Titanium Egenskaber og Egenskaber

Hvad er titanium?

Titanium er et stærkt og letvægts ildfast metal . Legeringer af titanium er kritiske for luftfartsindustrien, men på grund af deres mange unikke egenskaber anvendes de også i medicinske, kemiske og militære anvendelser såvel som i sportsartikler.

Ejendomme

• Atomisk symbol: Ti
• Atomisk nummer: 22
• Element Kategori: Overgangsmetal
• Tæthed: 4,506 / cm3
• Smeltepunkt: 3034 ° F (1668 ° C)
• Kogepunkt: 5949 ° F (3287 ° C)

• Mohs hårdhed: 6

Egenskaber

Legeringer indeholdende titanium er kendt for deres stærke, lette og ekstraordinære korrosionsbestandighed .

Til trods for at være så stærk som stål er titan ca. 40% lettere, hvilket sammen med dens modstandsdygtighed over for kavitation og erosion gør det til et væsentligt strukturelt metal til luftfartsingeniører.

Titanium er også formidabel i sin modstand mod korrosion af både vand og kemiske medier. Det gør det ved at danne et tyndt lag titaniumdioxid (TiO2) på overfladen, der er yderst vanskeligt for disse materialer at trænge ind.

At have et lavt elasticitetsmodul betyder, at titanium ikke også er meget fleksibel, men vender tilbage til sin oprindelige form efter bøjning, hvilket resulterer i, at det er vigtigt at forme hukommelseslegeringer.

Titanium er ikke-magnetisk og biokompatibel (ikke-giftig, ikke-allergifremkaldende), som har ført til dens stigende anvendelse på det medicinske område.

Historie

Brugen af ​​titaniummetal, i enhver form, er kun virkelig udviklet efter Anden Verdenskrig.

Faktisk blev titan ikke isoleret som et metal, før den amerikanske kemiker Matthew Hunter producerede den ved at reducere titantetrachlorid (TiCl4) med natrium i 1910; En metode, der nu er kendt som Hunter-processen.

Kommerciel produktion kom dog først, efter at William Justin Kroll viste, at titanium også kunne reduceres fra klorid ved hjælp af magnesium i 1930'erne.

Kroll-processen er fortsat den vigtigste kommercielle produktionsmetode til denne dag.

Efter en omkostningseffektiv produktionsmetode blev udviklet, var titans første store brug i militære fly. Både sovjetiske og amerikanske militære fly og ubåde (fx sovjetiske alfa og ubåde fra Mike Class og USAF F100 Super Saber og Lockheed A-12) designet i 1950'erne og 1960'erne begyndte at benytte titaniumlegeringer. I begyndelsen af ​​1960'erne begyndte titanlegeringer også at blive brugt af kommercielle flyproducenter.

Det medicinske område, især tandimplantater og proteser, vågnede til titanens nytteværdi, efter at svensk læge Per-Ingvar Brånemarks studier fra 1950'erne viste, at titanium ikke udløser noget negativt immunrespons hos mennesker, hvilket gør det muligt for metallet at integrere i vores kroppe i en proces betegnet osseointegration .

Produktion

Selv om titanium er de fjerde mest almindelige metalelementer i jordskorpen (bag aluminium , jern og magnesium), er produktion af titaniummetal yderst følsom overfor forurening, især ved ilt, der tegner sig for dens forholdsvis nylige udvikling og høje omkostninger.

Hovedmalmerne i den primære produktion af titanium er ilmenit, som tegner sig for ca. 90% af produktionen og rutil, der tegner sig for de resterende 10%.

Ca. 6,3 mio. Tons titanmineralkoncentrat blev produceret i 2010, selvom kun en lille brøkdel (ca. 5%) titankoncentrat produceret hvert år i sidste ende ender i titaniummetal. I stedet bruges de fleste til fremstilling af titandioxid (TiO2), et hvidt pigment, der anvendes i maling, fødevarer, medicin og kosmetik.

I det første trin i Kroll-processen knuses titanmalm og opvarmes med kokskul i en kloratmosfære for at fremstille titantetrachlorid (TiCl4). Kloridet indfanges derefter og sendes gennem en kondensator, der frembringer en titanchloridvæske, som er mere 99% ren.

Titantetrachloridet sendes derpå direkte i beholdere indeholdende smeltet magnesium. For at undgå iltforurening gøres dette inert gennem tilsætning af argongas.

Under den deraf følgende destillationsproces, som kan tage et antal dage, opvarmes beholderen til 1832 ° F (1000 ° C). Magnesium reagerer med titanchloridet, stripper chloridet og producerer elementært titan og magnesiumchlorid.

Det fibrøse titan, der produceres som et resultat, betegnes titansvamp. For at producere titaniumlegeringer og titanbørster af høj renhed kan titansvamp smeltes med forskellige legeringselementer ved anvendelse af en elektronstråle, plasmabue eller vakuumbuesmeltning.

I håb om at reducere titanens ekstraktion omkostninger fortsætter elektrolytiske og andre processer til fremstilling af titanium metal aktivt.

På grund af sin strategiske karakter kan statistikker over titaniummetalproduktion være vanskelige at komme med. Det skønnes imidlertid, at den samlede verdensproduktion af titaniumsponge i verden var omkring 150.000 tons i 2010. De største producerende lande er Kina, Japan, Rusland, Kasakhstan og USA. Store titanium svamp producenter omfatter VSMPO (Rusland), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanium Industry (Kina), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (Kina) og Osaka Titanium Technology Co. (Japan).

Applikationer

Titanmetallegeringer anvendes primært i følgende industrier:

• Aerospace
• Militær
• Medicinsk
• Kemisk
• Sportsudstyr

I løbet af de sidste par årtier har flyproducenter i stigende grad vendt sig til titanium som en vigtig strukturel komponent. Fra de første anvendelser i begyndelsen af ​​1960'erne er det gennemsnitlige titaniumindhold i Boeings kommercielle flyselskaber steget fra ca. 2% af kropsvægten til ca. 15%. Mere...

Kilder

> TIMET Video: Kroll-processen. Tilgængelig på International Titanium Association hjemmeside: http://www.titanium.org
Den amerikanske Geologiske Undersøgelse: Titanium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
Vulcan, Tom. 2010. Titanium: Guds metal . Hardassetinvestor.com.

> Følg Terence på Google+