Pétersbourg "Néva" "Métal Titan PK" vous permet d'utiliser des cuillères en métal lors de la friture. Ils détruiraient le Téflon, le rayeraient. Le revêtement en titane n'est pas affecté par les attaques de l'acier et de l'aluminium.
Soit dit en passant, cela s'applique également aux bijoux. Une bague en or ou en or est facile à rayer. Les modèles en titane restent lisses pendant des décennies. Par conséquent, le 22e élément a commencé à être considéré comme une matière première pour les alliances.
Casserole "Titan Métal" léger, comme la vaisselle avec Téflon. Le 22e élément n'est que légèrement plus lourd que l'aluminium. Cela a inspiré non seulement les représentants industrie légère mais aussi des spécialistes de l'automobile. Ce n'est un secret pour personne que les voitures ont beaucoup de pièces en aluminium.
Ils sont nécessaires pour réduire la masse des transports. Mais le titane est plus solide. En ce qui concerne les voitures représentatives, l'industrie automobile est presque complètement passée à l'utilisation du 22e métal.
Les pièces en titane et ses alliages réduisent de 30 % la masse d'un moteur à combustion interne. L'affaire est également allégée, cependant, le prix augmente. L'aluminium est toujours moins cher.
Solidifier "Neva Metal Titan", critiquesà propos de laquelle est laissé, en règle générale, avec un signe plus, produit des ustensiles. Les marques automobiles utilisent le titane pour les voitures. donner à l'élément la forme de bagues, de boucles d'oreilles et de bracelets. Dans cette série de transferts, il n'y a pas assez de compagnies médicales.
Le 22ème métal est la matière première des prothèses et des instruments chirurgicaux. Les produits n'ont presque pas de pores, ils sont donc facilement stérilisés. De plus, le titane, étant léger, peut supporter des charges énormes. Que faut-il d'autre si, par exemple, une partie étrangère est placée à la place des ligaments du genou?
L'absence de pores dans le matériau est appréciée par les restaurateurs prospères. La propreté des scalpels du chirurgien est importante. Mais, la propreté des surfaces de travail des cuisiniers est également importante. Pour conserver les aliments en toute sécurité, ils sont coupés et cuits à la vapeur sur des tables en titane.
Ils ne rayent pas et sont faciles à nettoyer. En règle générale, les établissements de niveau intermédiaire utilisent des ustensiles en acier, mais leur qualité est inférieure. Ainsi, dans les restaurants étoilés Michelin, l'équipement est en titane.
Extraction de titane
L'élément fait partie des 20 plus répandus sur Terre, se situant exactement au milieu du classement. Selon la masse de la croûte terrestre, la teneur en titane est de 0,57 %. Il y a 0,001 milligramme du 24e métal par litre d'eau de mer. Les schistes et les argiles de l'élément contiennent 4,5 kilogrammes par tonne.
Dans les roches acides, c'est-à-dire riches en silice, le titane représente 2,3 kilogrammes pour mille. Dans les principaux gisements formés à partir de magma, le 22e métal est d'environ 9 kilos par tonne. Le moins de titane est caché dans les roches ultrabasiques avec une teneur en silice de 30% - 300 grammes pour 1 000 kilogrammes de matières premières.
Malgré la prévalence dans la nature, le titane pur ne s'y trouve pas. Le matériau pour obtenir 100% métal était son iodite. La décomposition thermique de la substance a été réalisée par Arkel et De Boer. Ce sont des chimistes hollandais. L'expérience est un succès en 1925. Dans les années 1950, la production de masse avait commencé.
Les contemporains, en règle générale, extraient le titane de son dioxyde. C'est un minéral appelé rutile. Il contient le moins d'impuretés étrangères. Ils ressemblent à de la titanite et.
Lors du traitement des minerais d'ilménite, il reste des scories. C'est lui qui sert de matière à l'obtention du 22e élément. A la sortie il est poreux. Nous devons effectuer une refusion secondaire dans des fours sous vide avec l'ajout de.
Lorsque vous travaillez avec du dioxyde de titane, du magnésium et du chlore y sont ajoutés. Le mélange est chauffé dans des fours à vide. La température est augmentée jusqu'à ce que tous les éléments en excès se soient évaporés. Reste au fond des conteneurs titane pur. La méthode est appelée magnésium thermique.
La méthode hydrure-calcium a également été élaborée. Il est basé sur l'électrolyse. Le courant élevé permet de séparer l'hydrure métallique en titane et hydrogène. La méthode d'iodite d'extraction de l'élément, mise au point en 1925, continue d'être utilisée. Cependant, au 21e siècle, c'est le plus long et le plus coûteux, alors il commence à être oublié.
Prix du titane
Sur le prix du titane métallique fixé par kilogramme. Au début de 2016, cela représente environ 18 dollars américains. Le marché mondial du 22e élément a atteint 7 000 000 de tonnes au cours de l'année écoulée. Principaux fournisseurs– La Russie et la Chine.
Cela est dû aux réserves qui y sont explorées et propices au développement. Au second semestre 2015, la demande de titane et de tôles a commencé à décliner.
Le métal est également vendu sous forme de fil, de pièces diverses, par exemple de tuyaux. Ils sont beaucoup moins chers que les cours boursiers. Mais, vous devez considérer ce qu'il y a dans les lingots titane pur, et les alliages à base de celui-ci sont utilisés dans les produits.
| Titane | |
|---|---|
| numéro atomique | 22 |
| Apparence une substance simple | |
| Propriétés de l'atome | |
| Masse atomique (masse molaire) |
47,88 a. e. m. (/mol) |
| Rayon de l'atome | 147h |
| Énergie d'ionisation (premier électron) |
657,8(6,82) kJ/mol (eV) |
| Configuration électronique | 3j 2 4s 2 |
| Propriétés chimiques | |
| rayon covalent | 132h |
| Rayon ionique | (+4e)68 (+2e)94h |
| Électronégativité (d'après Pauling) |
1,54 |
| Le potentiel de l'électrode | -1,63 |
| États d'oxydation | 4, 3 |
| Propriétés thermodynamiques d'une substance simple | |
| Densité | 4,54 g/cm ? |
| Capacité calorifique molaire | 25,1 J/(K mol) |
| Conductivité thermique | 21,9 W/(m·K) |
| Température de fusion | 1933 K |
| Chaleur fondante | 18,8 kJ/mole |
| Température d'ébullition | 3560K |
| Chaleur d'évaporation | 422,6 kJ/mol |
| Volume molaire | 10,6 cm3/mole |
| Le réseau cristallin d'une substance simple | |
| La structure en treillis | hexagonal compact (?-Ti) |
| Paramètres de réseau | a=2,951 c=4,697 (?-Ti) A |
| rapport c/a | 1,587 |
| Au revoir température | 380K |
| Ti | 22 |
| 47,88 | |
| 3j 2 4s 2 | |
| Titane | |
Titane- un élément d'un sous-groupe secondaire du quatrième groupe, la quatrième période du système périodique des éléments chimiques, de numéro atomique 22. Il est désigné par le symbole Ti (lat. Titane). La substance simple titane (numéro CAS : 7440-32-6) est un métal léger de couleur blanc argenté. Il existe en deux modifications cristallines : α-Ti avec un réseau hexagonal compact, -Ti avec un garnissage cubique centré, température de transition α↔β 883 °C
L'histoire de la découverte de l'élément Titane
La découverte de TiO2 a été faite presque simultanément et indépendamment par l'Anglais W. Gregor et le chimiste allemand M. G. Klaproth. W. Gregor, enquêtant sur la composition du sable ferrugineux magnétique (Creed, Cornouailles, Angleterre, 1789), a isolé une nouvelle "terre" (oxyde) d'un métal inconnu, qu'il a appelé menaken. En 1795, le chimiste allemand Klaproth découvrit un nouvel élément dans le minéral rutile et le nomma titane. Deux ans plus tard, Klaproth a établi que la terre rutile et la terre menaken sont des oxydes du même élément, derrière lesquels le nom "titane" proposé par Klaproth est resté. Après 10 ans, la découverte du titane a eu lieu pour la troisième fois. Le scientifique français L. Vauquelin a découvert le titane dans l'anatase et a prouvé que le rutile et l'anatase sont des oxydes de titane identiques.
Le premier échantillon de titane métallique a été obtenu en 1825 par J. Ya. Berzelius. En raison de la forte activité chimique du titane et de la difficulté à le purifier, les hollandais A. van Arkel et I. de Boer ont obtenu un échantillon de Ti pur en 1925 par décomposition thermique de vapeur d'iodure de titane TiI4.
origine du nom
Le métal tire son nom en l'honneur des titans, les personnages de la mythologie grecque antique, les enfants de Gaïa. Le nom de l'élément a été donné par Martin Klaproth, conformément à ses vues sur la nomenclature chimique, en opposition à l'école chimique française, où ils ont essayé de nommer l'élément par son propriétés chimiques. Comme le chercheur allemand a lui-même constaté l'impossibilité de déterminer les propriétés d'un nouvel élément uniquement par son oxyde, il lui a choisi un nom tiré de la mythologie, par analogie avec l'uranium découvert par lui plus tôt.
Cependant, selon une autre version, publiée dans le magazine Tekhnika-Molodezhi à la fin des années 80, le métal nouvellement découvert ne doit pas son nom aux puissants titans des mythes grecs anciens, mais à Titania, la reine des fées de la mythologie germanique (Oberon's épouse dans "Le Songe d'une nuit d'été" de Shakespeare). Ce nom est associé à l'extraordinaire "légèreté" (faible densité) du métal.
Être dans la nature
Le titane est le 10e plus abondant dans la nature. La teneur dans la croûte terrestre est de 0,57% en poids. Il ne se produit pas sous forme libre. Plus de 100 minéraux contenant du titane sont connus. Les plus importants d'entre eux sont : le rutile TiO 2 , l'ilménite FeTiO 3 , la titanomagnétite FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , la pérovskite CaTiO 3 , la titanite CaTiOSiO 4 , la tantalite (Fe,Mn) 2+ Ta 2 O 6 et la manganotantalite MnT 2 O 6 . Il existe des minerais primaires de titane - ilménite-titanomagnétite et alluviaux - rutile-ilménite-zircon.
Réserves et production
En 2002, 90 % du titane extrait était utilisé pour la production de dioxyde de titane TiO 2 . La production mondiale de dioxyde de titane était de 4,5 millions de tonnes par an. Les réserves prouvées de dioxyde de titane (sans la Russie) sont d'environ 800 millions de tonnes. Pour 2006, selon l'US Geological Survey, en termes de dioxyde de titane et à l'exclusion de la Russie, les réserves de minerais d'ilménite s'élèvent à 603-673 millions de tonnes et de rutile à 49,7-52,7 millions de tonnes. Aux taux actuels de production des réserves mondiales prouvées de titane (sans tenir compte de la Russie) x vatité depuis plus de 150 ans.
La Russie possède les deuxièmes réserves mondiales de titane après la Chine. La base de ressources minérales de titane en Russie est constituée de 20 gisements (dont 11 primaires et 9 alluvionnaires), assez uniformément répartis sur tout le territoire. Le plus grand des gisements explorés est situé à 25 km de la ville d'Ukhta (République des Komis). Les réserves du gisement sont estimées à 2 milliards de tonnes.
Le plus grand producteur de titane au monde est la société russe VSMPO-AVISMA.
Reçu
Une barre de titane cristallin (pureté 99,995 %, poids ? 283 g, longueur ? 14 cm, diamètre ? 25 mm), fabriquée à l'usine d'Uralredmet selon la méthode van Arkel et de Boer à l'iodure
Le concentré de minerais de titane est soumis à un traitement à l'acide sulfurique ou pyrométallurgique. Le produit du traitement à l'acide sulfurique est la poudre de dioxyde de titane TiO 2 . En utilisant la méthode pyrométallurgique, le minerai est fritté avec du coke et traité au chlore, obtenant une paire de tétrachlorure de titane TiCl 4: TiO 2 + 2C + 2Cl 2 \u003d TiCl 4 + 2CO
Les vapeurs de TiCl 4 formées à 850 °C réduisent Mg : TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti
L'"éponge" de titane résultante est fondue et purifiée. Les concentrés d'ilménite sont réduits dans des fours à arc électrique avec chloration ultérieure des scories de titane résultantes. Le titane est affiné par la méthode de l'iodure ou par électrolyse en séparant Ti de TiCl 4 . Pour obtenir des lingots de titane, un traitement à l'arc, au faisceau d'électrons ou au plasma est utilisé.
Propriétés physiques
Le titane est un métal léger, blanc argenté. Il existe en deux modifications cristallines : α-Ti avec un réseau compact hexagonal (a=2,951 Å ; с=4,697 Å ; z=2 ; groupe d'espace C6mmc), α-Ti avec un garnissage cubique centré (a=3,269 Å ; z=2 ; groupe d'espace Im3m), température de jonction?-? 883 °C, transition ?H 3,8 kJ/mol. Point de fusion 1671 °C, point d'ébullition 3260 °C, densité de ?-Ti et ?-Ti, respectivement, est de 4,505 (20 °C) et 4,32 (900 °C) g/cm?, densité atomique 5,71 × 1022 at/ cm³. Plastique, soudé sous atmosphère inerte.
Il a une viscosité élevée, lors de l'usinage, il a tendance à coller à l'outil de coupe, et il est donc nécessaire d'appliquer des revêtements spéciaux sur l'outil, divers lubrifiants.
A température normale, il est recouvert d'un film protecteur passivant d'oxyde de TiO 2 , grâce auquel il résiste à la corrosion dans la plupart des environnements (sauf alcalins).
La poussière de titane a tendance à exploser. Point d'éclair 400°C.
Propriétés chimiques
Le titane est résistant aux solutions diluées de nombreux acides et alcalis (sauf H 3 PO 4 et concentré
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