Caracteristicile materialului de titan. Titan metalic. fapte interesante despre titan

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

Distribuția titanului în natură. Titanul este unul dintre elementele comune, conținutul său mediu în scoarța terestră (clarke) este de 0,57% din greutate (dintre metalele structurale, ocupă locul 4 ca prevalență, după fier, aluminiu și magneziu). Cel mai mult Titanul se află în rocile de bază ale așa-numitei „cochilii de bazalt” (0,9%), mai puțin în rocile „cochiliei de granit” (0,23%) și chiar mai puțin în rocile ultrabazice (0,03%) etc. Pentru rocile, îmbogățite cu titan, includ pegmatitele din roci de bază, rocile alcaline, sienite și pegmatitele asociate și altele. Există 67 de minerale cunoscute Titanul, majoritatea de origine magmatică; cele mai importante sunt rutilul și ilmenitul.

Titanul este în mare parte dispersat în biosferă. In apa de mare contine 10 -7%; Titan este un migrant slab.

Proprietățile fizice ale titanului. Titanul există sub forma a două modificări alotropice: sub o temperatură de 882,5 °C, forma α cu o rețea compactă hexagonală este stabilă (a = 2,951Å, c = 4,679Å), iar peste această temperatură, β -forma cu o rețea centrată pe corp cubic a = 3,269 Å. Impuritățile și dopanții pot schimba semnificativ temperatura de transformare α/β.

Densitatea formei a la 20°C este de 4,505 g/cm3, iar la 870°C 4,35 g/cm3; p-formă la 900°C 4,32 g/cm3; raza atomică Ti 1,46 Å, raze ionice Ti + 0,94 A, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Topitură 1668°C, Tbp 3227°C; conductivitate termică în intervalul 20-25°C 22,065 W/(m K); coeficient de temperatură de dilatare liniară la 20°С 8,5·10 -6 , în intervalul 20-700°С 9,7·10 -6 ; capacitate termică 0,523 kJ/(kg K); rezistivitate electrică 42,1 10 -6 ohm cm la 20 °C; coeficient de temperatură al rezistenței electrice 0,0035 la 20 °C; are supraconductivitate sub 0,38 K. Titanul este paramagnetic, susceptibilitatea magnetică specifică este de 3,2·10 -6 la 20 °C. Rezistență la tracțiune 256 MN/m2 (25,6 kgf/mm2), alungire relativă 72%, duritate Brinell mai mică de 1000 MN/m2 (100 kgf/mm2). Modulul de elasticitate normală este de 108.000 MN / m 2 (10.800 kgf / mm 2). Metal de forjare de înaltă puritate la temperatură normală.

Titanul tehnic folosit în industrie conține impurități de oxigen, azot, fier, siliciu și carbon, care îi măresc rezistența, reduc ductilitatea și afectează temperatura de transformare polimorfă, care are loc în intervalul 865-920 °C. Pentru gradele tehnice de titan VT1-00 și VT1-0 densitatea este de aproximativ 4,32 g/cm 3 , rezistență la tracțiune 300-550 MN/m 2 (30-55kgf/mm 2), alungirea relativă nu mai mică de 25%, duritate Brinell 1150 - 1650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Configurația învelișului electron exterior al atomului de Ti este 3d 2 4s 2 .

Proprietățile chimice ale titanului. Titanul pur este un element de tranziție activ din punct de vedere chimic; în compuși are stări de oxidare de +4, mai rar +3 și +2. La temperaturi obișnuite și până la 500-550 ° C, este rezistent la coroziune, ceea ce se explică prin prezența unei pelicule subțiri, dar puternice de oxid pe suprafața sa.

Interacționează vizibil cu oxigenul atmosferic la temperaturi de peste 600 ° C cu formarea de TiO2. Așchiile subțiri de titan cu lubrifiere insuficientă pot lua foc în timpul prelucrării. Cu o concentrație suficientă de oxigen în mediu și deteriorarea peliculei de oxid prin impact sau frecare, este posibil ca metalul să se aprindă la temperatura camerei și în bucăți relativ mari.

Filmul de oxid nu protejează titanul în stare lichidă de interacțiunile ulterioare cu oxigenul (spre deosebire de aluminiu, de exemplu), și, prin urmare, topirea și sudarea acestuia trebuie efectuate în vid, într-o atmosferă de gaz neutru sau scufundat. Titanul are capacitatea de a absorbi gazele atmosferice și hidrogenul, formând aliaje fragile nepotrivite utilizării practice; în prezența unei suprafețe activate, absorbția hidrogenului are loc deja la temperatura camerei la o rată scăzută, care crește semnificativ la 400 °C și peste. Solubilitatea hidrogenului în titan este reversibilă și acest gaz poate fi îndepărtat aproape complet prin recoacere în vid. Titanul reacţionează cu azotul la temperaturi peste 700 °C, şi se obţin nitruri de tip TiN; sub formă de pulbere fină sau sârmă, titanul poate arde într-o atmosferă de azot. Rata de difuzie a azotului și oxigenului în Titan este mult mai mică decât cea a hidrogenului. Stratul obținut ca urmare a interacțiunii cu aceste gaze se caracterizează prin duritate și fragilitate crescute și trebuie îndepărtat de pe suprafața produselor din titan prin gravare sau prelucrare. Titanul reacționează puternic cu halogenii uscați și este stabil față de halogenii umezi, deoarece umiditatea joacă rolul de inhibitor.

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

Titanul este rezistent la coroziune în aerul atmosferic, apa de mare și atmosfera mării, în clor umed, apă cu clor, soluții de clorură fierbinte și rece, în diverse soluții și reactivi tehnologici utilizați în industria chimică, petrol, hârtie și alte industrii, precum și în hidrometalurgie. Titanul formează compuși asemănătoare metalelor cu C, B, Se, Si, care se caracterizează prin refractare și duritate ridicată. Carbura de TiC (topitură t 3140 °C) se obține prin încălzirea unui amestec de TiO 2 cu funingine la 1900-2000 °C în atmosferă de hidrogen; nitrură TiN (t pl 2950 °C) - prin încălzirea pulberii de titan în azot la o temperatură peste 700 °C. Sunt cunoscute siliciuri TiSi2, TiSi şi boruri TiB, Ti2B5, TiB2. La o temperatură de 400-600 °C, titanul absoarbe hidrogenul cu formarea de soluții solide și hidruri (TiH, TiH 2). Când TiO 2 este fuzionat cu alcalii, săruri ale acidului de titan ale meta- și ortotitanați (de exemplu, Na 2 TiO 3 și Na 4 TiO 4), precum și polititanați (de exemplu, Na 2 Ti 2 O 5 și Na 2 Ti 3 O 7) se formează. Titanații includ cele mai importante minerale ale titanului, de exemplu, ilmenita FeTiO 3 , perovskita CaTiO 3 . Toți titanați sunt ușor solubili în apă. Oxidul de titan (IV), acizii titani (precipitate) și, de asemenea, titanați se dizolvă în acid sulfuric pentru a forma soluții care conțin sulfat de titanil TiOSO4. Când soluțiile sunt diluate și încălzite, H2TiO3 precipită în urma hidrolizei, din care se obține oxidul de titan (IV). Când se adaugă peroxid de hidrogen la soluțiile acide care conțin compuși Ti (IV), se formează acizi peroxid (pertitanic) din compoziția H4TiO5 și H4TiO8 și sărurile corespunzătoare acestora; acești compuși sunt colorați în galben sau portocaliu-roșu (în funcție de concentrația de titan), care este utilizat pentru determinarea analitică a titanului.

Obținerea unui Titan. Cea mai comună metodă de obținere a titanului metalic este metoda magnezio-termică, adică reducerea tetraclorurii de titan cu magneziu metalic (mai puțin frecvent, sodiu):

TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2.

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

Titanul se obține în acest proces sub formă spongioasă și, după măcinare, este retopit în cuptoare cu arc cu vid în lingouri cu introducerea de aditivi de aliere, dacă este necesar un aliaj. Metoda magneziu-termică face posibilă crearea unei producții industriale la scară largă de titan cu un ciclu tehnologic închis, deoarece produsul secundar format în timpul reducerii - clorura de magneziu este trimis la electroliză pentru a obține magneziu și clor.

Într-un număr de cazuri, este avantajos să se utilizeze metode de metalurgie a pulberilor pentru producerea de articole din titan și aliajele acestuia. Pentru a obține pulberi deosebit de fine (de exemplu, pentru electronice radio), poate fi utilizată reducerea oxidului de titan (IV) cu hidrură de calciu.

Aplicarea titanului. Principalele avantaje ale titanului față de alte metale structurale: o combinație de ușurință, rezistență și rezistență la coroziune. Aliajele de titan în absolut, și cu atât mai mult în rezistența specifică (adică rezistența legată de densitate) depășesc majoritatea aliajelor pe bază de alte metale (de exemplu, fier sau nichel) la temperaturi de la -250 la 550 ° C și sunt corozive comparabile la aliaje de metale nobile. Cu toate acestea, titanul a început să fie folosit ca material structural independent abia în anii 50 ai secolului al XX-lea din cauza marilor dificultăți tehnice ale extracției sale din minereuri și procesare (de aceea titanul a fost clasificat în mod convențional ca un metal rar). Partea principală a Titanium este cheltuită pentru nevoile aviației și tehnologiei rachetelor și construcției navale maritime. Aliajele de titan cu fier, cunoscute sub numele de „ferotitan” (20-50% titan), în metalurgia oțelurilor de înaltă calitate și a aliajelor speciale servesc ca aditiv de aliere și dezoxidant.

Titanul tehnic este utilizat pentru fabricarea rezervoarelor, reactoarelor chimice, conductelor, fitingurilor, pompelor și a altor produse care funcționează în medii agresive, de exemplu, în inginerie chimică. Echipamentele din titan sunt utilizate în hidrometalurgia metalelor neferoase. Este folosit pentru acoperirea produselor din oțel. Utilizarea titanului dă în multe cazuri un mare efect tehnic și economic, nu numai datorită creșterii duratei de viață a echipamentelor, ci și posibilității de intensificare a proceselor (ca, de exemplu, în hidrometalurgia nichelului). Siguranța biologică a titanului îl face un material excelent pentru fabricarea echipamentelor pentru Industria alimentară iar în chirurgia reconstructivă. În condiții de frig profund, rezistența titanului crește, menținând în același timp o bună ductilitate, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia ca material structural pentru tehnologia criogenică. Titanul se pretează bine la lustruire, anodizare de culoare și alte metode de finisare a suprafeței și, prin urmare, este utilizat pentru fabricarea diferitelor produse artistice, inclusiv sculptura monumentală. Un exemplu este monumentul de la Moscova, ridicat în onoarea lansării primului satelit artificial de pe Pământ. Din compuși de titan valoare practică au oxizi, halogenuri, precum și siliciuri utilizate în tehnologia de temperatură înaltă; boruri și aliajele lor utilizate ca moderatori în domeniul nuclear centrale electrice datorită refractarității și secțiunii transversale mari de captare a neutronilor. Carbura de titan, care are o duritate mare, face parte din instrument aliaje dure folosit pentru fabricarea sculelor de tăiere și ca material abraziv.

Oxidul de titan (IV) și titanatul de bariu servesc drept bază pentru ceramica de titan, iar titanatul de bariu este cel mai important feroelectric.

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

Metalul spațial, materialul viitorului, transformând un vis în realitate - totul este despre titan, alb argintiu, puternic și ușor. Ocupând locul al nouălea în ceea ce privește prevalența în natură, s-a dovedit în industria aerospațială și petrochimică, inginerie mecanică și medicină. Metalul miraculos a fost chiar descoperit într-un mod neobișnuit, iar studiul proprietăților sale a ajutat omenirea să atingă un nou nivel de dezvoltare.

Istoria descoperirii metalelor

Totul a început în 1791, când, independent unul de celălalt, în același timp W. Gregor (Anglia) și M. G. Klaproth (Germania) a primit dioxid de titan, dar nu a reușit să izoleze o substanță pură din ea. Mineralogul și, cu jumătate de normă, preotul satului Gregor au studiat nisipul feroginos negru găsit în vecinătatea parohiei sale. Rezultatul a fost extragerea unui compus de titan - boabe strălucitoare, pe care numele „menakin” (de la mineralul menakanit) le-a imortalizat locurile natale ale englezului.

Cam în aceeași perioadă, chimistul Klaproth, studiind nisipurile roșii aduse din Ungaria, a găsit o substanță nouă în mineralul rutil și a numit-o „titan”. Și, câțiva ani mai târziu, a demonstrat că pământul rutil și menaken sunt aceiași compuși. În 1825, chimistul suedez Berzelius a obținut primul mostra de titan metalic, dar acest lucru nu a permis progrese în studiul proprietăților, deoarece impuritățile au făcut proba fragilă și nepotrivită pentru prelucrare.

Abia în 1925, chimiștii olandezi van Arkel și de Boer, folosind descompunerea termică a iodurii de titan, care nu era folosită pe scară largă, au obținut o substanță cu o puritate de 99,9%. Un astfel de metal avea plasticitate, putea fi rulat în foi, sârmă și folie. Acest lucru a făcut posibilă începerea unui studiu la scară completă a proprietăților fizice și chimice, pentru a atrage atenția inginerilor și constructorilor și a contura domeniile de aplicare. Și deja în 1940, a apărut procesul Kroll pentru reducerea tetraclorurii de titan cu magneziu, care a fost folosit cu succes până în prezent.

Teorii despre originea numelui

Există două teorii despre originea numelui:

Găsind titan în natură

Titan ocupă un loc onorabil al patruleaîn ceea ce privește conținutul în scoarța terestră, printre metalele importante pentru oameni, pe locul doi după fier, magneziu și aluminiu. Cantitatea sa maximă este concentrată în stratul inferior, bazaltic, puțin mai puțin - în granit. Ținând cont de activitatea chimică ridicată, nu este posibil să se găsească titan pur. Cei mai des întâlniți sunt oxizii tetravalenți, care sunt concentrați în minereurile crustei meteorologice și în argila marine.

Astăzi, există până la 75 de minerale de titan, iar oamenii de știință anunță periodic descoperirea a tot mai multe forme și compuși noi. Pentru prelucrarea industrială, cele mai importante sunt:

Titanul este un migrant slab, nu poate fi transportat decât sub formă de fragmente mecanice de rocă sau la deplasarea nămolului coloidal straturi de corpuri de apă. Biosfera se caracterizează prin conținutul cantităților maxime de acest metal în alge marine, la animale se găsește în lână și țesuturi cornoase, în corpul uman este prezent în glanda tiroidă, splină, glandele suprarenale și placentă.

Depuneri de material spațial

Cele mai comune zăcăminte sunt ilmenite, ele se ridică la aproximativ 800 de milioane de tone. Rezervele de minereuri rutilice sunt mult mai mici, dar menținând creșterea producției, toate pot asigura omenirea pentru încă 100 de ani. În ceea ce privește rezervele de titan, Rusia este pe locul doi după China și are 20 de zăcăminte explorate. Cele mai multe dintre ele sunt complexe, unde sunt extrase și fier, fosfor, vanadiu și zirconiu. Astăzi, cel mai mare producător din lume titanul este considerat a fi compania metalurgică rusă VSMPO-AVISMA.

Zăcăminte extinse sunt situate pe teritoriul Africii de Sud, Ucraina, Canada, SUA, Brazilia, Australia, Suedia, Norvegia, Egipt, Kazahstan, India și Coreea de Sud. Ele diferă prin conținutul de metal din minereuri și volumul de producție, studiile geologice nu se opresc. Chiar și pe Lună au fost descoperite rezerve de minereuri care conțin titan, dintre care unele sunt de zeci de ori mai bogate decât depozitele mari ale Pământului. Acest lucru ne permite să sperăm la o scădere a prețurilor de piață ale metalului și la o extindere a domeniului de utilizare.

Proprietățile fizice ale elementului

Titanul - un element chimic al tabelului periodic al lui Mendeleev, se află în grupa IV a perioadei a patra. Are un număr atomic de 22, o masă molară de 47,867, este notat cu simbolul Ti și prezintă stări de oxidare de la 2 la 4, compușii săi tetravalenți sunt cei mai stabili. La presiune normală, punctul de topire al titanului este de 1670 ± 2 °C, aparține metalelor refractare neferoase și seamănă cu oțelul.

Duritate, plasticitate și rezistență la curgere- parametri importanți pentru orice metal care determină domeniul de aplicare. Titanul este de 12 ori mai puternic decât aluminiul, de 4 ori mai puternic decât cuprul și fierul. Și este, de asemenea, mult mai ușor decât toate (densitatea titanului este de doar 4,54 g / cm 3) și este prelucrat liber prin sudare, nituire, forjare și laminare. Caracteristicile importante includ conductivitate termică scăzută și conductivitate electrică, care rămân neschimbate chiar și la temperaturi ridicate.

Titanul prezintă proprietăți paramagnetice: nu este magnetizat într-un câmp magnetic, cum ar fi nichelul și fierul, și nu este împins afară, precum argintul și aurul. Proprietățile sale slabe anti-fricțiune se datorează lipirii de multe materiale. Indicatorii rezistenței la coroziune și rezistenței la stres mecanic sunt unici: plăcile de titan care au stat pe fundul mării timp de zece ani nu vor suferi modificări de aspect și compoziție, iar fierul se va descompune complet în acest timp.

Proprietăți chimice

Rezistența ridicată la coroziune se explică prin faptul că în condiții normale este prezentă o peliculă de oxid pe suprafața metalului. Cu toate acestea, sub formă de pulbere, așchii subțiri sau sârmă, este capabil să se autoaprinde și să explodeze. Titanul este rezistent la soluții apoase de clor și multe alcalii și acizi diluați, cu excepția fluorhidricului, ortofosforic și sulfuric. Sudarea și topirea se efectuează în vid, deoarece chiar și cu o încălzire ușoară, se manifestă una dintre principalele proprietăți ale titanului - absorbția activă a gazelor din atmosfera înconjurătoare.

Reacția cu hidrogenul, care începe la 60 °C, este reversibilă, hidrurile rezultate se descompun din nou la încălzire. În aer la 1200 °C titanul arde cu o flacără albă strălucitoare și numai el poate arde într-o atmosferă de azot la temperaturi de peste 400 ° C cu formarea de nitruri. Pentru interacțiunea cu halogenii conditiile necesare sunt absența umidității și prezența unui catalizator – temperatură ridicată. Când reacţionează cu carbonul, se obţine o carbură superdură. Cu majoritatea metalelor, titanul formează aliaje structurale sau rezistente la căldură de înaltă rezistență și compuși intermetalici și este adesea folosit ca o componentă importantă de aliere.

Metoda de obtinere din materii prime

Materia primă inițială este dioxidul de titan, care conține puține impurități străine. Pentru aceasta este nevoie de un concentrat de rutil, obținut prin valorificarea minereului. Dar rezervele sale mondiale sunt mici, iar zgura de titan (rutil sintetic) este mai des folosită, care este obținută prin tratament termic - îmbogățirea concentratelor de ilmenit într-un cuptor cu arc electric. Drept urmare, fierul sub formă de fontă este colectat în fundul unei băi speciale și rămâne o pulbere gri - zgură care conține oxid de titan. Se zdrobește, se amestecă cu cărbune, se brichetă și se clorează în cuptoare, unde se formează vapori de tetraclorură de titan la 800 °C în prezența carbonului.

Apoi sunt purificați în reactoare speciale. redus cu magneziu la 950 °C. Pe pereți se formează o masă poroasă sinterizată, un burete de titan, care este calcinată în vid pentru a se separa de compușii de magneziu. Pentru a face lingouri de titan, buretele obținut este topit în cuptoare cu arc de vid. Aceasta protejează metalul de oxidare și contribuie la eliberarea finală a impurităților. Lingourile finite cu o puritate de până la 99,7% sunt utilizate pentru tratarea sub presiune (laminare, ștanțare, forjare).

Aplicații principale

Este dificil de descris toate domeniile vieții în care a existat un loc pentru titan, dar printre domeniile principale se poate remarca:

Domeniul de aplicare al titanului este în continuă expansiune, este constrâns de complexitatea și intensitatea energetică a procesului de obținere a unei substanțe pure. Acesta este, parțial, motivul pentru care fierul și aluminiul tradițional sunt încă ferm în vigoare astăzi. Titanul este scump. Prețul metalului sub formă de concentrat este de sute de ori mai mic decât costul produse terminate, de exemplu, tablă. Astăzi, astfel de cheltuieli sunt departe de a fi accesibile tuturor, așa că utilizarea titanului determină nivelul de dezvoltare economică și capacitatea de apărare a statului.

Proprietățile fizice și chimice ale titanului, obținând titan

Utilizarea titanului sub formă pură și sub formă de aliaje, utilizarea titanului sub formă de compuși, efectul fiziologic al titanului

Secțiunea 1. Istoricul și apariția titanului în natură.

Titan -aceasta este element al unui subgrup secundar al celui de-al patrulea grup, a patra perioadă sistem periodic elemente chimice ale lui D. I. Mendeleev, cu număr atomic 22. Substanța simplă titan (număr CAS: 7440-32-6) este un metal ușor argintiu-alb. Există în două modificări cristaline: α-Ti cu o rețea compactă hexagonală, β-Ti cu o împachetare centrată pe corp cubic, temperatura transformării polimorfe α↔β este de 883 °C. Punct de topire 1660±20 °C.

Istoria și prezența în natură a titanului

Titan a fost numit după caracterele grecești antice Titani. Chimistul german Martin Klaproth l-a numit astfel din motive personale, spre deosebire de francezi, care au încercat să dea nume în conformitate cu caracteristicile chimice ale elementului, dar din moment ce proprietățile elementului erau necunoscute la acel moment, un astfel de nume era ales.

Titanul este al 10-lea element ca număr de pe planeta noastră. Cantitatea de titan din scoarța terestră este de 0,57% din greutate și de 0,001 miligrame per 1 litru de apă de mare. Zăcămintele de titan sunt situate pe teritoriul: Republica Sud-Africană, Ucraina, Rusia, Kazahstan, Japonia, Australia, India, Ceylon, Brazilia și Coreea de Sud.

Din punct de vedere al proprietăților fizice, titanul este un metal argintiu ușor, în plus, se caracterizează printr-o vâscozitate ridicată în timpul prelucrării și este predispus să se lipească de unealta de tăiere, așa că se folosesc lubrifianți speciali sau pulverizarea pentru a elimina acest efect. La temperatura camerei, este acoperit cu o peliculă translucidă de oxid de TiO2, datorită căruia este rezistent la coroziune în cele mai multe medii agresive, cu excepția alcalinelor. Praful de titan are capacitatea de a exploda, cu un punct de aprindere de 400 °C. Așchii de titan sunt inflamabili.

Pentru a produce titan pur sau aliaje ale acestuia, în cele mai multe cazuri, dioxidul de titan este utilizat cu un număr mic de compuși incluși în acesta. De exemplu, un concentrat de rutil obținut prin valorificarea minereurilor de titan. Dar rezervele de rutil sunt extrem de mici, iar în legătură cu aceasta se folosește așa-numita rutilă sintetică sau zgură de titan, obținută în timpul prelucrării concentratelor de ilmenit.

Descoperitorul titanului este considerat a fi un călugăr englez William Gregor, în vârstă de 28 de ani. În 1790, în timp ce efectua cercetări mineralogice în parohia sa, el a atras atenția asupra prevalenței și proprietăților neobișnuite ale nisipului negru din valea Menaken din sud-vestul Angliei și a început să-l exploreze. În nisip, preotul a găsit boabe dintr-un mineral negru strălucitor, atrași de un magnet obișnuit. Obținut în 1925 de către Van Arkel și de Boer prin metoda iodului, cel mai pur titan s-a dovedit a fi un metal ductil și tehnologic, cu multe proprietăți valoroase, care a atras atenția unei game largi de designeri și ingineri. În 1940, Croll a propus o metodă termică de magneziu pentru extragerea titanului din minereuri, care este încă principala în prezent. În 1947, au fost produse primele 45 kg de titan pur comercial.

În sistemul periodic de elemente al lui Mendeleev, titanul are numărul de serie 22. Masa atomică a titanului natural, calculată din rezultatele studiilor izotopilor săi, este 47,926. Deci, nucleul unui atom neutru de titan conține 22 de protoni. Numărul de neutroni, adică particule neutre neîncărcate, este diferit: mai des 26, dar poate varia de la 24 la 28. Prin urmare, numărul de izotopi de titan este diferit. În total, sunt cunoscuți acum 13 izotopi ai elementului nr. 22. Titanul natural constă dintr-un amestec de cinci izotopi stabili, titanul-48 este cel mai larg reprezentat, ponderea sa în minereurile naturale este de 73,99%. Titanul și alte elemente ale subgrupului IVB sunt foarte asemănătoare ca proprietăți cu elementele subgrupului IIIB (grup scandiu), deși diferă de acestea din urmă prin capacitatea lor de a prezenta o valență mare. Asemănarea titanului cu scandiu, ytriu, precum și cu elementele subgrupului VB - vanadiu și niobiu, se exprimă și prin faptul că titanul se găsește adesea în mineralele naturale împreună cu aceste elemente. Cu halogeni monovalenți (fluor, brom, clor și iod), poate forma compuși di-tri și tetra, cu sulf și elemente din grupa sa (seleniu, teluriu) - mono și disulfuri, cu oxigen - oxizi, dioxizi și trioxizi .

Titanul formează și compuși cu hidrogen (hidruri), azot (nitruri), carbon (carburi), fosfor (fosfuri), arsen (arside), precum și compuși cu multe metale - compuși intermetalici. Titanul formează nu numai compuși simpli, ci și numeroși complecși; mulți dintre compușii săi cu substanțe organice sunt cunoscuți. După cum se poate observa din lista de compuși la care poate participa titanul, este foarte activ din punct de vedere chimic. Și în același timp, titanul este unul dintre puținele metale cu rezistență la coroziune excepțional de mare: este practic etern în aer, în apă rece și clocotită, este foarte rezistent în apa de mare, în soluții de multe săruri, anorganice și organice. acizi. În ceea ce privește rezistența la coroziune în apa de mare, depășește toate metalele, cu excepția celor nobile - aur, platină etc., majoritatea tipurilor de oțel inoxidabil, nichel, cupru și alte aliaje. În apă, în multe medii agresive, titanul pur nu este supus coroziunii. Rezistă la coroziune la titan și la eroziune rezultată dintr-o combinație de efecte chimice și mecanice asupra metalului. În acest sens, nu este inferior celor mai bune mărci. otel inoxidabil, aliaje pe bază de cupru și alte materiale structurale. De asemenea, titanul rezistă bine coroziunii prin oboseală, care se manifestă adesea sub formă de încălcări ale integrității și rezistenței metalului (fisurare, centre de coroziune locale etc.). Comportamentul titanului în multe medii agresive, cum ar fi azotul, clorhidric, sulfuric, „aqua regia” și alți acizi și alcalii, este surprinzător și admirabil pentru acest metal.

Titanul este un metal foarte refractar. Multă vreme s-a crezut că se topește la 1800 ° C, dar la mijlocul anilor 50. Oamenii de știință englezi Diardorf și Hayes au stabilit punctul de topire al titanului elementar pur. S-a ridicat la 1668 ± 3 ° C. În ceea ce privește refractaritatea, titanul este al doilea după metale precum wolfram, tantal, niobiu, reniu, molibden, platinoizi, zirconiu, iar printre principalele metale structurale se află pe primul loc. Cea mai importantă caracteristică a titanului ca metal este proprietățile sale fizice și chimice unice: densitate scăzută, rezistență ridicată, duritate etc. Principalul lucru este că aceste proprietăți nu se schimbă semnificativ la temperaturi ridicate.

Titanul este un metal ușor, densitatea lui la 0°C este de doar 4,517 g/cm8, iar la 100°C este de 4,506 g/cm3. Titanul aparține grupului de metale cu o greutate specifică mai mică de 5 g/cm3. Acestea includ toate metalele alcaline (sodiu, cadiu, litiu, rubidiu, cesiu) cu o greutate specifică de 0,9–1,5 g/cm3, magneziu (1,7 g/cm3), aluminiu (2,7 g/cm3) și etc. Titanul este mai mult de De 1,5 ori mai greu decât aluminiul și în acest sens, desigur, pierde în fața lui, dar este de 1,5 ori mai ușor decât fierul (7,8 g/cm3). Totuși, ocupând o poziție intermediară între aluminiu și fier în densitate specifică, titanul le depășește de multe ori în proprietățile sale mecanice.). Titanul are o duritate semnificativă: este de 12 ori mai dur decât aluminiul, de 4 ori mai dur decât fierul și cuprul. O altă caracteristică importantă a unui metal este limita sa de curgere. Cu cât este mai mare, cu atât piesele din acest metal rezistă mai bine la sarcinile operaționale. Limita de curgere a titanului este de aproape 18 ori mai mare decât cea a aluminiului. Rezistența specifică a aliajelor de titan poate fi mărită cu un factor de 1,5-2. Proprietățile sale mecanice ridicate sunt bine păstrate la temperaturi de până la câteva sute de grade. Titanul pur este potrivit pentru toate tipurile de prelucrare în stare caldă și rece: poate fi forjat ca fierul, tras și chiar transformat în sârmă, rulat în foi, benzi și folii de până la 0,01 mm grosime.

Spre deosebire de majoritatea metalelor, titanul are o rezistență electrică semnificativă: dacă conductivitatea electrică a argintului este luată ca 100, atunci conductivitatea electrică a cuprului este 94, aluminiul este 60, fierul și platina este -15, iar titanul este doar 3,8. Titanul este un metal paramagnetic, nu este magnetizat ca fierul într-un câmp magnetic, dar nu este împins din el ca cuprul. Susceptibilitatea sa magnetică este foarte slabă, această proprietate putând fi folosită în construcții. Titanul are o conductivitate termică relativ scăzută, doar 22,07 W/(mK), care este de aproximativ 3 ori mai mică decât conductivitatea termică a fierului, de 7 ori mai mică decât magneziul, de 17-20 de ori mai mică decât aluminiul și cuprul. În consecință, coeficientul de dilatare termică liniară a titanului este mai mic decât cel al altor materiale structurale: la 20 C, este de 1,5 ori mai mic decât cel al fierului, 2 - pentru cupru și aproape 3 - pentru aluminiu. Astfel, titanul este un slab conductor de electricitate și căldură.

Astăzi, aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în tehnologia aviației. Aliajele de titan au fost folosite pentru prima dată la scară industrială în construcția motoarelor cu reacție de avioane. Utilizarea titanului în proiectarea motoarelor cu reacție face posibilă reducerea greutății acestora cu 10...25%. În special, discurile și paletele compresorului, piesele de admisie a aerului, paletele de ghidare și elementele de fixare sunt fabricate din aliaje de titan. Aliajele de titan sunt indispensabile pentru aeronavele supersonice. Creșterea vitezei de zbor aeronave a dus la o creștere a temperaturii pielii, în urma căreia aliajele de aluminiu nu mai îndeplinesc cerințele tehnologiei aviatice pentru viteze supersonice. Temperatura pielii în acest caz ajunge la 246...316 °C. În aceste condiții, aliajele de titan s-au dovedit a fi cel mai acceptabil material. În anii '70, utilizarea aliajelor de titan pentru corpul aeronavelor civile a crescut semnificativ. Într-un avion cu transport mediu TU-204 greutate totală piese din aliaje de titan este de 2570 kg. Utilizarea titanului în elicoptere se extinde treptat, în principal pentru părți ale sistemului de rotor principal, de antrenare și de control. Un loc important este ocupat de aliajele de titan în știința rachetelor.

Datorită rezistenței mari la coroziune în apa de mare, titanul și aliajele sale sunt utilizate în construcțiile navale pentru fabricarea de elice, placarea navelor, submarine, torpile etc. Cojile nu se lipesc de titan și aliajele sale, ceea ce mărește brusc rezistența vasului atunci când se mișcă. Treptat, domeniile de aplicare ale titanului se extind. Titanul și aliajele sale sunt utilizate în industria chimică, petrochimică, celulozei și hârtiei și în industria alimentară, metalurgia neferoasă, inginerie energetică, electronică, tehnologie nucleară, galvanizare, la fabricarea armelor, la fabricarea plăcilor de blindaj, a instrumentelor chirurgicale, implanturi chirurgicale, instalații de desalinizare, piese de mașini de curse, echipamente sportive (cluburi de golf, echipamente de alpinism), piese ceas de mânăși chiar bijuterii. Nitrurarea titanului duce la formarea unei pelicule de aur pe suprafața sa, care nu este inferioară ca frumusețe cu aurul real.

Descoperirea TiO2 a fost făcută aproape simultan și independent de englezul W. Gregor și de chimistul german M. G. Klaproth. W. Gregor, studiind compoziția nisipului feruginos magnetic (Creed, Cornwall, Anglia, 1791), a izolat un nou „pământ” (oxid) dintr-un metal necunoscut, pe care l-a numit menaken. În 1795, chimistul german Klaproth a descoperit un nou element în mineralul rutil și l-a numit titan. Doi ani mai târziu, Klaproth a stabilit că pământul rutil și menaken sunt oxizi ai aceluiași element, în spatele căruia a rămas denumirea de „titan” propusă de Klaproth. După 10 ani, descoperirea titanului a avut loc pentru a treia oară. Omul de știință francez L. Vauquelin a descoperit titanul în anatază și a demonstrat că rutilul și anataza sunt oxizi de titan identici.

Prima mostră de titan metalic a fost obținută în 1825 de J. Ya. Berzelius. Datorită activității chimice ridicate a titanului și dificultății purificării sale, olandezii A. van Arkel și I. de Boer au obținut o probă de Ti pur în 1925 prin descompunerea termică a vaporilor de iodură de titan TiI4.

Titanul este al 10-lea cel mai abundent în natură. Conținutul în scoarța terestră este de 0,57% din masă, în apa de mare 0,001 mg/l. 300 g/t în roci ultrabazice, 9 kg/t în roci bazice, 2,3 kg/t în roci acide, 4,5 kg/t în argile și șisturi. În scoarța terestră, titanul este aproape întotdeauna tetravalent și este prezent doar în compușii de oxigen. Nu apare în formă liberă. Titanul în condiții de intemperii și precipitații are o afinitate geochimică pentru Al2O3. Este concentrat în bauxite ale crustei de intemperii și în sedimentele argiloase marine. Transferul titanului se realizează sub formă de fragmente mecanice de minerale și sub formă de coloizi. Până la 30% TiO2 în greutate se acumulează în unele argile. Mineralele de titan sunt rezistente la intemperii și formează concentrații mari în placeri. Sunt cunoscute peste 100 de minerale care conțin titan. Cele mai importante dintre ele sunt: ​​rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Există minereuri primare de titan - ilmenit-titanomagnetit și placer - rutil-ilmenit-zircon.

Minereuri principale: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).

În 2002, 90% din titanul extras a fost folosit pentru producerea de dioxid de titan TiO2. Producția mondială de dioxid de titan a fost de 4,5 milioane de tone pe an. Rezervele confirmate de dioxid de titan (fără Rusia) sunt de aproximativ 800 de milioane de tone.Pentru anul 2006, conform US Geological Survey, în ceea ce privește dioxidul de titan și excluzând Rusia, rezervele de minereuri de ilmenit se ridică la 603-673 milioane de tone, iar rutil. - 49,7- 52,7 milioane de tone.Astfel, la ritmul actual de producție, rezervele mondiale dovedite de titan (cu excepția Rusiei) vor fi suficiente pentru mai bine de 150 de ani.

Rusia are a doua cea mai mare rezervă de titan din lume, după China. Baza de resurse minerale de titan din Rusia este formată din 20 de zăcăminte (dintre care 11 sunt primare și 9 sunt aluviale), dispersate destul de uniform în toată țara. Cel mai mare dintre zăcămintele explorate (Yaregskoye) este situat la 25 km de orașul Ukhta (Republica Komi). Rezervele zăcământului sunt estimate la 2 miliarde de tone de minereu cu un conținut mediu de dioxid de titan de aproximativ 10%.

Cel mai mare producător de titan din lume - firma ruseasca„VSMPO-AVISMA”.

De regulă, materialul de pornire pentru producția de titan și compușii săi este dioxid de titan cu o cantitate relativ mică de impurități. În special, poate fi un concentrat de rutil obţinut în timpul valorificării minereurilor de titan. Cu toate acestea, rezervele de rutil din lume sunt foarte limitate, iar așa-numita rutil sintetică sau zgura de titan, obținută în timpul prelucrării concentratelor de ilmenit, este mai des folosită. Pentru a obține zgura de titan, concentratul de ilmenit este redus într-un cuptor cu arc electric, în timp ce fierul este separat într-o fază metalică (fontă), iar oxizii și impuritățile de titan nu reduse formează o fază de zgură. Zgura bogată este prelucrată prin metoda clorurii sau acidului sulfuric.

În formă pură și sub formă de aliaje

Monument de titan al lui Gagarin pe Leninsky Prospekt din Moscova

Metalul este utilizat în: industria chimică (reactoare, conducte, pompe, accesorii pentru conducte), industria militară (blindare, blindaje și bariere antiincendiu în aviație, carene de submarin), procese industriale (instalații de desalinizare, procese de celuloză și hârtie), industria auto, industria agricolă, industria alimentară, bijuterii piercing, industria medicală (proteze, osteoproteze) , instrumente dentare și endodontice, implanturi dentare, articole sportive, bijuterii (Alexander Khomov), telefoane mobile, aliaje ușoare etc. Este cel mai important material structural în avioane, rachete și construcții navale.

Turnarea titanului se realizează în cuptoare de vid în matrițe de grafit. Se folosește și turnarea în vid. Din cauza dificultăților tehnologice, este folosit în turnarea artistică într-o măsură limitată. Prima sculptură monumentală din titan turnat din lume este monumentul lui Iuri Gagarin de pe piața care îi poartă numele din Moscova.

Titanul este un adaos de aliaj în multe oțeluri aliate și în majoritatea aliajelor speciale.

Nitinolul (nichel-titan) este un aliaj cu memorie de formă utilizat în medicină și tehnologie.

Aluminurile de titan sunt foarte rezistente la oxidare și rezistente la căldură, ceea ce a determinat, la rândul său, utilizarea lor în aviație și industria auto ca materiale structurale.

Titanul este unul dintre cele mai comune materiale getter utilizate în pompele de vid înalt.

Dioxidul de titan alb (TiO2) este utilizat în vopsele (cum ar fi albul de titan), precum și în fabricarea hârtiei și a materialelor plastice. Aditiv alimentar E171.

Compușii organotitani (de exemplu, tetrabutoxititanul) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselei.

Compușii anorganici de titan sunt utilizați în industria chimică, electronică, a fibrelor de sticlă ca aditivi sau acoperiri.

Carbura de titan, diborura de titan, carbonitrura de titan sunt componente importante ale materialelor superdure pentru prelucrarea metalelor.

Nitrura de titan este folosită pentru acoperirea uneltelor, cupolelor bisericii și la fabricarea bijuteriilor, deoarece. are o culoare asemănătoare cu aurul.

Titanatul de bariu BaTiO3, titanatul de plumb PbTiO3 și o serie de alți titanați sunt feroelectrici.

Există multe aliaje de titan cu diferite metale. Elementele de aliere sunt împărțite în trei grupe, în funcție de efectul lor asupra temperaturii de transformare polimorfă: stabilizatori beta, stabilizatori alfa și întăritori neutri. Primele scad temperatura de transformare, cele din urmă o măresc, iar cele din urmă nu o afectează, dar duc la întărirea prin soluție a matricei. Exemple de stabilizatori alfa: aluminiu, oxigen, carbon, azot. Stabilizatori beta: molibden, vanadiu, fier, crom, nichel. Întăritori neutri: zirconiu, staniu, siliciu. Stabilizatorii beta, la rândul lor, sunt împărțiți în beta-izomorfi și beta-eutectoizi. Cel mai comun aliaj de titan este aliajul Ti-6Al-4V (în clasificarea rusă - VT6).

60% - vopsea;

20% - plastic;

13% - hârtie;

7% - inginerie mecanică.

15-25 USD pe kilogram, în funcție de puritate.

Puritatea și gradul de titan brut (burete de titan) este de obicei determinată de duritatea acestuia, care depinde de conținutul de impurități. Cele mai comune mărci sunt TG100 și TG110.

Prețul ferotitanului (minim 70% titan) din 22.12.2010 este de 6,82 USD per kilogram. La 01.01.2010 prețul era la nivelul de 5,00 USD per kilogram.

În Rusia, prețurile titanului la începutul anului 2012 erau de 1200-1500 de ruble/kg.

Avantaje:

densitatea redusă (4500 kg/m3) ajută la reducerea masei materialului folosit;

rezistență mecanică ridicată. Trebuie remarcat faptul că la temperaturi ridicate (250-500 °C) aliajele de titan sunt superioare ca rezistență față de aliajele de aluminiu și magneziu de înaltă rezistență;

rezistență neobișnuit de mare la coroziune, datorită capacității titanului de a forma pelicule continue subțiri (5-15 microni) de oxid de TiO2 la suprafață, lipite ferm de masa metalică;

rezistența specifică (raportul dintre rezistență și densitate) a celor mai bune aliaje de titan ajunge la 30-35 sau mai mult, ceea ce este aproape de două ori rezistența specifică a oțelurilor aliate.

Defecte:

cost de producție ridicat, titanul este mult mai scump decât fierul, aluminiul, cuprul, magneziul;

interacțiune activă la temperaturi ridicate, în special în stare lichidă, cu toate gazele care alcătuiesc atmosfera, drept urmare titanul și aliajele sale nu pot fi topite decât în ​​vid sau în mediu gazos inert;

dificultăți implicate în producerea deșeurilor de titan;

proprietăți antifricțiune slabe din cauza lipirii titanului de multe materiale, titanul asociat cu titanul nu poate funcționa pentru frecare;

înclinația ridicată a titanului și a multor aliaje ale acestuia la fragilizarea hidrogenului și coroziunea sării;

prelucrabilitate slabă similară cu cea a oțelurilor inoxidabile austenitice;

reactivitate ridicată, tendința de creștere a granulelor la temperatură ridicată și transformările de fază în timpul ciclului de sudare provoacă dificultăți în sudarea titanului.

Partea principală a titanului este cheltuită pentru nevoile aviației și tehnologiei rachetelor și construcțiilor navale maritime. Titanul (ferotitanul) este utilizat ca aditiv de aliere pentru oțelurile de înaltă calitate și ca dezoxidant. Titanul tehnic este utilizat pentru fabricarea rezervoarelor, reactoarelor chimice, conductelor, fitingurilor, pompelor, supapelor și a altor produse care funcționează în medii agresive. Grilele și alte părți ale dispozitivelor de electrovacuum care funcționează la temperaturi ridicate sunt fabricate din titan compact.

În ceea ce privește utilizarea ca material structural, titanul se află pe locul 4, al doilea după Al, Fe și Mg. Aluminurile de titan sunt foarte rezistente la oxidare și rezistente la căldură, ceea ce a determinat, la rândul său, utilizarea lor în aviație și industria auto ca materiale structurale. Siguranța biologică a titanului îl face un material excelent pentru industria alimentară și chirurgia reconstructivă.

Titanul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în inginerie datorită rezistenței lor mecanice ridicate, care este menținută la temperaturi ridicate, rezistență la coroziune, rezistență la căldură, rezistență specifică, densitate scăzută și altele. proprietăți utile. Costul ridicat al titanului și aliajelor sale este în multe cazuri compensat de performanța lor mai mare, iar în unele cazuri ele sunt singurul material din care este posibil să se fabrice echipamente sau structuri capabile să funcționeze în anumite condiții specifice.

Aliajele de titan joacă un rol important în tehnologia aviației, unde se urmărește obținerea celui mai ușor design combinat cu rezistența necesară. Titanul este ușor în comparație cu alte metale, dar în același timp poate funcționa la temperaturi ridicate. Aliajele de titan sunt folosite pentru a face piele, piese de fixare, un set de putere, piese de șasiu și diverse unități. De asemenea, aceste materiale sunt folosite în construcția motoarelor cu reacție de avioane. Acest lucru vă permite să reduceți greutatea lor cu 10-25%. Aliajele de titan sunt folosite pentru a produce discuri și palete de compresor, piese de admisie a aerului și palete de ghidare și elemente de fixare.

Titanul și aliajele sale sunt, de asemenea, folosite în știința rachetelor. Având în vedere funcționarea pe termen scurt a motoarelor și trecerea rapidă a straturilor dense ale atmosferei, problemele rezistenței la oboseală, rezistenței statice și, într-o oarecare măsură, fluajului sunt înlăturate în știința rachetelor.

Titanul tehnic nu este potrivit pentru aplicații aviatice din cauza rezistenței sale la căldură insuficient de mare, dar datorită rezistenței sale la coroziune excepțional de ridicate, în unele cazuri este indispensabil în industria chimică și construcțiile navale. Deci este folosit la fabricarea de compresoare și pompe pentru pomparea unor medii atât de agresive precum sulfurice și acid clorhidricși sărurile lor, conductele, supape de oprire, autoclave, diverse tipuri de recipiente, filtre etc. Doar titanul are rezistență la coroziune în medii precum clorul umed, soluțiile de clor apoase și acide, prin urmare, din metal dat fabricarea echipamentelor pentru industria clorului. Titanul este folosit pentru a face schimbătoare de căldură care funcționează în medii corozive, de exemplu, în acid azotic (nu fumează). În construcțiile navale, titanul este utilizat pentru fabricarea elicelor, placarea navelor, submarinelor, torpilelor etc. Cojile nu se lipesc de titan și aliajele sale, ceea ce mărește brusc rezistența vasului atunci când se mișcă.

Aliajele de titan sunt promițătoare pentru utilizare în multe alte aplicații, dar utilizarea lor în tehnologie este constrânsă de costul ridicat și deficitul de titan.

Compușii de titan sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă în diverse industrii. Carbura de titan are o duritate mare și este folosită la fabricarea sculelor de tăiere și a materialelor abrazive. Dioxidul de titan alb (TiO2) este utilizat în vopsele (cum ar fi albul de titan), precum și în fabricarea hârtiei și a materialelor plastice. Compușii organotitani (de exemplu, tetrabutoxititanul) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselei. Compușii anorganici de titan sunt utilizați în industria chimică, electronică, din fibră de sticlă ca aditiv. Diborura de titan este o componentă importantă a materialelor superdure pentru prelucrarea metalelor. Nitrura de titan este folosită pentru acoperirea sculelor.

Cu prețurile ridicate existente pentru titan, acesta este utilizat în principal pentru producția de echipamente militare, unde rolul principal nu revine costului, ci specificatii tehnice. Cu toate acestea, sunt cunoscute cazuri de utilizare a proprietăților unice ale titanului pentru nevoi civile. Pe măsură ce prețul titanului scade și producția crește, utilizarea acestui metal în aplicații militare și civile se va extinde din ce în ce mai mult.

Aviaţie. Greutatea specifică scăzută și rezistența ridicată (în special la temperaturi ridicate) ale titanului și aliajelor sale le fac materiale de aviație foarte valoroase. În domeniul construcției și producției de aeronave motoare de avioane titanul înlocuiește din ce în ce mai mult aluminiul și oțelul inoxidabil. Pe măsură ce temperatura crește, aluminiul își pierde rapid rezistența. Pe de altă parte, titanul are un avantaj clar de rezistență la temperaturi de până la 430°C, iar temperaturile ridicate de acest ordin apar la viteze mari datorită încălzirii aerodinamice. Avantajul înlocuirii oțelului cu titan în aviație este de a reduce greutatea fără a sacrifica rezistența. Reducerea totală a greutății cu performanță crescută la temperaturi ridicate permite o sarcină utilă, raza de acțiune și manevrabilitate crescute a aeronavei. Așa se explică eforturile care vizează extinderea utilizării titanului în construcția de aeronave la fabricarea de motoare, construcția de fuzelaje, fabricarea de piei și chiar elemente de fixare.

În construcția motoarelor cu reacție, titanul este utilizat în principal pentru fabricarea paletelor compresoarelor, a discurilor de turbină și a multor alte piese ștanțate. Aici, titanul înlocuiește oțelurile aliate inoxidabile și tratate termic. O economie de un kilogram în greutatea motorului economisește până la 10 kg în greutatea totală a aeronavei datorită ușurării fuselajului. În viitor, se plănuiește utilizarea foii de titan pentru fabricarea carcasei pentru camerele de ardere ale motoarelor.

În construcția de avioane, titanul este utilizat pe scară largă pentru piesele fuselajului care funcționează la temperaturi ridicate. Placa de titan este utilizată pentru fabricarea tuturor tipurilor de carcase, mantale de protecție a cablurilor și ghidaje pentru proiectile. Diverse elemente de rigidizare, cadre de fuzelaj, nervuri etc. sunt realizate din foi de titan aliat.

Carcasele, clapetele, mantaua cablurilor și ghidajele proiectilelor sunt fabricate din titan nealiat. Titanul aliat este utilizat pentru fabricarea cadrului fuzelajului, cadrelor, conductelor și barierelor de incendiu.

Titanul este din ce în ce mai folosit în construcția aeronavelor F-86 și F-100. În viitor, titanul va fi folosit pentru a face uși ale trenurilor de aterizare, țevi hidraulice, țevi de eșapament și duze, lămpi, clapete, bare pliabile etc.

Titanul poate fi folosit pentru a face plăci de blindaj, pale de elice și cutii de obuze.

În prezent, titanul este folosit în construcția aeronavelor militare Douglas X-3 pentru piele, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 și Boeing B-52.

Titanul este folosit și în construcția aeronavelor civile DC-7. Compania Douglas, prin înlocuirea aliajelor de aluminiu și oțel inoxidabil cu titan la fabricarea nacelei motorului și a barierelor de incendiu, a realizat deja economii la greutatea structurii aeronavei de aproximativ 90 kg. În prezent, greutatea pieselor de titan din această aeronavă este de 2%, iar această cifră este de așteptat să crească la 20% din greutatea totală a aeronavei.

Utilizarea titanului face posibilă reducerea greutății elicopterelor. Placa de titan este utilizată pentru podele și uși. O reducere semnificativă a greutății elicopterului (aproximativ 30 kg) a fost realizată prin înlocuirea oțelului aliat cu titan pentru învelișul palelor rotoarelor acestuia.

Marinei. Rezistența la coroziune a titanului și a aliajelor sale le face un material foarte valoros pe mare. Departamentul Marinei din SUA investighează pe larg rezistența la coroziune a titanului împotriva expunerii la gaze de ardere, abur, ulei și apă de mare. Rezistența specifică ridicată a titanului este aproape de aceeași importanță în afacerile navale.

Greutatea specifică scăzută a metalului, combinată cu rezistența la coroziune, crește manevrabilitatea și raza de acțiune a navelor și, de asemenea, reduce costul de întreținere a piesei de material și repararea acesteia.

Aplicațiile titanului în marine includ tobe de eșapament pentru motoarele diesel submarine, discuri de instrumente, tuburi cu pereți subțiri pentru condensatoare și schimbătoare de căldură. Potrivit experților, titanul, ca niciun alt metal, este capabil să mărească durata de viață a tobelor de eșapament de pe submarine. Pentru discurile de măsurare expuse la apă sărată, benzină sau ulei, titanul va oferi o durabilitate mai bună. Se investigheaza posibilitatea utilizarii titanului pentru fabricarea tuburilor schimbatoare de caldura, care sa fie rezistente la coroziune in apa de mare care spala tuburile din exterior si sa reziste in acelasi timp si la efectele condensului de evacuare care curge in interiorul acestora. Se are în vedere posibilitatea fabricării antenelor și componentelor instalațiilor radar din titan, care trebuie să fie rezistente la efectele gazelor de ardere și ale apei de mare. Titanul poate fi folosit și pentru producția de piese precum supape, elice, piese de turbină etc.

Artilerie. Aparent cel mai mare consumator potential Titanul poate fi artilerie, unde se desfășoară în prezent cercetări intense asupra diferitelor prototipuri. Cu toate acestea, în acest domeniu, producția numai a pieselor individuale și a pieselor din titan este standardizată. Utilizarea destul de limitată a titanului în artilerie cu o gamă largă de cercetări se explică prin costul său ridicat.

Au fost investigate diverse piese ale echipamentului de artilerie din punctul de vedere al posibilității de înlocuire a materialelor convenționale cu titan, sub rezerva unei reduceri a prețurilor titanului. Atenția principală a fost acordată pieselor pentru care reducerea greutății este esențială (piese transportate manual și transportate cu aer).

Placă de bază de mortar realizată din titan în loc de oțel. Printr-o astfel de înlocuire și după unele modificări, în loc de o placă de oțel din două jumătăți cu o greutate totală de 22 kg, a fost posibilă crearea unei piese cu o greutate de 11 kg. Datorită acestei înlocuiri, este posibil să se reducă numărul personalului de service de la trei la doi. Se are în vedere posibilitatea utilizării titanului pentru fabricarea opritoarelor de flăcări pentru arme.

Sunt testate suporturile de tun, crucile de cărucior și cilindrii de recul din titan. Titanul poate fi utilizat pe scară largă în producția de proiectile și rachete ghidate.

Primele studii asupra titanului și aliajelor sale au arătat posibilitatea fabricării plăcilor de blindaj din acestea. Înlocuirea armurii de oțel (12,7 mm grosime) cu armuri de titan cu aceeași rezistență la proiectil (16 mm grosime) face posibilă, conform acestor studii, economisirea de până la 25% în greutate.

Aliaje de titan calitate superioară ne permit să sperăm în posibilitatea înlocuirii plăcilor de oțel cu plăci de titan de grosime egală, ceea ce economisește până la 44% în greutate. Utilizarea industrială a titanului va oferi o mai mare manevrabilitate, va crește raza de transport și durabilitatea pistolului. Nivelul actual de dezvoltare a transportului aerian face evidente avantajele mașinilor blindate ușoare și ale altor vehicule fabricate din titan. Departamentul de artilerie intenționează să echipeze infanteriei cu căști, baionete, lansatoare de grenade și aruncătoare de flăcări de mână din titan. Aliajul de titan a fost folosit pentru prima dată în artilerie pentru fabricarea pistonului unor tunuri automate.

Transport. Multe dintre beneficiile utilizării titanului în producția de materiale blindate se aplică și vehiculelor.

Înlocuirea materialelor structurale consumate în prezent de întreprinderile de inginerie de transport cu titan ar trebui să conducă la o reducere a consumului de combustibil, o creștere a capacității de sarcină utilă, o creștere a limitei de oboseală a pieselor mecanismelor de manivelă etc. căi ferate este esențial să reduceți greutatea moartă. O reducere semnificativă a greutății totale a materialului rulant datorită utilizării titanului va economisi în tracțiune, va reduce dimensiunile gâturilor și a cutiilor de osie.

Greutatea este, de asemenea, importantă pentru remorci. Vehicul. Aici, înlocuirea oțelului cu titan în producția de osii și roți ar crește și capacitatea de sarcină utilă.

Toate aceste oportunități ar putea fi realizate prin reducerea prețului titanului de la 15 la 2-3 dolari pe kilogram de semifabricate din titan.

Industria chimica. În producția de echipamente pentru industria chimică, rezistența la coroziune a metalului este de cea mai mare importanță. De asemenea, este esențial să reduceți greutatea și să creșteți rezistența echipamentului. În mod logic, ar trebui să presupunem că titanul ar putea oferi o serie de beneficii în producția de echipamente pentru transportul acizilor, alcalinelor și sărurilor anorganice din acesta. Se deschid posibilități suplimentare de utilizare a titanului în producția de echipamente precum rezervoare, coloane, filtre și toate tipurile de cilindri. presiune ridicata.

Utilizarea conductelor de titan poate îmbunătăți eficiența serpentinelor de încălzire în autoclave de laborator și schimbătoare de căldură. Aplicabilitatea titanului pentru producția de cilindri în care gazele și lichidele sunt stocate sub presiune pentru o lungă perioadă de timp este evidențiată de utilizarea în microanaliza produselor de ardere în locul unui tub de sticlă mai greu (prezentat în partea superioară a imaginii). Datorită grosimii mici a peretelui și reduse gravitație specifică acest tub poate fi cântărit pe balanțe analitice mai mici și mai sensibile. Aici, combinația dintre ușurință și rezistență la coroziune îmbunătățește acuratețea analizei chimice.

Alte aplicații. Utilizarea titanului este oportună în industria alimentară, petrolieră și electrică, precum și pentru fabricarea instrumentelor chirurgicale și în chirurgia în sine.

Mesele pentru prepararea alimentelor, mesele pentru abur din titan sunt de calitate superioara produselor din otel.

În industria de foraj de petrol și gaze, lupta împotriva coroziunii este de mare importanță, astfel încât utilizarea titanului va face posibilă înlocuirea mai rar tijelor echipamentelor de coroziune. În producția catalitică și pentru fabricarea conductelor de petrol, este de dorit să se utilizeze titan, care păstrează proprietățile mecanice la temperaturi ridicate și are o bună rezistență la coroziune.

În industria electrică, titanul poate fi folosit pentru a blinda cablurile datorită rezistenței sale specifice bune, rezistenței electrice ridicate și proprietăților nemagnetice.

În diverse industrii, încep să fie folosite elemente de fixare de o formă sau alta din titan. O extindere suplimentară a utilizării titanului este posibilă pentru fabricarea instrumentelor chirurgicale, în principal datorită rezistenței sale la coroziune. Instrumentele din titan sunt superioare în acest sens instrumentelor chirurgicale convenționale atunci când sunt fierte în mod repetat sau autoclavate.

În domeniul chirurgiei, titanul s-a dovedit a fi mai bun decât vitallium și oțelurile inoxidabile. Prezența titanului în corp este destul de acceptabilă. Placa și șuruburile din titan pentru fixarea oaselor au fost în corpul animalului timp de câteva luni, iar osul a crescut în filetele șuruburilor și în orificiul plăcii.

Avantajul titanului constă și în faptul că țesutul muscular se formează pe placă.

Aproximativ jumătate din produsele din titan produse în lume sunt de obicei trimise industriei aeronautice civile, dar declinul acestuia după evenimentele tragice bine-cunoscute îi forțează pe mulți participanți din industrie să caute noi aplicații pentru titan. Acest material reprezintă prima parte a unei selecții de publicații din presa metalurgică străină dedicate perspectivelor titanului în condițiile moderne. Potrivit unuia dintre cei mai importanți producători americani de titan RT1, din volumul total al producției de titan la scară globală la nivelul de 50-60 de mii de tone pe an, segmentul aerospațial reprezintă până la 40 de consumuri, aplicații și aplicații industriale. reprezintă 34, iar zona militară 16, iar aproximativ 10 au reprezentat utilizarea titanului în produsele de consum. Aplicațiile industriale ale titanului includ procese chimice, energie, industria petrolului și gazelor, Instalații de desalinizare. Aplicațiile militare non-aeronautice includ în principal utilizarea în artilerie și vehicule de luptă. Sectoarele cu utilizare semnificativă a titanului sunt industria auto, arhitectura și construcțiile, articolele sportive și bijuterii. Aproape tot titanul din lingouri este produs în SUA, Japonia și CSI - Europa reprezintă doar 3,6 din volumul global. Piețele regionale pentru utilizarea finală a titanului variază foarte mult - cel mai izbitor exemplu de originalitate este Japonia, unde sectorul aerospațial civil reprezintă doar 2-3 utilizând 30 din consumul total de titan în echipamente și elemente structurale ale fabricilor chimice. Aproximativ 20% din cererea totală a Japoniei este pentru energie nucleară și centrale cu combustibil solid, restul este pentru arhitectură, medicină și sport. Imaginea opusă se observă în SUA și Europa, unde consumul în sectorul aerospațial este de o importanță excepțională - 60-75 și, respectiv, 50-60 pentru fiecare regiune. În SUA, piețele finale puternice în mod tradițional sunt produsele chimice, echipamentele medicale, echipament industrial, în timp ce în Europa cea mai mare pondere este în industria petrolului și gazelor și industrie de contructie. Dependența puternică de industria aerospațială a fost o preocupare de lungă durată pentru industria titanului, care încearcă să extindă aplicațiile titanului, în special în actuala recesiune a titanului. aviatie Civila la scară globală. Potrivit US Geological Survey, în primul trimestru al anului 2003 a existat o scădere semnificativă a importurilor de burete de titan - doar 1319 tone, adică cu 62 mai puțin decât 3431 tone în aceeași perioadă din 2002. Sectorul aerospațial va fi întotdeauna una dintre piețele de vârf pentru titan, dar noi, cei din industria titanului, trebuie să facem față provocării și să facem tot ce putem pentru a ne asigura că industria noastră nu are cicluri de dezvoltare și recesiune în sectorul aerospațial. Unii dintre cei mai importanți producători ai industriei de titan văd oportunități în creștere pe piețele existente, una dintre acestea fiind piața de echipamente și materiale submarine. Potrivit lui Martin Proko, Manager de Vânzări și Distribuție pentru RT1, titanul a fost folosit în generarea de energie și aplicații subacvatice de mult timp, de la începutul anilor 1980, dar numai în ultimii cinci ani aceste zone s-au dezvoltat constant, cu o creștere corespunzătoare în nisa de piata. În sectorul submarin, creșterea este determinată în primul rând de operațiunile de foraj la adâncimi mai mari, unde titanul este cel mai potrivit material. Este, ca să spunem așa, sub apă ciclu de viață este de cincizeci de ani, ceea ce corespunde duratei obișnuite a proiectelor subacvatice. Am enumerat deja domeniile în care este probabilă o creștere a utilizării titanului. Directorul de vânzări Howmet Ti-Cast, Bob Funnell, observă că starea actuală a pieței poate fi văzută ca oportunități de creștere în noi domenii, cum ar fi piese rotative pentru turbocompresoare de camioane, rachete și pompe.

Unul dintre proiectele noastre în derulare este dezvoltarea sistemelor de artilerie ușoară BAE Butitzer XM777 cu un calibru de 155 mm. Newmet va furniza 17 din cele 28 de ansambluri structurale din titan pentru fiecare suport de armă, iar livrările către Corpul Marin al SUA urmează să fie în august 2004. Cu o greutate totală a pistolului de 9.800 de lire sterline de aproximativ 4,44 tone, titanul reprezintă aproximativ 2.600 de lire sterline de aproximativ 1,18 tone de titan în designul său - este folosit un aliaj 6A14U cu un număr mare de piese turnate, spune Frank Hrster, șeful sistemelor de sprijinire a incendiilor. BAE Sy81et8. Acest sistem XM777 va înlocui actualul sistem M198 Newitzer, care cântărește aproximativ 17.000 de lire sterline și aproximativ 7,71 tone. Producția în masă este planificată pentru perioada 2006-2010 - livrările către SUA, Marea Britanie și Italia sunt inițial programate, dar programul poate fi extins pentru livrările către țările membre NATO. John Barber de la Timet subliniază aceste exemple echipament militar, în designul căruia sunt folosite volume importante de titan, sunt tancul Abramé și vehiculul de luptă Bradley. În ultimii doi ani, a fost în curs de desfășurare un program comun între NATO, SUA și Marea Britanie pentru a intensifica utilizarea titanului în sistemele de arme și de apărare. După cum s-a menționat de mai multe ori, titanul este foarte potrivit pentru utilizarea în industria auto, cu toate acestea, ponderea acestei direcții este destul de modestă - aproximativ 1 din volumul total de titan consumat, sau 500 de tone pe an, potrivit italianului. compania Poggipolini, un producător de componente și piese din titan pentru Formula 1 și motociclete de curse. Daniele Stoppolini, șeful departamentului de cercetare și dezvoltare al acestei companii, consideră că cererea actuală de titan pe acest segment de piață este la nivelul de 500 de tone, odată cu utilizarea masivă a acestui material în construcția de supape, arcuri, evacuare. sisteme, arbori de transmisie, șuruburi, ar putea crește la nivelul de aproape 16.000 de tone pe an. El a adăugat că compania sa abia începe să dezvolte producția automată de șuruburi din titan pentru a reduce costurile de producție. În opinia sa, factorii limitativi, din cauza cărora utilizarea titanului nu se extinde semnificativ în industria auto, sunt imprevizibilitatea cererii și incertitudinea cu aprovizionarea cu materii prime. În același timp, o nișă potențială mare pentru titan rămâne în industria auto, combinând caracteristicile optime de greutate și rezistență pentru arcuri elicoidale și sistemele de gaze de eșapament. Din păcate, pe piața americană, utilizarea pe scară largă a titanului în aceste sisteme este marcată doar de un model semi-sport destul de exclusivist Chevrolet Corvette Z06, care în niciun caz nu poate pretinde că este o mașină de masă. Cu toate acestea, din cauza provocărilor constante ale economiei de combustibil și rezistenței la coroziune, perspectivele pentru titan în acest domeniu rămân. Pentru aprobarea pe piețele de aplicații non-aerospațiale și non-militare, compania în comun UNITI a fost recent creată în numele său, cuvântul unitate este jucat - unitate și Ti - denumirea titanului în tabelul periodic ca parte a lumii. producători de vârf de titan - American Allegheny Technologies și rus VSMPO-Avisma. După cum a spus președintele noii companii, Carl Moulton, aceste piețe au fost excluse în mod deliberat - intenționăm să facem firma noua un furnizor de frunte pentru industriile care utilizează piese și subansambluri din titan, în principal petrochimic și generarea de energie. În plus, intenționăm să comercializăm în mod activ în domeniile dispozitivelor de desalinizare, vehicule, produse de larg consum și electronice. Consider că unitățile noastre de producție se completează bine - VSMPO are capacități remarcabile pentru producerea de produse finite, Allegheny are tradiții excelente în producția de produse laminate din titan la rece și la cald. Cota UNITI pe piața globală a produselor din titan este de așteptat să fie de 45 de milioane de lire sterline, aproximativ 20.411 de tone. Piața echipamentelor medicale poate fi considerată o piață în continuă dezvoltare - conform British Titanium International Group, conținutul anual de titan la nivel mondial în diferite implanturi și proteze este de aproximativ 1000 de tone, iar această cifră va crește, pe măsură ce posibilitățile de înlocuire a intervenției chirurgicale articulațiile umane după accidente sau răni. Pe lângă avantajele evidente ale flexibilității, rezistenței, ușurinței, titanul este foarte compatibil cu organismul în sens biologic datorită absenței coroziunii țesuturilor și fluidelor din corpul uman. În stomatologie, utilizarea protezelor și a implanturilor crește vertiginos - de trei ori în ultimii zece ani, potrivit Asociației Stomatologice Americane, în mare parte datorită caracteristicilor titanului. Deși utilizarea titanului în arhitectură datează de mai bine de 25 de ani, utilizarea sa pe scară largă în acest domeniu a început abia în ultimii ani. Extinderea aeroportului Abu Dhabi din Emiratele Arabe Unite, programată să fie finalizată în 2006, va folosi până la 1,5 milioane de lire sterline din aproximativ 680 de tone de titan. O mulțime de proiecte arhitecturale și de construcție care utilizează titan sunt planificate să fie implementate nu numai în țările dezvoltate din SUA, Canada, Marea Britanie, Germania, Elveția, Belgia, Singapore, ci și în Egipt și Peru.

Segmentul pieței bunurilor de larg consum este în prezent segmentul cu cea mai rapidă creștere a pieței de titan. În timp ce acum 10 ani acest segment era doar 1-2 din piața de titan, astăzi a crescut la 8-10 din piață. În general, consumul de titan în industria bunurilor de larg consum a crescut cu aproximativ de două ori mai mult decât întreaga piață a titanului. Utilizarea titanului în sport este cea mai lungă durată și deține cea mai mare parte din utilizarea titanului în produsele de larg consum. Motivul pentru popularitatea titanului în echipamentele sportive este simplu - vă permite să obțineți un raport de greutate și rezistență superior oricărui alt metal. Utilizarea titanului în biciclete a început cu aproximativ 25-30 de ani în urmă și a fost prima utilizare a titanului în echipamentele sportive. Se folosesc în principal tuburi din aliaj Ti3Al-2.5V ASTM grad 9. Alte piese fabricate din aliaje de titan includ frâne, pinioane și arcuri de scaun. Utilizarea titanului în fabricarea croselor de golf a început pentru prima dată la sfârșitul anilor 80 și începutul anilor 90 de către producătorii de cluburi din Japonia. Înainte de 1994-1995, această aplicare a titanului era practic necunoscută în SUA și Europa. Acest lucru s-a schimbat când Callaway și-a introdus bastonul de titan Ruger Titanium, numit Great Big Bertha. Datorită beneficiilor evidente și marketingului bine gândit de la Callaway, bastoanele de titan au devenit un succes instantaneu. Într-o perioadă scurtă de timp, crosele din titan au trecut de la echipamentul exclusiv și costisitor al unui grup mic de jucători de golf la a fi utilizate pe scară largă de majoritatea jucătorilor de golf, fiind totodată mai scumpe decât crosele de oțel. Aș dori să citez principalele tendințe, după părerea mea, în dezvoltarea pieței de golf; aceasta a trecut de la high-tech la producția de masă într-o perioadă scurtă de 4-5 ani, urmând calea altor industrii cu forță de muncă ridicată. costuri precum producția de îmbrăcăminte, jucării și electronice de larg consum, producția de crose de golf a ajuns în țările cu cea mai ieftină forță de muncă mai întâi în Taiwan, apoi în China, iar acum se construiesc fabrici în țări cu forță de muncă și mai ieftină, precum Vietnam. și Thailanda, titanul este cu siguranță folosit pentru șoferi, unde calitățile sale superioare oferă un avantaj clar și justifică mai mult preț mare. Cu toate acestea, titanul nu a găsit încă o utilizare foarte răspândită pe cluburile ulterioare, deoarece creșterea semnificativă a costurilor nu este susținută de o îmbunătățire corespunzătoare a jocului. În prezent, driverele sunt produse în principal cu o suprafață de lovire forjată, un blat forjat sau turnat și un fund turnat.Recent, Asociația Profesională de Golf ROA a permis o creștere a limitei superioare a așa-numitului factor de retur, în legătură cu care toți producătorii de cluburi vor încerca să mărească proprietățile arcului suprafeței de lovire. Pentru a face acest lucru, este necesar să reduceți grosimea suprafeței de impact și să utilizați aliaje mai puternice pentru aceasta, cum ar fi SP700, 15-3-3-3 și VT-23. Acum să ne concentrăm pe utilizarea titanului și a aliajelor sale pe alte echipamente sportive. Tuburile pentru biciclete de curse și alte piese sunt fabricate din aliaj ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V. O cantitate surprinzător de semnificativă de foaie de titan este folosită la fabricarea cuțitelor de scufundări. Majoritatea producătorilor folosesc aliaj Ti6Al-4V, dar acest aliaj nu oferă durabilitate a marginilor lamei ca și alte aliaje mai puternice. Unii producători trec la utilizarea aliajului BT23.

Prețul de vânzare cu amănuntul al cuțitelor de scuba din titan este de aproximativ 70-80 USD. Potcoavele din titan turnat asigură o reducere semnificativă a greutății în comparație cu oțelul, oferind în același timp rezistența necesară. Din păcate, această utilizare a titanului nu s-a materializat deoarece potcoavele de titan scânteiau și înspăimântau caii. Puțini vor fi de acord să folosească potcoave de titan după primele experimente nereușite. Titanium Beach, cu sediul în Newport Beach, California Newport Beach, California, a dezvoltat lame de skate din aliaj Ti6Al-4V. Din păcate, iar aici problema este durabilitatea marginii lamelor. Cred că acest produs are șanse să trăiască dacă producătorii folosesc aliaje mai puternice precum 15-3-3-3 sau BT-23. Titanul este utilizat pe scară largă în alpinism și drumeții, pentru aproape toate articolele pe care alpiniștii și drumeții le poartă în rucsac sticle, pahare preț cu amănuntul 20-30 USD, seturi de gătit preț cu amănuntul aproximativ 50 USD, vesela fabricate în principal din titan pur comercial de gradul 1 și 2. Alte exemple de echipamente de alpinism și drumeții sunt sobele compacte, suporturile și suporturile pentru corturi, pioletele și șuruburile pentru gheață. Producătorii de arme au început recent să producă pistoale din titan atât pentru tir sportiv, cât și pentru aplicații de aplicare a legii.

Electronicele de larg consum sunt o piață destul de nouă și în creștere rapidă pentru titan. În multe cazuri, utilizarea titanului în electronicele de larg consum nu se datorează numai proprietăților sale excelente, ci și aspectului atractiv al produselor. Titanul pur de gradul 1 din punct de vedere comercial este folosit pentru a face carcase pentru laptop, telefoane mobile, televizoare cu ecran plat cu plasmă și altele echipament electronic. Utilizarea titanului în construcția difuzoarelor oferă proprietăți acustice superioare datorită faptului că titanul este mai ușor decât oțelul, ceea ce duce la o sensibilitate acustică crescută. Ceasurile din titan, introduse pentru prima dată pe piață de producătorii japonezi, sunt acum unul dintre cele mai accesibile și recunoscute produse din titan de consum. Consumul mondial de titan în producția de bijuterii tradiționale și așa-numitele purtabile este măsurat în câteva zeci de tone. Din ce în ce mai mult, puteți vedea verighete din titan și, desigur, oamenii care poartă bijuterii pe corp sunt pur și simplu obligați să folosească titan. Titanul este utilizat pe scară largă la fabricarea de elemente de fixare și fitinguri marine, unde combinația dintre rezistența ridicată la coroziune și rezistența este foarte importantă. Atlas Ti, cu sediul în Los Angeles, produce o gamă largă de aceste produse din aliaj VTZ-1. Utilizarea titanului în producția de scule a început pentru prima dată în Uniunea Sovietică la începutul anilor 80, când, la instrucțiunile guvernului, au fost fabricate instrumente ușoare și convenabile pentru a facilita munca muncitorilor. Gigantul sovietic al producției de titan, Verkhne-Saldinskoye Metal Processing Production Association, producea la acea vreme lopeți, extractoare de cuie, monturi, secure și chei de titan.

Mai târziu, producătorii de scule japonezi și americani au început să folosească titanul în produsele lor. Nu cu mult timp în urmă, VSMPO a semnat un contract cu Boeing pentru furnizarea de plăci de titan. Acest contract a avut, fără îndoială, un efect foarte benefic asupra dezvoltării producției de titan în Rusia. Titanul a fost utilizat pe scară largă în medicină de mulți ani. Avantajele sunt rezistența, rezistența la coroziune și, cel mai important, unii oameni sunt alergici la nichel, o componentă necesară a oțelurilor inoxidabile, în timp ce nimeni nu este alergic la titan. Aliajele utilizate sunt titan pur comercial și Ti6-4Eli. Titanul este utilizat la fabricarea instrumentelor chirurgicale, a protezelor interne și externe, inclusiv a celor critice, cum ar fi o valvă cardiacă. Cârjele și scaunele cu rotile sunt fabricate din titan. Utilizarea titanului în artă datează din 1967, când a fost ridicat primul monument din titan la Moscova.

În momentul de față, un număr semnificativ de monumente și clădiri din titan au fost ridicate pe aproape toate continentele, inclusiv unele celebre precum Muzeul Guggenheim, construit de arhitectul Frank Gehry în Bilbao. Materialul este foarte popular printre oamenii de artă pentru culoarea, aspectul, rezistența și rezistența la coroziune. Din aceste motive, titanul este folosit în suveniruri și bijuterii, unde concurează cu succes cu metale prețioase precum argintul și chiar aurul. După cum subliniază Martin Proko de la RTi, în SUA prețul mediu buretele de titan este de 3,80 pe kilogram, în Rusia 3,20 pe kilogram. În plus, prețul metalului depinde în mare măsură de ciclicitatea industriei aerospațiale comerciale. Dezvoltarea multor proiecte s-ar putea accelera dramatic dacă s-ar putea găsi modalități de reducere a costurilor de producție și procesare a titanului, de prelucrare a deșeurilor și a tehnologiilor de topire, a declarat Markus Holz, directorul general al German Deutshe Titan. British Titanium este de acord că extinderea producției de titan este împiedicată de costurile ridicate de producție și că trebuie făcute multe progrese în tehnologia actuală înainte ca titanul să poată fi produs în masă.

Unul dintre pașii în această direcție este dezvoltarea așa-numitului proces FFC, care este un nou proces electrolitic pentru producerea de titan metalic și aliaje, al căror cost este semnificativ mai mic. Potrivit lui Daniele Stoppolini, strategia generală în industria titanului necesită dezvoltarea celor mai potrivite aliaje, tehnologie de producție pentru fiecare nouă piață și aplicarea titanului.

Surse

Wikipedia - Enciclopedia liberă, WikiPedia

metotech.ru - Metotehnică

housetop.com - House Top

atomsteel.com – Tehnologia Atom

domremstroy.ru - DomRemStroy

Titan - metal zâne. Cel puțin elementul este numit după regina acestor creaturi mitice. Titania, ca toate rudele ei, s-a remarcat prin aerisire.

Zânele pot zbura nu numai cu aripi, ci și cu greutate redusă. Titanul este, de asemenea, ușor. Densitatea elementului este cea mai mică dintre metale. Aici se termină asemănarea cu zânele și începe știința pură.

Chimice și proprietăți fizice titan

Titanul este un element culoare alb-argintie, cu un luciu pronunțat. În cele mai importante elemente ale metalului, puteți vedea roz, albastru și roșu. Sclipește cu toate culorile curcubeului - caracteristică proeminentă al 22-lea element.

Strălucirea lui este mereu strălucitoare, pentru că rezistent la titan la coroziune. Materialul este protejat de acesta. peliculă de oxid. Se formează la suprafață la temperatură standard.

Ca urmare, coroziunea metalului nu este teribilă nici în aer, nici în apă, sau în cele mai multe medii agresive, de exemplu. Așa că chimiștii au numit amestecul de concentrat și acizi.

Al 22-lea element se topește la 1.660 de grade Celsius. Se dovedește, titan - metal neferos grup refractar. Materialul începe să ardă înainte să se înmoaie.

O flacără albă apare la 1.200 de grade. Substanța fierbe la 3260 Celsius. Topirea unui element îl face vâscos. Trebuie să utilizați reactivi speciali care împiedică lipirea.

Dacă masa lichidă a metalului este vâscoasă și lipicioasă, atunci titanul în stare de pulbere este exploziv. Pentru ca „bomba” să funcționeze, este suficientă încălzirea până la 400 de grade Celsius. Acceptând energia termică, elementul nu o transferă bine.

De asemenea, titanul nu este folosit ca conductor electric. Dar, materialul este apreciat pentru rezistența sa. Combinat cu densitatea și greutatea sa scăzută, este util în multe industrii.

Din punct de vedere chimic, titanul este destul de activ. Într-un fel sau altul, metalul interacționează cu majoritatea elementelor. Excepții: - gaze inerte, , sodiu, potasiu, , calciu și .

O cantitate atât de mică de substanțe indiferente față de titan complică procesul de obținere a unui element pur. Nu este ușor de produs și aliaje metalice de titan. Cu toate acestea, industriașii au învățat să facă acest lucru. Utilizarea practică a amestecurilor bazate pe a 22-a substanță este prea mare.

Aplicarea titanului

Asamblarea avioanelor și rachetelor - aici este util în primul rând titan. Cumpărați metal necesar pentru a crește rezistența la căldură și rezistența la căldură a carenei. Rezistenta la caldura - rezistenta la temperaturi ridicate.

Ele, de exemplu, sunt inevitabile atunci când accelerează o rachetă în atmosferă. Rezistența la căldură reprezintă păstrarea majorității proprietăților mecanice ale aliajului în circumstanțe „de foc”. Adică, cu titan, caracteristicile de performanță ale pieselor nu se modifică în funcție de condițiile de mediu.

Rezistența celui de-al 22-lea metal la coroziune este, de asemenea, utilă. Această proprietate este importantă nu numai în producția de mașini. Elementul merge în baloane și alte ustensile pentru laboratoarele chimice, devine materie primă pentru bijuterii.

Materiile prime nu sunt ieftine. Dar, în toate industriile, costurile sunt plătite de durata de viață a produselor din titan, de capacitatea lor de a-și menține aspectul original.

Deci, o serie de preparate de la firma din Sankt Petersburg „Neva” „Titan de metal PK" vă permite să utilizați linguri de metal când prăjiți. Ar distruge teflonul, l-ar zgâria. Acoperirea cu titan nu este afectată de atacurile oțelului și aluminiului.

Apropo, acest lucru este valabil și pentru bijuterii. Un inel din aur sau este ușor de zgâriat. Modelele din titan rămân netede de zeci de ani. Prin urmare, al 22-lea element a început să fie considerat ca materie primă pentru verighete.

Pan "Titan Metal" ușoare, ca vasele cu teflon. Al 22-lea element este doar puțin mai greu decât aluminiul. Acest lucru a inspirat nu numai reprezentanți industria ușoară dar si specialisti auto. Nu este un secret pentru nimeni că mașinile au o mulțime de piese din aluminiu.

Sunt necesare pentru a reduce masa de transport. Dar titanul este mai puternic. În ceea ce privește mașinile reprezentative, industria auto a trecut aproape complet la utilizarea celui de-al 22-lea metal.

Piesele din titan și aliajele sale reduc masa unui motor cu ardere internă cu 30%. Se uşurează şi cazul, însă preţul este în creştere. Aluminiul este tot mai ieftin.

Firmă „Neva Metal Titan”, recenzii despre care este lăsat, de regulă, cu semnul plus, produce ustensile. Mărcile de automobile folosesc titan pentru mașini. da elementului forma de inele, cercei si bratari. În această serie de transferuri nu sunt suficiente companii medicale.

Al 22-lea metal este materia primă pentru proteze și instrumente chirurgicale. Produsele aproape nu au pori, așa că sunt ușor de sterilizat. In plus, titanul, fiind usor, poate rezista la sarcini enorme. Ce altceva este nevoie, dacă, de exemplu, o parte străină este plasată în locul ligamentelor genunchiului?

Absența porilor din material este apreciată de restauratorii de succes. Curățenia bisturiilor chirurgului este importantă. Însă, curățenia suprafețelor de lucru ale bucătărilor este, de asemenea, importantă. Pentru a păstra alimentele în siguranță, aceasta este tăiată și aburită pe mese de titan.

Nu se zgârie și sunt ușor de curățat. Unitățile de nivel mediu, de regulă, folosesc ustensile de oțel, dar sunt de calitate inferioară. Prin urmare, în restaurantele cu stele Michelin, echipamentul este din titan.

Exploatarea titanului

Elementul se numără printre cele mai comune 20 de pe Pământ, aflându-se exact la mijlocul clasamentului. Conform masei scoarței planetei, conținutul de titan este de 0,57%. Există 0,001 miligrame de al 24-lea metal pe litru de apă de mare. Șisturile și argilele elementului conțin 4,5 kilograme pe tonă.

În rocile acide, adică bogate în silice, titanul reprezintă 2,3 kilograme la mie. În principalele depozite formate din magmă, al 22-lea metal are aproximativ 9 kilograme pe tonă. Cel mai puțin titan este ascuns în roci ultrabazice cu un conținut de silice de 30% - 300 de grame la 1.000 de kilograme de materii prime.

În ciuda prevalenței în natură, titanul pur nu se găsește în el. Materialul pentru obținerea 100% metal a fost iodul acestuia. Descompunerea termică a substanței a fost efectuată de Arkel și De Boer. Aceștia sunt chimiști olandezi. Experimentul a fost un succes în 1925. În anii 1950, producția în masă a început.

Contemporanii, de regulă, extrag titanul din dioxidul său. Acesta este un mineral numit rutil. Are cea mai mică cantitate de impurități străine. Arata ca titanit si.

La prelucrarea minereurilor de ilmenit, rămâne zgură. El este cel care servește drept material pentru obținerea celui de-al 22-lea element. La iesire este poros. Trebuie să realizăm topirea secundară în cuptoare cu vid cu adăugarea de.

Când se lucrează cu dioxid de titan, se adaugă magneziu și clor. Amestecul este încălzit în cuptoare cu vid. Temperatura se ridică până când toate elementele în exces s-au evaporat. Rămâne în partea de jos a containerelor titan pur. Metoda se numește magneziu termic.

S-a elaborat și metoda hidrură-calciu. Se bazează pe electroliză. Curentul mare permite separarea hidrurii metalice în titan și hidrogen. Metoda iodului de extragere a elementului, dezvoltată în 1925, continuă să fie folosită. Cu toate acestea, în secolul 21 este cel mai consumator de timp și mai scump, așa că începe să fie uitat.

Pret titan

Pe metal titan pret stabilit pe kilogram. La începutul anului 2016, aceasta este de aproximativ 18 dolari SUA. Piața mondială pentru al 22-lea element a ajuns la 7.000.000 de tone în ultimul an. Furnizori majori– Rusia și China.

Acest lucru se datorează rezervelor explorate în ele și potrivite pentru dezvoltare. În a doua jumătate a anului 2015, cererea de titan și foi a început să scadă.

Metalul se vinde și sub formă de sârmă, diverse piese, de exemplu, țevi. Sunt mult mai ieftine decât prețurile acțiunilor. Dar, trebuie să luați în considerare ce este în lingouri titan pur, iar aliajele pe bază de acesta sunt utilizate în produse.

Titan
numar atomic	22
Aspect o substanță simplă
Proprietățile atomului
Masă atomică (Masă molară)	47,88 a. e. m. (/mol)
Raza atomului	ora 147
Energie de ionizare (primul electron)	657,8(6,82) kJ/mol (eV)
Configuratie electronica	3d 2 4s 2
Proprietăți chimice
raza covalentă	ora 132
Raza ionică	(+4e)68 (+2e)94 pm
Electronegativitatea (după Pauling)	1,54
Potențialul electrodului	-1,63
Stări de oxidare	4, 3
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate	4,54 g/cm?
Capacitate de căldură molară	25,1 J/(K mol)
Conductivitate termică	21,9 W/(m K)
Temperatură de topire	1933 K
Căldura de topire	18,8 kJ/mol
Temperatura de fierbere	3560K
Căldura de evaporare	422,6 kJ/mol
Volumul molar	10,6 cm 3 / mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structură cu zăbrele	hexagonal împachetat (?-Ti)
Parametrii rețelei	a=2,951 c=4,697 (a-Ti) A
raport c/a	1,587
Debye temperatura	380K

Ti	22
47,88
3d 2 4s 2
Titan

Titan- un element dintr-un subgrup secundar al celui de-al patrulea grup, a patra perioadă a sistemului periodic de elemente chimice, cu număr atomic 22. Este desemnat prin simbolul Ti (lat. Titan). Substanța simplă titan (număr CAS: 7440-32-6) este un metal ușor de culoare alb-argintiu. Există în două modificări cristaline: α-Ti cu o rețea compactă hexagonală, -Ti cu o împachetare centrată pe corp cubic, temperatura de tranziție α↔β 883 °C

Istoria descoperirii elementului Titan

Descoperirea TiO2 a fost făcută aproape simultan și independent de englezul W. Gregor și de chimistul german M. G. Klaproth. W. Gregor, investigând compoziția nisipului feruginos magnetic (Creed, Cornwall, Anglia, 1789), a izolat un nou „pământ” (oxid) dintr-un metal necunoscut, pe care l-a numit menaken. În 1795, chimistul german Klaproth a descoperit un nou element în mineralul rutil și l-a numit titan. Doi ani mai târziu, Klaproth a stabilit că pământul rutil și menaken sunt oxizi ai aceluiași element, în spatele căruia a rămas denumirea de „titan” propusă de Klaproth. După 10 ani, descoperirea titanului a avut loc pentru a treia oară. Omul de știință francez L. Vauquelin a descoperit titanul în anatază și a demonstrat că rutilul și anataza sunt oxizi de titan identici.

Prima mostră de titan metalic a fost obținută în 1825 de J. Ya. Berzelius. Datorită activității chimice ridicate a titanului și dificultății de a-l purifica, olandezii A. van Arkel și J. de Boer au obținut o probă de Ti pur în 1925 prin descompunerea termică a vaporilor de iodură de titan TiI4.

originea numelui

Metalul și-a primit numele în onoarea titanilor, a personajelor mitologiei antice grecești, a copiilor lui Gaia. Numele elementului a fost dat de Martin Klaproth, în conformitate cu opiniile sale asupra nomenclaturii chimice, în opoziție cu școala chimică franceză, unde au încercat să denumească elementul după proprietăți chimice. Întrucât cercetătorul german însuși a remarcat imposibilitatea de a determina proprietățile unui nou element doar prin oxidul său, i-a ales un nume din mitologie, prin analogie cu uraniul descoperit de el mai devreme.

Cu toate acestea, conform unei alte versiuni, publicată în revista Tekhnika-Molodezhi la sfârșitul anilor 80, noul metal descoperit nu își datorează numele puternicilor titani din miturile grecești antice, ci Titaniei, regina zânelor din mitologia germanică (Oberon). soție în „Visul unei nopți de vară” de Shakespeare). Acest nume este asociat cu extraordinara „luminozitate” (densitate scăzută) a metalului.

Fiind în natură

Titanul este al 10-lea cel mai abundent în natură. Conținutul din scoarța terestră este de 0,57% din greutate. Nu apare în formă liberă. Sunt cunoscute peste 100 de minerale care conțin titan. Cele mai importante dintre ele sunt: ​​rutil TiO 2 , ilmenit FeTiO 3 , titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , perovskit CaTiO 3 , titanit CaTiOSiO 4 , tantalit (Fe,Mn) 2+ Ta 2 O 6 și manganotalit MnT 2 O 6 . Există minereuri primare de titan - ilmenit-titanomagnetit și placer - rutil-ilmenit-zircon.

Rezerve și producție

În 2002, 90% din titanul extras a fost folosit pentru producerea de dioxid de titan TiO2. Producția mondială de dioxid de titan a fost de 4,5 milioane de tone pe an. Rezervele dovedite de dioxid de titan (fără Rusia) sunt de aproximativ 800 de milioane de tone. Pentru 2006, conform US Geological Survey, în ceea ce privește dioxidul de titan și excluzând Rusia, rezervele de minereuri de ilmenit se ridică la 603-673 milioane de tone, iar rutil - 49,7-52,7 milioane de tone.La ratele actuale de producție ale rezervelor mondiale dovedite. de titan (fără a contabiliza Rusia) x vatite de mai bine de 150 de ani.

Rusia are a doua cea mai mare rezervă de titan din lume, după China. Baza de resurse minerale de titan din Rusia este formată din 20 de zăcăminte (dintre care 11 sunt primare și 9 sunt aluviale), dispersate destul de uniform în toată țara. Cel mai mare dintre zăcămintele explorate este situat la 25 km de orașul Ukhta (Republica Komi). Rezervele zăcământului sunt estimate la 2 miliarde de tone.

Cel mai mare producător de titan din lume este compania rusă VSMPO-AVISMA.

chitanta

O bară de titan cristalin (puritate 99,995%, greutate? 283 g, lungime? 14 cm, diametru? 25 mm), fabricată la uzina Uralredmet folosind metoda iodurii van Arkel și de Boer

Concentratul de minereuri de titan este supus acidului sulfuric sau prelucrarii pirometalurgice. Produsul tratamentului cu acid sulfuric este pulbere de dioxid de titan TiO2. Prin metoda pirometalurgică, minereul este sinterizat cu cocs și tratat cu clor, obținându-se o pereche de tetraclorură de titan TiCl 4: TiO 2 + 2C + 2Cl 2 \u003d TiCl 4 + 2CO

Vaporii de TiCl 4 formați la 850 °C reduc Mg: TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti

„Buretele” de titan rezultat este topit și purificat. Concentratele de ilmenit sunt reduse în cuptoarele cu arc electric cu clorurarea ulterioară a zgurii de titan rezultate. Titanul este rafinat prin metoda iodurii sau prin electroliză, separând Ti de TiCl4. Pentru obținerea lingourilor de titan se utilizează procesarea cu arc, fascicul de electroni sau plasmă.

Proprietăți fizice

Titanul este un metal ușor, alb-argintiu. Există în două modificări cristaline: α-Ti cu o rețea compactă hexagonală (a=2,951 Å; с=4,697 Å; z=2; grup spațial C6mmc), α-Ti cu împachetare centrată pe corp cubic (a=3,269 Å; z=2; grup spațial Im3m), temperatura joncțiunii?-? 883 °C, tranziţie 5H 3,8 kJ/mol. Punctul de topire 1671 °C, punctul de fierbere 3260 °C, densitatea α-Ti și, respectiv, α-Ti este de 4,505 (20 °C) și 4,32 (900 °C) g/cm ?, densitatea atomică 5,71 × 1022 la / cm³. Plastic, sudat în atmosferă inertă.

Are o vâscozitate ridicată, în timpul prelucrării este predispus să se lipească de unealta de tăiere și, prin urmare, este necesară aplicarea unor acoperiri speciale pe unealtă, diferiți lubrifianți.

La temperatură normală, este acoperit cu o peliculă protectoare de pasivizare de oxid de TiO 2, datorită căruia este rezistent la coroziune în majoritatea mediilor (cu excepția celor alcaline).

Praful de titan tinde să explodeze. Punct de aprindere 400°C.

Proprietăți chimice

Titanul este rezistent la soluțiile diluate ale multor acizi și alcalii (cu excepția H 3 PO 4 și concentrate