Головна > водопостачання > Характеристика та застосування титану і сплавів на його основі. Будова атома титану З чого складається титан

Характеристика та застосування титану і сплавів на його основі. Будова атома титану З чого складається титан

Основна частина титану витрачається на потреби авіаційної і ракетної техніки і морського суднобудування. Його, а також ферротитан використовують як добавку легуючих до якісних сталей і як раскислитель. Технічний титан йде на виготовлення ємностей, хімічних реакторів, трубопроводів, арматури, насосів, клапанів та інших виробів, що працюють в агресивних середовищах. З компактного титану виготовляють сітки та інші деталі електровакуумних приладів, що працюють при високих температурах.

Щодо використання в якості конструкційного матеріалу Ti знаходиться на 4-му місці, поступаючись лише Al, Fe і Mg. Алюмініди титану є дуже стійкими до окислення і жароміцних, що в свою чергу визначило їх використання в авіації та автомобілебудуванні в якості конструкційних матеріалів. Біологічна нешкідливість даного металу робить його чудовим матеріалом для харчової промисловості і відновної хірургії.

Титан і його сплави знайшли широке застосування в техніці зважаючи на свою високу механічну міцність, яка зберігається при високих температурах, корозійної стійкості, жароміцності, питомої міцності, малої щільності та інших корисних властивостей. Висока вартість даного металу і матеріалів на його основі в багатьох випадках компенсується їх більшою працездатністю, а в деяких випадках вони є єдиним сировиною, з якого можна виготовити обладнання або конструкції, здатні працювати в даних конкретних умовах.

Титанові сплави відіграють велику роль в авіаційній техніці, де прагнуть отримати найбільш легку конструкцію в поєднанні з необхідною міцністю. Ti легкий в порівнянні з іншими металами, але в той же час може працювати при високих температурах. З матеріалів на основі Ti виготовляють обшивку, деталі кріплення, силовий набір, деталі шасі, різні агрегати. Також дані матеріали застосовуються в конструкціях авіаційних реактивних двигунів. Це дозволяє зменшити їх масу на 10-25%. З титанових сплавів виготовляють диски і лопатки компресорів, деталі повітрязабірників і напрямних в двигунах, різний кріплення.

Ще однією сферою застосування є ракетобудування. З огляду на короткочасної роботи двигунів і швидкого проходження щільних шарів атмосфери в ракетобудуванні значною мірою знімаються проблеми втомної міцності, статичної витривалості і частково повзучості.

Технічний титан через недостатньо високої теплової міцності не придатний для застосування в авіації, але завдяки виключно високому опору корозії в ряді випадків незамінний у хімічній промисловості та суднобудуванні. Так його застосовують при виготовленні компресорів і насосів для перекачування таких агресивних середовищ, як сірчана і соляна кислота і їх солі, трубопроводів, запірної арматури, автоклав, різного роду ємностей, фільтрів і т. П. Тільки Ti має корозійну стійкість в таких середовищах, як вологий хлор, водні та кислі розчини хлору, тому з даного металу виготовляють обладнання для хлорного промисловості. Також з нього роблять теплообмінники, що працюють в корозійно активних середовищах, наприклад в азотній кислоті (Не димить). У суднобудуванні титан використовується для виготовлення гребних гвинтів, обшивки морських суден, підводних човнів, торпед і т.д. На даний матеріал не налипають черепашки, які різко підвищують опір судна при його русі.

Титанові сплави перспективні для використання в багатьох інших застосуваннях, але їх поширення в техніці стримується високою вартістю і недостатньою поширеністю даного металу.

З'єднання титану також отримали широке застосування в різних галузях промисловості. Карбід (TiC) має високу твердість і застосовується у виробництві ріжучих інструментів і абразивних матеріалів. Білий діоксид (TiO 2) використовується в фарбах (наприклад, титанові білила), а також при виробництві паперу і пластика. Тітанорганіческіе з'єднання (наприклад, тетрабутоксітітан) застосовуються в якості каталізатора і затверджувача в хімічній і лакофарбовій промисловості. Неорганічні сполуки Ti застосовуються в хімічній електронної, стекловолоконной промисловості в якості добавки. Диборид (TiB 2) - важливий компонент надтвердих матеріалів для обробки металів. Нітрид (TiN) застосовується для покриття інструментів.

Монумент на честь підкорювачів космосу споруджений в Москві в 1964 р Майже сім років (1958-1964) пішло на проектування і спорудження цього обеліску. Авторам довелося вирішувати не тільки архітектурнохудожественние, але і технічні завдання. Першою з них був вибір матеріалів, в тому числі і облицювальних. Після довгих експериментів зупинилися на відполірованих до блиску титанових аркушах.

Дійсно, за багатьма характеристиками, і перш за все по корозійної стійкості, титан перевершує переважна більшість металів і сплавів. Іноді (особливо в популярній літературі) титан називають вічним металом. Але розповімо спочатку про історію цього елемента.

Оксид або НЕ окисел?

До 1795 р елемент № 22 називався «менакін». Так назвав його в 1791 р англійський хімік і мінералог Вільям Грегор, що відкрив новий елемент у мінералі менаканіте (не шукайте цю назву в сучасних мінералогічних довідниках - менаканіт теж перейменований, зараз він називається ільменітом).

Через чотири роки після відкриття Грегора німецький хімік Мартін Клапрот виявив новий хімічний елемент в іншому мінералі - рутил - верб честь цариці ельфів Титании (німецька міфологія) назвав його титаном.

За іншою версією назва елемента походить від титанів, могутніх синів богині землі - Геї (грецька міфологія).

У 1797 р з'ясувалося, що Грегор і Клапрот відкрили один і той же елемент, і хоча Грегор зробив це раніше, за новим елементом утвердилося ім'я, дане йому Клапротом.

Але ні Грегору, ні Клапроту не вдалося отримати елементний титан. Виділений ними білий кристалічний порошок був двоокисом титану TiO 2. Відновити цей оксид, виділити з пего чистий метал довгий час не вдавалося нікому з хіміків.

У 1823 р англійський учений У.Волластон повідомив, що кристали, виявлені ним у металургійних шлаках заводу «Мертир-Тідвіль», - не що інше, як чистий титан. А через 33 роки відомий німецький хімік Ф. Велер довів, що і ці кристали були знову-таки з'єднанням титану, на цей раз - металоподібними карбонітриду.

Багато років вважалося, що металевий титан вперше був отриманий Берцелиусом в 1825 рпри відновленні фтортітаната калію металевим натрієм. Однак сьогодні, порівнюючи властивості титану та продукту, отриманого Берцелиусом, можна стверджувати, що президент Шведської академії наук помилявся, бо чистий titabnum швидко розчиняється в плавикової кислоті (на відміну від багатьох інших кислот), а металевий титан Берцеліуса успішно опирався її дії.

Насправді Ti був вперше отриманий лише в 1875 р російським ученим Д. К. Кириловим. Результати цієї роботи опубліковані в його брошурі «Дослідження над титаном». Але робота маловідомого російського вченого залишилася непоміченою. Ще через 12 років досить чистий продукт - близько 95% титану - отримали співвітчизники Берцеліуса, відомі хіміки Л. Нільсон і О. Петерсон, восстанавливавшие чотирихлористий титан металевим натрієм в сталевій герметичній бомбу.

У 1895 р французький хімік А. Муассан, відновлюючи двоокис титану вуглецем в дугового печі і піддаючи отриманий матеріал дворазовому рафінування, отримав титан, який містив лише 2% домішок, в основному вуглецю. Нарешті, в 1910 р американський хімік М. Хантер, вдосконаливши спосіб Нільсона і Петерсона, зумів отримати кілька грамів титану чистотою близько 99%. Саме тому в більшості книг пріоритет отримання металевого титану приписується Хантера, а не Кирилову, Нільсон або Муассану.

Однак ні Хантер, ні його сучасники не передбачали титану великого майбутнього. Всього кілька десятих відсотка домішок містилося в металі, але ці домішки робили титан крихким, неміцним, непридатним до механічній обробці. Тому деякі сполуки титану знайшли застосування раніше, ніж сам метал. Чотирихлористий Ti, наприклад, широко використовували в першу світову війну для створення димових завіс.

№22 в медицині

У 1908 р в США і Норвегії почалося виготовлення білил не з сполук свинцю і цинку, як робилося раніше, а з двоокису титану. Такими білилами можна забарвити в кілька разів більшу поверхню, ніж тією ж кількістю свинцевих або цинкових білил. До того ж у титанових білил більше відбивна здатність, вони не отруйні і не темніють під дією сірководню. У медичній літературі описаний випадок, коли людина за один раз «прийняв» 460 г двоокису титану! (Цікаво, з чим він її сплутав?) «Аматор» двоокису титану не зазнав при цьому ніяких хворобливих відчуттів. TiO 2 входить до складу деяких медичних препаратів, зокрема мазей проти шкірних хвороб.

Однак не медицина, а лакофарбова промисловість споживає найбільші кількості TiO 2. Світове виробництво цього з'єднання набагато перевищила півмільйона тонн на рік. Емалі на основі двоокису титану широко використовують в якості захисних і декоративних покриттів по металу і дереву в суднобудуванні, будівництві та машинобудуванні. Термін служби споруд і деталей при цьому значно підвищується. Титановими білилами забарвлюють тканини, шкіру та інші матеріали.

Ti в промисловості

Двоокис титану входить до складу порцелянових мас, тугоплавких стекол, керамічних матеріалів з високою діелектричної проникністю. Як наповнювач, що підвищує міцність і термостійкість, її вводять в гумові суміші. Однак всі достоїнства сполук титану здаються несуттєвими на тлі унікальних властивостей чистого металевого титану.

елементний титан

У 1925 р голландські вчені ван Аркель і де Бур іодідним способом (про нього - нижче) отримали титан високого ступеня чистоти - 99,9%. На відміну від титану, отриманого Хантером, він мав пластичністю: його можна було кувати на холоді, прокатувати бляхи, стрічку, дріт і навіть найтоншу фольгу. Але навіть не це головне. Дослідження фізико-хімічних властивостей металевого титану приводили до майже фантастичним результатами. Виявилося, наприклад, що титан, будучи майже вдвічі легше заліза (щільність титану 4,5 г / см 3), по міцності перевершує багато хто став. Порівняння з алюмінієм теж виявилося на користь титану: титан лише у півтора рази важче алюмінію, але зате в шість разів міцніше і, що особливо важливо, він зберігає свою міцність при температурах до 500 ° С (а при добавці легуючих елементів - до 650 ° С ), в той час як міцність алюмінієвих і магнієвих сплавів різко падає вже при 300 ° С.

Титан володіє і значною твердістю: він у 12 разів твердіше алюмінію, в 4 рази - заліза і міді. Ще одна важлива характеристика металу - межа плинності. Чим він вищий, тим краще деталі з цього металу пручаються експлуатаційним навантаженням, тим довше вони зберігають свої форми та розміри. Межа текучості в титану майже в 18 разів вище, ніж у алюмінію.

На відміну від більшості металів титан володіє значним електроопору: якщо електропровідність срібла прийняти за 100, то електропровідність міді дорівнює 94, алюмінію - 60, заліза і платини - 15, а титану - всього 3,8. Навряд чи потрібно пояснювати, що це властивість, як і немагнитность титану, представляє інтерес для радіоелектроніки і електротехніки.

Чудова стійкість титану проти корозії. На платівці з цього металу за 10 років перебування в морській воді не з'явилося і слідів корозії. З титанових сплавів зроблені несучі гвинти сучасних важких вертольотів. Рулі повороту, елерони і деякі інші відповідальні деталі надзвукових літаків теж виготовлені з цих сплавів. На багатьох хімічних виробництвах сьогодні можна зустріти цілі апарати і колони, виконані з титану.

Як отримують титан

Ціна - ось що ще гальмує виробництво і споживання титану. Власне, висока вартість - не вроджена вада титану. У земній корі його багато - 0,63%. Все ще висока ціна титану - наслідок складності витягу його з руд. Пояснюється вона високою спорідненістю титану до багатьох елементів і міцністю хімічних зв'язків в його природних з'єднаннях. Звідси - складності технології. Ось як виглядає магниетермический спосіб виробництва титану, розроблений в 1940 р американським ученим В. Кроллем.

Двоокис титану за допомогою хлору (у присутності вуглецю) переводять в чотирихлористий титан:

HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.

Процес йде в шахтних електропечах при 800-1250 ° С. Інший варіант - хлорування в розплаві солей лужних металів NaCl і KCl Наступна операція (в однаковій мірі важлива і трудомістка) - очищення TiCl 4 від домішок - проводиться різними способами і речовинами. Чотирихлористий титан в звичайних умовах являє собою рідину з температурою кипіння 136 ° С.

Розірвати зв'язок титану з хлором легше, ніж з киснем. Це можна зробити за допомогою магнію по реакції

TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl 2.

Ця реакція йде в сталевих реакторах при 900 ° С. В результаті утворюється так звана титанова губка, просочена магнієм і хлоридом магнію. Їх випаровують в герметичному вакуумному апараті при 950 ° С, а титанову губку потім спекают або переплавляють в компактний метал.

Натріетерміческій метод отримання металевого титану в принципі мало чим відрізняється від магніетерміческого. Ці два методи найбільш широко застосовуються в промисловості. Для отримання більш чистого титану і понині використовується іодідний метод, запропонований ван Аркелем і де Буром. Металотермічних губчастий титан перетворюють на йодид TiI 4, який потім возгоняют в вакуумі. На своєму шляху пари иодида тітапа зустрічають розпечену до 1400 ° С титанову дріт. При цьому йодид розкладається, і на дроті наростає шар чистого титану. Цей метод виробництва титану малопроизводителен і доріг, тому в промисловості він застосовується вкрай обмежено.

Незважаючи на трудомісткість і енергоємність виробництва титану, воно вже стало однією з найважливіших підгалузей кольорової металургії. Світове виробництво титану розвивається дуже швидкими темпами. Про це можна судити навіть по тим уривчастих відомостей, які потрапляють до друку.

Відомо, що в 1948 р в світі було виплавлено лише 2 т титану, а через 9 років - уже 20 тис. Т. Значить, в 1957 р 20 тис. Т титану доводилося на всі країни, а в 1980 р тільки США споживали. 24,4 тис. Т. Титана ... Ще недавно, здається, титан називали рідкісним металом - зараз він найважливіший конструкційний матеріал. Пояснюється це тільки одним: рідкісним поєднанням корисних властивостей елементу № 22. І, природно, потребами техніки.

Роль титану як конструкційний матеріал, основи високоміцних сплавів для авіації, суднобудування і ракетної техніки, швидко зростає. Саме в сплави йде велика частина виплавленого в світі титану. Широко відомий сплав для авіаційної промисловості, що складається з 90% титану, 6% алюмінію і 4% ванадію. У 1976 р в американській пресі з'явилися повідомлення про новий сплаві того ж призначення: 85% титану, 10% ванадію, 3% алюмінію і 2% заліза. Стверджують, що цей сплав не тільки краще, але і економічніше.

А взагалі в титанові сплави входять дуже багато елементів, аж до платини і паладію. Останні (в кількості 0,1-0,2%) підвищують і без того високу хімічну стійкість титанових сплавів.

Міцність титану підвищують і такі «легуючі добавки», як азот і кисень. Але разом з міцністю вони підвищують твердість і, головне, крихкість титану, тому їх зміст суворо регламентується: в сплав допускається не більше 0,15% кисню і 0,05% азоту.

Незважаючи на те що титан доріг, заміна їм більш дешевих матеріалів у багатьох випадках виявляється економічно вигідною. Ось характерний приклад. Корпус хімічного апарату, виготовлений з нержавіючої сталі, коштує 150 рублів, а з титанового сплаву - 600 рублів. Але при цьому сталевий реактор служить лише 6 місяців, а титановий - 10 років. Додайте витрати на заміну сталевих реакторів, вимушені простої устаткування - і стане очевидно, що застосовувати дорогий титан буває вигідніше, ніж сталь.

Значні кількості титану використовує металургія. Існують сотні марок сталей та інших сплавів, до складу яких титан входить як легирующая добавка. Його вводять для поліпшення структури металів, збільшення міцності і корозійної стійкості.

Деякі ядерні реакції повинні відбуватися в майже абсолютній порожнечі. Ртутними насосами розрідження може бути доведено до кількох мільярдних часток атмосфери. Але цього недостатньо, а ртутні насоси на більше не здатні. Подальша відкачування повітря здійснюється вже особливими титановими насосами. Крім того, для досягнення ще більшого розрідження по внутрішньої поверхні камери, де протікають реакції, розпилюють мелкодісперсний титан.

Титан часто називають металом майбутнього. Факти, якими вже зараз мають наука і техніка, переконують, що це не зовсім так - титан вже став металом сьогодення.

Перовськит і Стено. Ільменіт - метатітанат заліза FeTiO 3 - містить 52,65% TiO 2. Назва цього мінералу пов'язано з тим, що він був знайдений на Уралі в Ільменських горах. Найбільші розсипи ільменітових пісків є в Індії. Інший найважливіший мінерал - рутил є двоокис титану. Промислове значення мають також титаномагнетиту - природна суміш ільменіту з мінералами заліза. Багаті родовища титанових руд є в СРСР, США, Індії, Норвегії, Канаді, Австралії та інших країнах. Не так давно геологи відкрили в Північному Прибайкалля новий тітансодержащіх мінерал, який був названий ландауітом в честь радянського фізика академіка Л. Д. Ландау. Всього на земній кулі відомо понад 150 значних рудних і розсипних родовищ титану.

Титан був спочатку названий «грегорітом» британським хіміком преподобним Вільямом Грегором, який відкрив його в 1791 році. Потім титан був незалежно відкритий німецьким хіміком М. Х. Клапротом в 1793 році. Він назвав його титаном в честь титанів з грецької міфології - «втілення природної сили». Тільки в 1797 році Клапрот виявив, що його титан був елементом, раніше відкритим Грегором.

Характеристики та властивості

Титан - це хімічний елемент із символом Ti і атомним номером 22. Це блискучий метал з сріблястим кольором, низькою щільністю і високою міцністю. Він стійкий до корозії в морській воді і хлорі.

елемент зустрічається в ряді родовищ корисних копалин, головним чином рутилу і ільменіту, які широко поширені в земній корі і літосфері.

Титан використовується для виробництва міцних легких сплавів. Двома найбільш корисними властивостями металу є корозійна стійкість і ставлення твердості до щільності, найвища з будь-якого металевого елемента. У своєму нелегованому стані цей метал настільки ж міцний, як деякі стали, але менш щільний.

Фізичні властивості металу

Це міцний метал з низькою щільністю, досить пластичний (особливо в безкисневому середовищі), блискучий і металлоидной-білий. Відносно висока температура плавлення більше 1650 ° C (або 3000 ° F) робить його корисним як тугоплавкого металу. Він парамагнетичний і має досить низьку електричну і теплопровідність.

За шкалою Мооса твердість титану дорівнює 6. За цим показником він трохи поступається загартованої сталі і вольфраму.

Комерційно чисті (99,2%) титани мають граничну міцність на розрив близько 434 МПа, що відповідає звичайним низькосортних сталевим сплавів, але при цьому титан набагато легше.

Хімічні властивості титану

Як алюміній і магній, титан і його сплави відразу ж окислюються при впливі повітря. Він повільно реагує з водою і повітрям при температурі довкілля, тому що утворює пасивне оксидне покриття, Яке захищає об'ємний метал від подальшого окислення.

Атмосферна пассивация дає титану відмінну стійкість до корозії майже еквівалентну платині. Титан здатний протистояти атаці розбавлених сірчаних і соляних кислот, розчинів хлориду і більшості органічних кислот.

Титан є одним з небагатьох елементів, які згорають у чистому азоті, реагуючи при 800 ° C (1470 ° F) з утворенням нітриду титану. Через свою високу реакційну здатність з киснем, азотом та деякими іншими газами титанові нитки застосовуються в титанових сублімаційних насосах як поглиначі для цих газів. Такі насоси недорогі і надійно виробляють надзвичайно низький тиск в системах надвисокого вакууму.

Звичайними титановмістних мінералами є Анатаз, Брук, ільменіт, перовскит, рутил і титанів (Стено). З цих мінералів тільки рутил і ільменіт мають економічне значення, Але навіть їх важко знайти у високих концентраціях.

Титан міститься в метеоритах і він був виявлений на Сонце і зірках M-типу з температурою поверхні 3200 ° C (5790 ° F).

Відомі в даний час способи вилучення титану з різних руд є трудомісткими і дорогими.

Виробництво і виготовлення

В даний час розроблені і використовуються близько 50 сортів титану і титанових сплавів. На сьогоднішній день визнається 31 клас титанового металу і сплавів, з яких класи 1-4 є комерційно чистими (нелегованої). Вони відрізняються міцністю на розрив в залежності від вмісту кисню, причому клас 1 є найбільш пластичним (найнижча міцність на розрив з вмістом кисню 0,18%), а клас 4 - найменш пластичний (максимальна міцність на розрив з вмістом кисню 0,40% ).

Решта класи являють собою сплави, кожен з яких володіє конкретними властивостями:

пластичність;
міцність;
твердість;
електроопір;
питома корозійна стійкість і їх комбінації.

На додаток до даних специфікаціям титанові сплави також виготовляються для відповідності вимогам аерокосмічної та військової техніки (SAE-AMS, MIL-T), стандартам ISO та специфікаціям по конкретним країнам, а також вимогам кінцевих користувачів для аерокосмічних, військових, медичних та промислових застосувань.

Комерційно чистий плоский продукт (лист, плита) може бути легко сформований, але обробка повинна враховувати той факт, що метал має «пам'ять» і тенденцію до повернення назад. Особливо це стосується деяких високоміцних сплавів.

Титан часто використовується для виготовлення сплавів:

з алюмінієм;
з ванадієм;
з міддю (для затвердіння);
з залізом;
з марганцем;
з молібденом і іншими металами.

Області застосування

Титанові сплави в формі листа, плити, стрижнів, дроту, виливки знаходять застосування на промислових, аерокосмічних, рекреаційних і ринках, що розвиваються. Порошковий титан використовується в піротехніці як джерело яскравих палаючих частинок.

Оскільки сплави титану мають високе відношення міцності на розрив до щільності, високу корозійну стійкість, стійкість до втоми, високу стійкість проти тріщин і здатність витримувати помірно високі температури, вони використовуються в літаках, при бронюванні, в морських кораблях, космічних кораблях і ракетах.

Для цих застосувань титан легирован алюмінієм, цирконієм, нікелем, ванадієм та іншими елементами для виробництва різних компонентів, включаючи критичні конструктивні елементи, вогневі стіни, шасі, вихлопні труби (вертольоти) і гідравлічні системи. Фактично близько двох третин виробленого титанового металу використовується в авіаційних двигунах і рамах.

Оскільки сплави титану стійкі до корозії морською водою, вони використовуються для виготовлення гребних валів, оснащення теплообмінників і т. Д. Ці сплави використовуються в корпусах і компонентах пристроїв спостереження і моніторингу океану для науки і військових.

Питомі сплави застосовуються в свердловинних і нафтових свердловинах і нікелевої гідрометалургії для їх високої міцності. Целюлозно-паперова промисловість використовує титан в технологічному обладнанні, яке знаходиться під впливом агресивних середовищ, таких як гіпохлорит натрію або вологий хлорний газ (в відбілюванні). Інші застосування включають ультразвукову зварку, хвильову пайку.

Крім того, ці сплави використовуються в автомобілях, особливо в автомобільних і мотоциклетних перегонах, де вкрай важливі низька вага, висока міцність і жорсткість.

Титан використовується в багатьох спортивних товарах: тенісні ракетки, ключки для гольфу, вали з лакросса; крикет, хокей, лакросс і футбольні шоломи, а також велосипедні рами і компоненти.

Завдяки своїй довговічності титан став більш популярним для дизайнерських ювелірних виробів (зокрема, титанових кілець). Його інертність робить його гарним вибором для людей з алергією або тих, хто буде носити прикраси в таких середовищах, як плавальні басейни. Титан також легирован золотом для виробництва сплаву, який може бути проданий як 24-каратне золото, тому що 1% легованого Ti недостатньо, щоб вимагати меншу позначку. Отриманий сплав являє собою приблизно твердість 14-каратного золота і більш міцний, ніж чисте 24-каратне золото.

Запобіжні заходи

Титан є нетоксичним навіть у великих дозах. У вигляді порошку або у вигляді металевої стружки, він являє собою серйозну небезпеку пожежі та, при нагріванні на повітрі, небезпека вибуху.

Властивості і застосування титанових сплавів

Нижче представлений огляд найбільш часто зустрічаються титанових сплавів, які діляться на класи, їх властивості, переваги та промислові застосування.

7 клас

Клас 7 механічно і фізично еквівалентний класу 2 чистого титану, за винятком додавання проміжного елемента паладію, що робить його сплавом. Він володіє чудовою здатністю до зварювання і еластичністю, найбільш корозійну стійкість з усіх сплавів цього типу.

Клас 7 використовується в хімічних процесах і компонентах виробничого обладнання.

11 клас

Клас 11 дуже схожий на клас 1, за винятком додавання паладію для підвищення корозійної стійкості, що робить його сплавом.

Інші корисні властивості включають оптимальну пластичність, міцність, ударну в'язкість і відмінну зварюваність. Цей сплав можна використовувати особливо в тих випадках, коли корозія викликає проблеми:

хімічна обробка;
виробництво хлоратов;
опріснення;
морські застосування.

Ti 6Al-4V, клас 5

Сплав Ti 6Al-4V, або титан 5 класу, найбільш часто використовується. На його частку припадає 50% загального споживання титану в усьому світі.

Зручність використання полягає в його численні переваги. Ti 6Al-4V може піддаватися термообробці для підвищення його міцності. Цей сплав має високу міцність при малій масі.

Це кращий сплав для використання в декількох галузях промисловості, Таких як аерокосмічна, медична, морська і хімічна переробна промисловість. Його можна використовувати при створенні:

авіаційних турбін;
компонентів двигуна;
конструктивних елементів літака;
аерокосмічних кріпильних виробів;
високопродуктивних автоматичних деталей;
спортивного обладнання.

Ti 6AL-4V ELI, клас 23

Клас 23 - хірургічний титан. Сплав Ti 6AL-4V ELI, або клас 23, є версією більш високої чистоти Ti 6Al-4V. Він може бути виготовлений з рулонів, ниток, проводів або плоских проводів. Це кращий вибір для будь-якої ситуації, коли потрібно поєднання високої міцності, малої маси, хорошою корозійної стійкості і високої в'язкості. Він володіє чудовою стійкістю до пошкоджень.

Він може використовуватися в біомедичних застосуваннях, таких як імплантуються компоненти через його біосумісності, хорошою втомної міцності. Його також можна використовувати в хірургічних процедурах для виготовлення таких конструкцій:

ортопедичні штифти і гвинти;
затискачі для лігатури;
хірургічні скоби;
пружини;
ортодонтические прилади;
кріогенні посудини;
пристрою фіксації кістки.

12 клас

Титан класу 12 має відмінну високоякісної свариваемостью. Це високоміцний сплав, який забезпечує хорошу міцність при високих температурах. Титан класу 12 володіє характеристиками, подібними нержавіючим сталям серії 300.

Його здатність формуватися різними способами робить його корисним у багатьох додатках. Висока корозійна стійкість цього сплаву також робить його неоціненним для виробничого обладнання. Клас 12 можна використовувати в наступних галузях:

теплообмінники;
гідрометалургійні застосування;
хімічне виробництво з підвищеною температурою;
морські і повітряні компоненти.

Ti 5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn - це сплав, який може забезпечити гарну зварюваність зі стійкістю. Він також володіє високою температурною стабільністю і високою міцністю.

Ti 5Al-2,5Sn в основному використовується в авіаційній сфері, а також в кріогенних установках.

Фізичні та хімічні властивості титану, отримання титану

Застосування титану в чистому вигляді і у вигляді сплавів, застосування титану у вигляді з'єднань, фізіологічна дія титану

Розділ 1. Історія та знаходження в природі титану.

Титан -це елемент побічної підгрупи четвертої групи, четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 22. Проста речовина титан (CAS-номер: 7440-32-6) - легкий метал сріблясто-білого кольору. Існує в двох кристалічних модифікаціях: α-Ti з гексагональної щільноупакованими гратами, β-Ti з кубічної об'ємно-центрованої упаковкою, температура поліморфного перетворення α↔β 883 ° C. Температура плавлення +1660 ± 20 ° C.

Історія і знаходження в природі титану

Титан був названий так на честь давньогрецьких персонажів Титанів. Назвав його так німецький хімік Мартін Клапрот за своїми особистими міркуваннями на відміну від французів які намагалися давати назви відповідно до хімічними особливостями елемента, але так як тоді властивості елемента були невідомі, було вибрано таку назву.

Титан є 10 елементів по кол-ву його на нашій планеті. Кількість титану в земній корі одно 0.57% по масі і 0.001 міліграм на 1 літр морської води. Родовища титану знаходяться на території: Південно Африканської Республіки, України, Росії, Казахстану, Японії, Австралії, Індії, Цейлону, Бразилії та Південної Кореї.

За фізичними властивостями титан легкий сріблястий метал, крім того характерна висока в'язкість при механічній обробці і схильний до прилипання до ріжучого інструменту, тому використовують спеціальні мастила або напилення для усунення цього ефекту. При кімнатній температурі покривається лассівірующей плівкою оксиду TiO2, завдяки цьому має стійкість до корозії в більшості агресивних середовищ, крім лугів. Титанова пил має властивість вибухати, при цьому температура спалаху дорівнює 400 ° C. Титанова стружка пожежонебезпечна.

Щоб зробити титан в чистому вигляді або його сплави в більшості випадків використовують діоксид титану з невеликим кол-вом з'єднань входять до нього. Наприклад, рутиловий концентрат, який одержують при збагаченні титанових руд. Але запаси рутилу вкрай малі і в зв'язку з цим використовують так званий синтетичний рутил або титановий шлак, що отримується при обробці ільменітових концентратів.

Першовідкривачем титану вважається 28-річний англійський чернець Вільям Грегор. У 1790 р, проводячи мінералогічні вишукування у своєму приході, він звернув увагу на поширеність і незвичайні властивості чорного піску в долині менакеніт на південному заході Англії і прийнявся його досліджувати. У піску священик виявив крупиці чорного блискучого мінералу, притягивающегося звичайним магнітом. Отриманий в 1925 р Ван Аркелем і де Буром іодідним методом найчистіший титан виявився пластичним і технологічним металом з багатьма цінними властивостями, які привернули до нього увагу широкого кола конструкторів і інженерів. У 1940 р Кролль запропонував магниетермический спосіб вилучення титану з руд, який є основним і в даний час. У 1947 р були випущені перші 45 кг технічно чистого титану.

У періодичної системі елементів Менделєєва титан має порядковий номер 22. Атомна маса природного титану, обчислена за результатами досліджень його ізотопів, складає 47,926. Отже, ядро \u200b\u200bнейтрального атома титану містить 22 протона. Кількість же нейтронів, т. Е. Нейтральних незаряджених часток, по-різному: частіше 26, але може коливатися від 24 до 28. Тому і число ізотопів титану по-різному. Всього зараз відомо 13 ізотопів елемента № 22. Природний титан складається із суміші п'яти стабільних ізотопів, найбільш широко представлений титан-48, його частка в природних рудах 73,99%. Титан і інші елементи підгрупи IVВ дуже близькі за властивостями до елементів підгрупи IIIВ (групи скандію), хоча і відрізняються від останніх здатністю виявляти велику валентність. Подібність титану зі скандієм, ітрієм, а також з елементами підгрупи V ст - ванадієм і ніобієм виражається і в тому, що в природних мінералах титан часто зустрічається разом з цими елементами. З одновалентними галогенами (фтором, бромом, хлором і йодом) він може утворювати ди- три- і, тетрасоедіненія, з сіркою і елементами її групи (селеном, телуром) - моно- і дисульфіди, з киснем - оксиди, діоксиди і триоксиди.

Титан утворює також сполуки з воднем (гідриди), азотом (нітриди), вуглецем (карбіди), фосфором (фосфіди), миш'яком (арсіді), а також сполуки з багатьма металами - інтерметалліді. Утворює титан не тільки прості, але і численні комплексні сполуки, відомо чимало його з'єднань з органічними речовинами. Як видно з переліку сполук, в яких може брати участь титан, він хімічно дуже активний. І в той же час титан є одним з небагатьох металів з винятково високу корозійну стійкість: він практично вічний в атмосфері повітря, у холодній і киплячій воді, досить стійкий в морській воді, в розчинах багатьох солей, неорганічних і органічних кислотах. За своєю корозійної стійкості в морській воді він перевершує всі метали, за винятком благородних - золота, платини і т. П., Більшість видів нержавіючої сталі, нікелеві, мідні та інші сплави. У воді, у багатьох агресивних середовищах чистий титан не схильний до корозії. Протистоїть титан і ерозійної корозії, яка відбувається в результаті поєднання хімічного та механічного впливу на метал. В цьому відношенні він не поступається кращим маркам нержавіючих сталей, сплавів на основі міді та інших конструкційних матеріалів. Добре протистоїть титан і усталостной корозії, що виявляється часто у вигляді порушень цілісності і міцності металу (розтріскування, локальні вогнища корозії і т. П.). Поведінка титану в багатьох агресивних середовищах, в таких, як азотна, соляна, сірчана, «царська горілка» та інші кислоти і луги, викликає подив і захоплення цим металом.

Титан дуже тугоплавкий метал. Довгий час вважалося, що він плавиться при 1800 ° С, проте в середині 50-х рр. англійські вчені Діардорф і Хейс встановили температуру плавлення для чистого елементарного титану. Вона склала тисячу шістсот шістьдесят вісім ± 3 ° С. За своєю тугоплавкости титан поступається лише таким металам, як вольфрам, тантал, ніобій, реній, молібден, платиноїди, цирконій, а серед основних конструкційних металів він коштує на першому місці. Найважливішою особливістю титану як металу є його унікальні фізико хімічні властивості: Низька щільність, висока міцність, твердість і ін. Головне ж, що ці властивості не змінюються суттєво при високих температурах.

Титан - легкий метал, його щільність при 0 ° С складає всього 4,517 г / см8, а при 100 ° С - 4,506 г / см3. Титан відноситься до групи металів з питомою масою менш 5 г / см3. Сюди входять всі лужні метали (натрій, кадій, літій, рубідій, цезій) з питомою масою 0,9-1,5 г / см3, магній (1,7 г / см3), алюміній (2,7 г / см3) і ін. Титан більш ніж в 1,5 рази важче алюмінію, і в цьому він, звичайно, йому програє, але зате в 1,5 рази легше заліза (7,8 г / см3). Однак, займаючи по питомій щільності проміжне положення між алюмінієм і залізом, титан за своїми механічними властивостями в багато разів їх перевершує.). Титан має значну твердість: він у 12 разів твердіше алюмінію, в 4 рази-заліза і міді. Ще одна важлива характеристика металу - межа плинності. Чим він вищий тим краще деталі з цього металу пручаються експлуатаційним навантаженням. Межа текучості в титану майже в 18 разів вище, ніж у алюмінію. Питома міцність сплавів титану може бути підвищена в 1,5-2 рази. Його високі механічні властивості добре зберігаються при температурах аж до кількох сотень градусів. Чистий титан придатний для будь-яких видів обробки в гарячому і холодному стані: його можна кувати, як залізо, витягати і навіть робити з нього дріт, прокатувати в листи, стрічки, у фольгу товщиною до 0,01 мм.

На відміну від більшості металів титан володіє значним електричним опором: якщо електропровідність срібла прийняти за 100, то електропровідність міді дорівнює 94, алюмінію - 60, заліза і платини -15, а титану-всього 3,8. Титан - парамагнітний метал, він не намагнічується, як залізо, в магнітному полі, але і не виштовхується з нього, як мідь. Його магнітна сприйнятливість дуже слабка, це властивість можна використовувати при будівництві. Титан має порівняно низьку теплопровідність, всього 22,07 Вт / (мК), що приблизно в 3 рази нижче теплопровідності заліза, в 7 разів-магнію, в 17-20 раз-алюмінію і міді. Відповідно і коефіцієнт лінійного термічного розширення в титану нижче, ніж у інших конструкційних матеріалів: при 20 С він в 1,5 рази нижче ніж у заліза, в 2 - у міді і майже в 3 - у алюмінію. Таким чином, титан - поганий провідник електрики і тепла.

Сьогодні титанові сплави широко застосовують в авіаційній техніці. Титанові сплави в промисловому масштабі вперше були використані в конструкціях авіаційних реактивних двигунів. Застосування титану в конструкції реактивних двигунів дозволяє зменшити їх масу на 10 ... 25%. Зокрема, з титанових сплавів виготовляють диски і лопатки компресора, деталі повітрозабірника, направляючого апарату і кріпильні вироби. Титанові сплави незамінні для надзвукових літаків. Зростання швидкостей польоту літальних апаратів привів до підвищення температури обшивки, в результаті чого алюмінієві сплави перестали задовольняти вимогам, які пред'являються авіаційною технікою надзвукових швидкостей. Температура обшивки в цьому випадку досягає 246 ... 316 ° С. У цих умовах найбільш прийнятним матеріалом виявилися титанові сплави. У 70-х роках істотно зросло застосування титанових сплавів для планера цивільних літаків. У середньомагістральних літаків ТУ-204 загальна маса деталей з титанових сплавів становить 2570 кг. Поступово розширюється застосування титану в вертольотах, головним чином, для деталей системи несучого гвинта, приводу, а також системи управління. Важливе місце займають титанові сплави в ракетобудуванні.

Завдяки високій корозійної стійкості в морській воді титан і його сплави знаходять застосування в суднобудуванні для виготовлення гребних гвинтів, обшивки морських суден, підводних човнів, торпед і т.д. На титан і його сплави НЕ налипають черепашки, які різко підвищують опір судна при його русі. Поступово області застосування титану розширюються. Титан і його сплави застосовують у хімічній, нафтохімічній, целюлозно-паперової і харчової промисловості, кольорової металургії, енергомашинобудування, електроніці, ядерній техніці, гальванотехнике, при виробництві озброєння, для виготовлення броньових плит, хірургічного інструменту, хірургічних імплантатів, опріснювальних установок, деталей гоночних автомобілів , спортінвентарю (ключки для гольфу, спорядження альпіністів), деталей ручних годин і навіть прикрас. Азотування титану приводить до утворення на його поверхні золотистої плівки, по красі не поступається справжньому золоту.

Відкриття TiO2 зробили практично одночасно і незалежно один від одного англієць У. Грегор і німецький хімік М. Г. Клапрот. У. Грегор, досліджуючи склад магнітного залозистого піску (Крід, Корнуолл, Англія, 1791), виділив нову «землю» (оксид) невідомого металу, яку назвав менакеновой. У 1795 р німецький хімік Клапрот відкрив в мінералі рутил новий елемент і назвав його титаном. Через два роки Клапрот встановив, що рутил і менакеновая земля - \u200b\u200bоксиди одного і того ж елемента, за яким і залишилася назва «титан», запропоноване Клапротом. Через 10 років відкриття титану відбулося в третій раз. Французький учений Л. Воклен виявив титан в анатаз і довів, що рутил і анатаз - ідентичні оксиди титану.

Перший зразок металевого титану отримав в 1825 році Й. Я. Берцеліус. Через високу хімічної активності титану і складності його очищення чистий зразок Ti отримали голландці А. ван Аркел і І. де Бур в 1925 році термічним розкладанням парів йодиду титану TiI4.

Титан знаходиться на 10-му місці за поширеністю в природі. Вміст у земній корі 0,57% за масою, в морській воді 0,001 мг / л. У ультраосновних породах 300 г / т, в основних - 9 кг / т, в кислих 2,3 кг / т, в глинах і сланцях 4,5 кг / т. У земній корі титан майже завжди четирехвалентен і присутній тільки в кисневих з'єднаннях. У вільному вигляді не зустрічається. Титан в умовах вивітрювання і осадження має геохімічне спорідненість з Al2O3. Він концентрується в боксити кори вивітрювання і в морських глинистих опадах. Перенесення титану здійснюється у вигляді механічних уламків мінералів і у вигляді колоїдів. До 30% TiO2 по вазі накопичується в деяких глинах. Мінерали титану стійкі до вивітрювання і утворюють великі концентрації в розсипах. Відомо понад 100 мінералів, що містять титан. Найважливіші з них: рутил TiO2, ільменіт FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титаніт CaTiSiO5. Розрізняють корінні руди титану - ільменіт-титаномагнетитових і розсипних - рутил-ільменіт-цирконовий.

Основні руди: ільменіт (FeTiO3), рутил (TiO2), титанів (CaTiSiO5).

На 2002 рік, 90% видобутого титану використовувалося на виробництво діоксиду титану TiO2. Світове виробництво діоксиду титану становило 4,5 млн т. На рік. Підтверджені запаси діоксиду титану (без Росії) становлять близько 800 млн т. На 2006 рік, за оцінкою Геологічної служби США, в перерахунку на діоксид титану і без урахування Росії, запаси ільменітових руд складають 603-673 млн т., А рутилових - 49.7- 52.7 млн \u200b\u200bт. Таким чином, при нинішніх темпах видобутку світових розвіданих запасів титану (без урахування Росії) вистачить більш, ніж на 150 років.

Росія володіє другими в світі, після Китаю, запасами титану. Мінерально-сировинну базу титану Росії складають 20 родовищ (з них 11 корінних і 9 розсипних), досить рівномірно розосереджених по території країни. Найбільше з розвіданих родовищ (Ярегское) знаходиться в 25 км від міста Ухта (Республіка Комі). Запаси родовища оцінюються в 2 мільярди тонн руди з середнім вмістом діоксиду титану близько 10%.

Найбільший в світі виробник титану - російська компанія «ВСМПО-АВІСМА».

Як правило, вихідним матеріалом для виробництва титану і його з'єднань слугує діоксид титану з порівняно невеликою кількістю домішок. Зокрема, це може бути рутиловий концентрат, який одержують при збагаченні титанових руд. Однак запаси рутилу в світі вельми обмежені, і частіше застосовують так званий синтетичний рутил або титановий шлак, одержувані при переробці ільменітових концентратів. Для отримання титанового шлаку концентрат ільменіту відновлюють в електродугової печі, при цьому залізо відокремлюється в металеву фазу (чавун), а не відновлені оксиди титану і домішок утворюють шлакову фазу. Багатий шлак переробляють хлоридним або сернокислотним способом.

У чистому вигляді і у вигляді сплавів

Титановий пам'ятник Гагаріну на Ленінському проспекті в Москві

Метал застосовується в: хімічної промисловості (реактори, трубопроводи, насоси, трубопровідна арматура), військової промисловості (бронежилети, броня і протипожежні перегородки в авіації, корпусу підводних човнів), промислових процесах (опріснювальних установках, процесах целюлози і паперу), автомобільної промисловості, сільськогосподарської промисловості, харчової промисловості, прикрасах для пірсингу, медичної промисловості (протези, остеопротези), стоматологічних та ендодонтичних інструментах, зубних імплантатах, спортивних товарах, ювелірних виробах (Олександр Хомів), мобільних телефонах, легких сплавах і т. д. Є найважливішим конструкційним матеріалом в авіа-, ракето-, кораблебудуванні.

Титанове лиття виконують в вакуумних печах в графітові форми. Також використовується вакуумне лиття по виплавлюваних моделях. Через технологічні труднощі, в художньому лиття використовується обмежено. Першим у світовій практиці монументальної литий скульптурою з титану є пам'ятник Юрію Гагаріну на площі його імені в Москві.

Титан є легуючої добавкою в багатьох легованих сталях і більшості спецсплавів.

Нитинол (нікель-титан) - сплав, що володіє пам'яттю форми, що застосовується в медицині і техніці.

Алюмініди титану є дуже стійкими до окислення і жароміцних, що в свою чергу визначило їх використання в авіації та автомобілебудуванні в якості конструкційних матеріалів.

Титан є одним з найбільш поширених гетерні матеріалів, використовуваних в високовакуумних насосах.

Білий діоксид титану (TiO2) використовується в фарбах (наприклад, титанові білила), а також при виробництві паперу і пластика. Харчова добавка E171.

Тітанорганіческіе з'єднання (напр. Тетрабутоксітітан) застосовуються в якості каталізатора і затверджувача в хімічній і лакофарбовій промисловості.

Неорганічні сполуки титану застосовуються в хімічній електронної, стекловолоконной промисловості в якості добавки або покриттів.

Карбід титану, диборид титану, карбонітриду титану - важливі компоненти надтвердих матеріалів для обробки металів.

Нітрид титану застосовується для покриття інструментів, куполів церков і при виробництві біжутерії, тому що має колір, схожий на золото.

Титанат барію BaTiO3, титанат свинцю PbTiO3 і ряд інших титанатів - сегнетоелектрики.

Існує безліч титанових сплавів з різними металами. Легуючі елементи поділяють на три групи, в залежності від їх впливу на температуру поліморфного перетворення: на бета-стабілізатори, альфа-стабілізатори і нейтральні упрочнители. Перші знижують температуру перетворення, другі підвищують, треті не впливають на неї, але призводять до розчинному зміцнення матриці. Приклади альфа-стабілізаторів: алюміній, кисень, вуглець, азот. Бета-стабілізатори: молібден, ванадій, залізо, хром, нікель. Нейтральні упрочнители: цирконій, олово, кремній. Бета-стабілізатори, в свою чергу, діляться на бета-ізоморфні і бета-евтектоідообразующіе. Найпоширенішим титановим сплавом є сплав Ti-6Al-4V (в російській класифікації - ВТ6).

60% - фарба;

20% - пластик;

13% - папір;

7% - машинобудування.

15-25 $ за кілограм, залежно від чистоти.

Чистота і марка чорнового титану (титанової губки) зазвичай визначається по її твердості, яка залежить від вмісту домішок. Найбільш поширені марки тг100 і ТГ110.

Ціна ферротитана (мінімум 70% титану) на 22.12.2010 $ 6,82 за кілограм. На 01.01.2010 ціна була на рівні $ 5,00 за кілограм.

У Росії ціни на титан на початок 2012 року становили 1200-1500 руб / кг.

переваги:

мала щільність (4500 кг / м3) сприяє зменшенню маси використовуваного матеріалу;

висока механічна міцність. Варто відзначити, що при підвищених температурах (250-500 ° С) титанові сплави по міцності перевершують високоміцні сплави алюмінію і магнію;

необичайнао висока корозійна стійкість, обумовлена \u200b\u200bздатністю титану утворювати на поверхні тонкі (5-15 мкм) суцільні плівки оксиду ТiO2, міцно пов'язані з масою металу;

питома міцність (відношення міцності і щільності) кращих титанових сплавів досягає 30-35 і більше, що майже вдвічі перевищує питому міцність легованих сталей.

недоліки:

висока вартість виробництва, титан значно дорожче заліза, алюмінію, міді, магнію;

активна взаємодія при високих температурах, особливо в рідкому стані, з усіма газами, складовими атмосферу, в результаті чого титан і його сплави можна плавити лише в вакуумі або в середовищі інертних газів;

труднощі залучення у виробництво титанових відходів;

погані антифрикційні властивості, обумовлені налипанням титану на багато матеріалів, титан в парі з титаном не може працювати на тертя;

висока схильність титану і багатьох його сплавів до водневої крихкості і сольовий корозії;

погана оброблюваність різанням, аналогічна оброблюваності нержавіючих сталей аустенітного класу;

велика хімічна активність, схильність до зростання зерна при високій температурі і фазові перетворення при зварювальному циклі викликають труднощі при зварюванні титану.

Основна частина титану витрачається на потреби авіаційної і ракетної техникії і морського суднобудування. Титан (ферротитан) використовують в якості ЛІГІР добавки до якісних сталей і як раскислитель. Технічний титан йде на виготовлення ємностей, хімічних реакторів, трубопроводів, арматури, насосів, клапанів та інших виробів, що працюють в агресивних середовищах. З компактного титану виготовляють сітки та інші деталі елетктровакуумних приладів, що працюють при високих температурах.

Щодо використання в якості конструкційного матеріалу титан знаходиться на 4-му місці, поступаючись лише Al, Fe і Mg. Алюмініди титану є дуже стійкими до окислення і жароміцних, що в свою чергу визначило їх використання в авіації та автомобілебудуванні в якості конструкційних матеріалів. Біологічна нешкідливість титану робить його чудовим матеріалом для харчової промисловості і відновної хірургії.

Титан і його сплави знайшли широке применеие в техніці зважаючи на свою високу мехніческой міцності, яка зберігається при високих температурах, корозійної стійкості, жароміцності, питомої міцності, малої щільності та інших корисних властивостей. Висока вартість титану і його сплавів в багатьох випадках компенсується їх більшою працездатністю, а в деяких випадках вони є єдиним матеріалом, з якого можна виготовити обладнання або конструкції, здатні працювати в даних конкретних умовах.

Титанові сплави відіграють велику роль в авіаційній техніці, де прагнуть отримати найбільш легку конструкцію в поєднанні з необхідною міцністю. Титан легкий в порівнянні з іншими металами, але в той же час може працювати при високих температурах. З титанових сплавів виготовляють обшивку, деталі кріплення, силовий набір, деталі шасі, різні агрегати. Також дані матеріали застосовуються в конструкціях авіаційних реактивних двигунів. Це дозволяє зменшити їх масу на 10-25%. З титанових сплавів виготовляють диски і лопатки компресора, деталі повітрозабірника і направляючого апарату, кріплення.

Також титан і його сплави використовують в ракетобудуванні. З огляду на короткочасної роботи двигунів і швидкого проходження щільних шарів атмосфери в ракетобудуванні значною мірою знімаються проблеми втомної міцності, статичної витривалості і частково повзучості.

Технічний титан через недостатньо високої теплопрочності не придатний для застосування в авіації, але завдяки виключно високому опору корозії в ряді випадків незамінний у хімічній промисловості та суднобудуванні. Так його застосовують при виготовленні компресорів і насосів для перекачування таких агресивних середовищ, як сірчана і соляна кислота і їх солі, трубопроводів, запірної арматури, автоклав, різного роду ємностей, фільтрів і т. П. Тільки титан володіє корозійну стійкість в таких середовищах, як вологий хлор, водні та кислі розчини хлору, тому з даного металу виготовляють обладнання для хлорного промисловості. З титану роблять теплообменнікн, що працюють в корозійно активних середовищах, наприклад в азотній кислоті (Не димить). У судостоеніі титан використовується для виготовлення гребних гвинтів, обшивки морських суден, підводних човнів, торпед і т.д. На титан і його сплави НЕ налипають черепашки, які різко підвищують опір судна при його русі.

Титанові сплави перспективні для використання в багатьох інших застосуваннях, але їх поширення в техніці стримується високою вартістю і дефіцитністю титану.

З'єднання титану також отримали широке застосування в різних галузях промисловості. Карбід титану має високу твердість і застосовується у виробництві ріжучих інструментів і абразивних матеріалів. Білий діоксид титану (TiO2) використовується в фарбах (наприклад, титанові білила), а також при виробництві паперу і пластика. Тітанорганіческіе з'єднання (напр. Тетрабутоксітітан) застосовуються в якості каталізатора і затверджувача в хімічній і лакофарбовій промисловості. Неорганічні сполуки титану застосовуються в хімічній електронної, стекловолоконной промисловості в якості добавки. Диборид титану - важливий компонент надтвердих матеріалів для обробки металів. Нітрид титану застосовується для покриття інструментів.

При існуючих високих цінах на титан його застосовують переважно для виробництва військового обладнання, де головна роль належить не вартості, а технічним характеристикам. Проте відомі випадки використання унікальних властивостей титану для цивільних потреб. У міру зниження цін на титан і зростання його виробництва застосування цього металу в військових і цивільних цілях буде все більше розширюватися.

Авіація. Мала питома вага і висока міцність (особливо при підвищених температурах) титану і його сплавів роблять їх дуже цінними авіаційними матеріалами. В області літакобудування та виробництва авіаційних двигунів титан все більше витісняє алюміній і нержавіючу сталь. З підвищенням температури алюміній швидко втрачає свою міцність. З іншого боку, титан володіє явною перевагою щодо міцності при температурі до 430 ° С, а підвищення температури такого порядку виникають при великих швидкостях завдяки аеродинамічному нагріванню. Перевага заміни стали титаном в авіації полягає в зниженні ваги без втрати міцності. Загальне зниження ваги з підвищенням показників при підвищених температурах дозволяє збільшити корисне навантаження, дальність дії і маневреність літаків. Цим пояснюються зусилля, спрямовані на розширення застосування титану в літакобудуванні при виробництві двигунів, будівництві фюзеляжів, виготовленні обшивки і навіть кріпильних деталей.

При будівництві реактивних двигунів титан застосовується переважно для виготовлення лопаток компресора, дисків турбіни і багатьох інших штампованих деталей. Тут титан витісняє нержавіючу і термічно оброблювану легированную стали. Економія у вазі двигуна в один кілограм дозволяє зберігати до 10 кг в загальній вазі літака завдяки полегшенню фюзеляжу. Надалі заплановано застосовувати листової титан для виготовлення кожухів камер згоряння двигуна.

В конструкції літака титан знаходить широке застосування для деталей фюзеляжу, що працюють при підвищених температурах. Листовий титан застосовується для виготовлення всіляких кожухів, захисних оболонок кабелів і напрямних для снарядів. З листів легованого титану виготовляються різні елементи жорсткості, шпангоути фюзеляжу, нервюри і т. Д.

Кожухи, закрилки, захисні оболонки для кабелів і напрямні для снарядів виготовляються з нелегованого титану. Легований титан застосовується для виготовлення каркаса фюзеляжу, шпангоутів, трубопроводів і протипожежних перегородок.

Титан отримує все більше застосування при будівництві літаків F-86 і F-100. У майбутньому з титану будуть робити стулки шасі, трубопроводи гідросистем, вихлопні патрубки і сопла, лонжерони, закрилки, відкидні стійки і т. Д.

Титан можна застосовувати для виготовлення броньових плит, лопатей пропелера і снарядних ящиків.

В даний час титан застосовується в конструкції літаків військової авіації Дуглас Х-3 для обшивки, Рипаблик F-84F, Кертисс-Райт J-65 і Боїнг В-52.

Застосовується титан і при будівництві цивільних літаків DC-7. Фірма «Дуглас» заміною алюмінієвих сплавів і нержавіючої сталі титаном при виготовленні мотогондоли і протипожежних перегородок вже домоглася економії у вазі конструкції літака близько 90 кг. В даний час вага тютюнових деталей в цьому літаку становить 2%, причому цю цифру передбачається довести до 20% загальної ваги літака.

Застосування титану дозволяє зменшити вагу гелікоптерів. Листовий титан використовується для підлог і дверей. Значне зниження ваги гелікоптера (близько 30 кг) було досягнуто в результаті заміни легованої сталі титаном для обшивки лопатей його несучих гвинтів.

Військово-морський флот. Корозійна стійкість титану і його сплавів робить їх дуже цінним матеріалом на море. Військово-морське міністерство США докладно досліджує корозійну стійкість титану проти впливу димових газів, пара, масла і морської води. Майже таке ж значення у військово-морській справі має і високе значення питомої міцності титану.

Мала питома вага металу в поєднанні з корозійну стійкість підвищує маневреність і дальність дії кораблів, а також знижує витрати по догляду за матеріальною частиною і її ремонту.

Застосування титану в військово-морській справі включає виготовлення вихлопних глушників для дизельних двигунів підводних човнів, дисків вимірювальних приладів, тонкостінних труб для конденсаторів і теплообмінників. На думку фахівців, титан, як ніякий інший метал, здатний збільшити термін служби вихлопних глушників на підводних човнах. Стосовно до дисків вимірювальних приладів, що працюють в умовах зіткнення з солоною водою, бензином або олією, титан забезпечить кращу стійкість. Досліджується можливість застосування титану для виготовлення труб теплообмінників, які повинні володіти корозійну стійкість в морській воді, що омиває труби зовні, і одночасно протистояти впливу вихлопного конденсату, що протікає всередині них. Розглядається можливість виготовлення з титану антен і вузлів радіолокаційних установок, від яких потрібна стійкість до впливу димових газів і морської води. Титан може знайти застосування і для виробництва таких деталей, як клапани, пропелери, деталі турбін і т. Д.

Артилерія. Мабуть, найбільш великим потенційним споживачем титану може з'явитися артилерія, де в даний час ведуться інтенсивні дослідження різних дослідних зразків. Проте в цій області стандартизовано виробництво лише окремих деталей і частин з титану. Дуже обмежене використання титану в артилерії при великому розмаху досліджень пояснюється його високою вартістю.

Були досліджені різні деталі артилерійського обладнання з точки зору можливості заміни титаном звичайних матеріалів за умови зниження цін на титан. Головна увага приділялася деталям, для яких істотно зниження ваги (деталі, що переносяться вручну і перевозяться по повітрю).

Опорна плита міномета, виготовлена \u200b\u200bз титану замість стали. Шляхом такої заміни і після деякої переробки замість сталевої плити з двох половинок загальною вагою 22 кг вдалося створити одну деталь вагою 11 кг. Завдяки такій заміні можна зменшити кількість обслуговуючого персоналу з трьох осіб до двох. Розглядається можливість застосування титану для виготовлення гарматних полум'ягасників.

Проходять випробування виготовлені з титану гарматні верстати, хрестовини лафетів і циліндри противідкатних пристосувань. Широке застосування титан може отримати при виробництві керованих снарядів і ракет.

Проведені перші дослідження титану і його сплавів показали можливість виготовлення з них броньових плит. Заміна сталевої броні (товщиною 12,7 мм) титанової бронею однаковою снарядостойкости (товщиною 16 мм) дозволяє отримати, за даними цих досліджень, економію у вазі до 25%.

Сплави титану підвищеної якості дозволяють сподіватися на можливість заміни сталевих плит титановими рівної товщини, що дає економію у вазі до 44%. Промислове застосування титану дозволить забезпечити більшу маневреність, збільшить дальність перевезення і довговічність знаряддя. Сучасний рівень розвитку повітряного транспорту робить очевидними переваги легких броньовиків і інших машин з титану. Артилерійське відомство має намір спорядити в майбутньому піхоту касками, багнетами, гранатометами і ручними вогнеметами, зробленими з титану. Перше застосування в артилерії титановий сплав отримав для виготовлення поршня деяких автоматичних знарядь.

Транспорт. Багато з тих вигод, які обіцяє використання титану при виробництві бронетанкової матеріальної частини, відносяться і до транспортних засобів.

Заміна конструкційних матеріалів, споживаних в даний час підприємствами транспортного машинобудування, титаном повинна привести до зниження витрати палива, зростання корисної вантажопідйомності, підвищення межі втоми деталей кривошипно-шатунних механізмів і т. П. На залізницях виключно важливо знизити мертвий вантаж. Суттєве зменшення загальної ваги рухомого складу за рахунок застосування титану дозволить заощадити в тязі, зменшити габарити шийок і букс.

Важливе значення вага має і для причіпних автотранспортних засобів. Тут заміна стали титаном при виробництві осей і коліс також дозволила б збільшити корисну вантажопідйомність.

Всі ці можливості можна було б реалізувати при зниженні ціни титану з 15 до 2-3 доларів за фунт титанових напівфабрикатів.

Хімічна промисловість. При виробництві устаткування для хімічної промисловості найважливіше значення має корозійна стійкість металу. Істотно також знизити вагу і підвищити міцність обладнання. Логічно слід припустити, що титан міг би дати ряд вигод при виробництві з нього обладнання для транспортування кислот, лугів і неорганічних солей. Додаткові можливості застосування титану відкриваються у виробництві такого обладнання, як баки, колони, фільтри і всілякі балони високого тиску.

Застосування трубопроводів з титану здатне підвищити коефіцієнт корисної дії нагрівальних змійовиків в лабораторних автоклавах і теплообмінниках. Про застосовність титану для виробництва балонів, в яких тривалий час зберігаються гази і рідини під тиском, свідчить застосовується при мікроаналізі продуктів згоряння замість важчій трубки зі скла (показана у верхній частині знімка). Завдяки малій товщині стінок і незначного питомою вагою ця трубка може зважуватися на більш чутливих аналітичних вагах менших розмірів. Тут поєднання легкості і корозійної стійкості дозволяє підвищити точність хімічного аналізу.

Інші області застосування. Застосування титану доцільно в харчовій, нафтовій та електротехнічної промисловості, а також для виготовлення хірургічних інструментів і в самій хірургії.

Столи для підготовки їжі, пропарювальні столи, виготовлені з титану, по якостям перевершують сталеві вироби.

У нафто- і газобурільной областях серйозне значення має боротьба з корозією, тому застосування титану дозволить рідше замінювати корродіруют штанги обладнання. У каталітичному виробництві і для виготовлення нафтопроводів бажано застосовувати титан, який зберігає механічні властивості при високій температурі і володіє хорошою корозійної стійкістю.

У електропромисловості титан можна застосувати для бронювання кабелів завдяки гарній питомої міцності, високому електричному опору і немагнітним властивостям.

У різних галузях промисловості починають застосовувати кріпильні деталі тієї чи іншої форми, виготовлені з титану. Подальше розширення застосування титану можливо для виготовлення хірургічних інструментів головним чином завдяки його корозійної стійкості. Інструменти з титану в цьому відношенні перевершують звичайні хірургічні інструменти при багаторазовому кип'ятінні або обробці в автоклаві.

В області хірургії титан виявився краще віталліума і нержавіючих сталей. Присутність титану в організмі цілком допустимо. Платівка і гвинти з титану для кріплення кісток знаходилися в організмі тварини кілька місяців, причому мало місце проростання кістки в нитки різьблення гвинтів і в отвір пластинки.

Перевага титану полягає також в тому, що на пластині утворюється м'язова тканина.

Приблизно половина виробленої в світі титанової продукції іде зазвичай в цивільне авіабудування, але його спад після відомих трагічних подій змушує багатьох учасників галузі шукати нові сфери застосування титану. даний матеріал представляє першу частину добірки публікацій в зарубіжній металургійної пресі, присвячених перспективам титану в сучасних умовах. За оцінками одного з провідних американських виробників титану RТ1, із загального обсягами виробництва титану в світовому масштабі на рівні 50-60 тис. Тонн на рік на частку аерокосмічного сегмента припадає до 40 споживання, на частку промислових застосувань і додатків припадає 34, на військову область 16 , і близько 10 припадає на застосування титану в споживчих продуктів. Промислове застосування титану включає в себе хімічні процеси, енергетику, нафтогазову галузь, опріснювальні установки. Військові не авіаційне застосування включає, перш за все, використання в артилерії і бойових машинах. Секторами зі значними обсягами застосування титану є автомобілебудування, архітектура і будівництво, спортивні товари, ювелірні вироби. Практично весь титан в злитках проводиться в США, Японії і СНД - на частку Європи припадає лише 3,6 від загальносвітового обсягами. Регіональні ринки кінцевого застосування титану дуже різняться - найбільш яскравим прикладом своєрідності є Японія, де на цивільний авіакосмічний сектор припадає лише 2-3 при використанні 30 від загального споживання титану в обладнанні і конструкційних елементах хімічних заводів. Приблизно 20 від загального попиту в Японії припадає на атомну енергетику і на електростанції на тврдом паливі, інша частка припадає на архітектуру, медицину і спорт. Протилежна картина спостерігається в США і Європі, де виключно велике значення має споживання аерокосмічному секторі - 60-75 і 50-60 для кожного регіону відповідно. У США традиційно сильними кінцевими ринками є хімічна промисловість, медичне обладнання, промислове обладнання, в той час як в Європі найбільша частка припадає на нафтогазову промисловість і будівельну промисловість. Сильна залежність від аерокосмічної галузі була давнім предметом занепокоєння титанової промисловості, яка намагається розширити області застосування титану, що особливо актуально в умовах поточного спаду в цивільній авіації в світовому масштабі. За даними Геологічної служби США в першому кварталі 2003 року відбулося значне спад імпорту титанової губки - всього лише 1319 тонн, що на 62 менше 3431 тонн за аналогічний період 2002 року. Як вважає директор з розвитку ринку гігантського американського виробника і постачальника титанової продукції Типе Джон Барбер, аерокосмічний сектор завжди буде одним з провідних ринків для титану, але ми титанова промисловість повинні прийняти виклик і зробити вс, щоб бути впевненими, що наша промисловість не буде слідувати за циклами розвитку та спадів в аерокосмічному секторі. Деякі з провідних виробників титанової промисловості бачать зростання можливостей на вже існуючих ринках, одним з яких є ринок обладнання і матеріалів для підводних робіт. Як говорить Мартін Проком, менеджер з продажу та дистрибуції RТ1, титан досить давно, з початку 1980-х років використовується в енергетиці і при підводних роботах, але тільки в останні п'ять років ці напрямки стали стійко розвиваються з відповідним зростанням ніші на ринку. Що стосується підводних робіт, то тут зростання, перш за все, обумовлений бурильними роботами на більшій глибині, де титан є найбільш підходящим матеріалом. Його, так би мовити, підводний життєвий цикл становить п'ятдесят років, що відповідає звичайній тривалості підводних проектів. Вище вже перераховувалися області, в яких вірогідне зростання застосування титану. Як зазначає менеджер з продажу американської компанії Howmet Ti-Cast Боб Фаннелл, поточний стан ринку можна розглядати, як зростання можливостей в нових областях, таких як обертові частини пристроїв турбонадува у вантажівок, ракети і насоси.

Одним з наших поточних проектів є розвиток лгкіх артилерійських систем ВАЕ Ноwitzer ХМ777 калібром 155 мм. Ноwmet поставить 17 з 28 вузлів структурного титанового литва для кожної гарматної установки, поставки яких в частині морської піхоти США повинні початися в серпні 2004 року. При загальній вазі знаряддя 9800 фунтів приблизно 4,44 тонн в його конструкції на частку титану припадає близько 2600 фунтів приблизно 1,18 тонн - використовується сплав 6А14У з великою кількістю виливків, говорить Френк Хрстер, керівник систем вогневої підтримки ВАЕ 8у81ет8. Ця система ХМ777 повинна замінити знаходиться на озброєння систему М198 Ноwitzег, яка важить близько 17000 фунтів приблизно 7,71 тонн. Масове виробництво заплановано на період з 2006 по 2010 рік - спочатку розписані поставки в США, Великої Британії та Італії, але можливе розширення програми для поставок до країн-членів НАТО. Джон Барбер з Timet вказує, що прикладами військової техніки, в конструкції якої використовуються значні об'ма титану, є танк Абрама і бойова машина Бредлі. Протягом вже двох років виконується спільна програма НАТО, США і Великобританії по інтенсифікації використання титану в системах озброєнь і оборони. Як уже не раз зазначалося, титан дуже підходить до використання в автомобілебудуванні, правда, частка цього напрямку досить скромна - приблизно 1 від загального обсягами споживаного титану, або 500 тонн в рік, за даними італійської компанії Роggipolini, виробника титанових вузлів і деталей для Формули 1 і гоночних мотоциклів. Керівник відділу досліджень і розвитку цієї фірми Даніеле Стопполіні вважає, що поточний попит на титан в цьому сегменті ринку на рівні 500 тонн при масовому використанні цього матеріалу в конструкціях клапанів, пружин, вихлопних систем, передавальних валів, болтів може в потенціалі піднятися на рівень мало НЕ 16000 тонн в рік Він додав, що його компанія тільки починає розвиток автоматизованого виробництва титанових болтів з метою зниження виробничих витрат. На його думку, стримуючими факторами, через які використання титану не розширювати значно в автомобілебудуванні, є непередбачуваність попиту і неопределнность з поставками сировини. При цьому в автомобілебудуванні зберігається велика потенційна ніша для титану, що з'єднує оптимальні вагові та міцності для кручених пружин і систем виведення відпрацьованих газів. На жаль, на американському ринку широким використанням титану в цих системах відзначена тільки досить ексклюзивна напівспортивна модель Шевроле-Корветт Z06, яка ніяк не може претендувати на роль масового автомобіля. Однак внаслідок постійних завдань економії палива і корозійної стійкості перспективи для титану в цій області зберігаються. Для затвердження на ринках не авіакосмічного і не військового застосування недавно було створено спільне підприємство UNITI в його назві обігрується слово unity - єдність і Тi - позначення титану в періодичній таблиці в складі провідних світових виробників титану - американської Allegheny Technologies і російської ВСМПО-Авісма. Як сказав президент нової компанії Карл Мултон, ці ринки були навмисно виключені - ми маємо намір зробити нову компанію провідним постачальником для галузей промисловості, що використовують деталі і складальні вузли з титану, в першу чергу нафтохімічної та енергетичної. Крім того, ми маємо намір вести активний маркетинг в області опріснювати пристроїв, транспортних засобів, споживчих товарів і електроніки. Вважаю, що наші виробництва добре доповнюють один одного - у ВСМПО видатні можливості для виробництва кінцевої продукції, у Allegheny відмінні традиції по виробництву холодного і гарячого титанового прокату. Як очікується, частка продукції UNITI на глобальному ринку титанової продукції складе 45 млн. Фунтів приблизно 20411 тонн. Стійко ринком, що розвивається можна вважати ринок медичного обладнання - за даними англійської Titanium International Group щорічно вміст титану по всьому світу в різних імплантатах і протезах складає близько 1000 тонн, і ця цифра буде зростати, так як ростуть можливості хірургії по заміні людських суглобів після нещасних випадків або травм. Крім очевидних переваг гнучкості, міцності, легкості, титан надзвичайно сумісний з організмом в біологічному сенсі завдяки відсутності корозії до тканин і рідин в людському тілі. У стоматології також різко збільшується використання протезів і імплантантів - за даними Американської асоціації стоматологів, за останні десять років в три рази, багато в чому завдяки характеристикам титану. Хоча застосування титану в архітектурі налічує понад 25 років, його широке поширення в цій області почалося тільки в останні роки. У роботах з розширення аеропорту Абу-Дабі в ОАЕ, завершення яких заплановано на 2006 рік, буде використано до 1.5 млн. Фунтів приблизно 680 тонн титану. Досить багато різних архітектурно-будівельних проектів з використанням титану планується здійснити не тільки в розвинених країнах США, Канада, Великобританія, Німеччина, Швейцарія, Бельгія, Сінгапур, а й в Єгипті і Перу.

Сегмент ринку споживчих товарів в даний час є найбільш швидко зростаючим сегментом титанового ринку. У той час як 10 років тому цей сегмент становив лише 1-2 титанового ринку, сьогодні він виріс до 8-10 ринку. В цілому споживання титану у виробництві споживчих товарів росло приблизно в два рази швидше, ніж весь титановий ринок. Використання титану в спорті є найбільш довготривалим і займає найбільшу частку в застосуванні титану в споживчих товарах. Причина популярності використання титану в спортивному інвентарі проста - він дозволяє отримати перевершує будь-який інший метал співвідношення ваги і міцності. Використання титану в велосипедах почалося приблизно 25-30 років тому і було першим застосуванням титану в спортивному інвентарі. В основному використовуються труби зі сплаву Тi3Аl-2.5V АSТМ Grade 9. Інші частини вироблені з титанових сплавів включають в себе гальма, звздочкі і пружини сидінь. Використання титану у виробництві ключок для гольфу вперше почалося в кінці 80-х - початку 90-х років виробниками ключок в Японії. До 1994-1995 років це застосування титану було практично невідомо в США і в Європі. Ситуація змінилася, коли компанія Callaway представила на ринок свою титанову ключку, вироблену компанією Ruger Titanium і названу Great Big Bertha. У зв'язку з очевидними перевагами і за допомогою добре продуманого компанією Callaway маркетингу, титанові ключки моментально придбали величезну популярність. Протягом короткого періоду часу титанові ключки пройшли шлях від ексклюзивного і дорогого інвентарю невеликої групи гравців до широкого використання більшістю гольфістів як і раніше залишаючись більш дорогими у порівнянні зі сталевими ключками. Хотілося б привести основні, на мою думку, тенденції розвитку гольфу ринку він пройшов шлях від високотехнологічного до масового виробництва в короткий період 4-5 років слідуючи шляхом інших виробництв з високими затратами таких як виробництво одягу, іграшок та споживчої електроніки, виробництво гольфових ключок пішло в країни з найбільш дешевою робочою силою спочатку на Тайвань, потім в Китай, і зараз заводи будуються в країнах з ще більш дешевою працею, таких як В'єтнам і Таїланд титан виразно використовується для драйверів drivers, де його чудові якості дають очевидну перевагу і виправдовують вищу ціну . Однак, титан поки ще не знайшов дуже широкого вжитку на наступних ключках, так як значне збільшення витрат непідкріплюється відповідним поліпшенням гри в даний час драйвери в основному виробляються з кованої ударною поверхнею, кованим або литим верхом і литим низом недавно Професійна гольфовий Асоціація РОА дозволила збільшити верхня межа так званого коефіцієнта повернення, в зв'язку з чим всі виробники ключок будуть намагатися збільшити пружні властивості ударної поверхні. Для цього доводиться зменшити товщину ударної поверхні і використовувати для неї більш міцні сплави, такі як SР700, 15-3-3-3 і ВТ-23. Тепер зупинимося на застосуванні титану і його сплавів на іншому спортивному обладнанні. Труби для гоночних велосипедів та інші деталі виготовляють з сплаву АSТМ Grade 9 Тi3Аl-2.5V. На подив значна кількість титанового листа використовується при виробництві ножів для підводного плавання. Більшість виробників використовують сплав Тi6Аl-4V, але цей сплав не забезпечує довговічність кромки леза, як інші більш міцні сплави. Деякі виробники переключаються на використання сплаву ВТ23.

Роздрібна ціна титанових ножів для підводного плавання становить приблизно 70-80 доларів. Литі титанові підкови дають значне зменшення ваги в порівнянні зі сталевими, при цьому забезпечуючи необхідну міцність. На жаль, це застосування титану не увійшло в життя, тому що титанові підкови іскрили і лякали коней. Мало хто погодиться використовувати титанові підкови після перших невдалих дослідів. Компанія Titanium Beach, розташована в Ньюпорт Біч, Каліфорнія Newport Beach, Саlifornia, розробила леза для ковзанів зі сплаву Тi6Аl-4V. На жаль, тут знову проблема довговічності кромки лез. Я думаю, що у цього продукту є шанс на життя за умови використання виробниками міцніших сплавів, таких як 15-3-3-3 або ВТ-23. Титан дуже широко використовується в альпінізмі і туризм, практично для всіх предметів, які альпіністи і туристи несуть в своїх рюкзаках пляшки, чашки роздрібна ціна 20-30 доларів, набори для приготування їжі роздрібна ціна приблизно 50 доларів, столовий посуд, в основному зроблені з комерційно чистого титану Grade 1 і 2. Іншими прикладами альпіністського та туристичного спорядження є компактні печі, стійки і кріплення наметів, льодоруби і льодобури. Виробники озброєння недавно почали виробляти титанові пістолети як для спортивної стрільби, так і для правоохоронних органів.

Споживча електроніка є досить новим і швидко зростаючим ринком для титану. У багатьох випадках застосування титану в споживчій електроніці викликано не тільки його чудові властивості, але також і привабливим зовнішнім виглядом виробів. Комерційно чистий титан Grade 1 використовується для виробництва корпусів портативних комп'ютерів, мобільних телефонів, Плазмових телевізорів з плоским екраном та іншого електронного обладнання. Використання титану у виробництві динаміків забезпечує кращі акустичні властивості в зв'язку з легкістю титану в порівнянні зі сталлю, що приводить до збільшення акустичної чутливості. Титанові годинник, вперше запроваджені на ринок японськими виробниками, зараз є одним з найбільш доступних і визнаних споживчих титанових продуктів. Світове споживання титану у виробництві традиційних і, так званих, натільних ювелірних виробів вимірюється кількома десятками тонн. Все частіше можна зустріти титанові обручки, і вже звичайно, люди носять прикраси на тілі, просто зобов'язані використовувати титан. Титан широко використовується у виробництві морського кріплення і фурнітури, де дуже важливо поєднання високої корозійної стійкості і міцності. Компанія Atlas Ti, що базується в Лос-Анджелесі, виробляє широкий асортимент цих продуктів зі сплаву ВТЗ-1. Використання титану у виробництві інструменту вперше почалося в Радянському Союзі на початку 80-х років, коли за завданням уряду були виготовлені легкі і зручні інструменти для полегшення праці робітників. Радянський гігант титанового виробництва Верхньо-Салдінское Металопереробне Виробниче об'єднання виробляло в той час титанові лопати, лапи, монтування, топірці і ключі.

Пізніше японські та американські виробники інструменту почали використовувати титан в своїй продукції. Не так давно ВСМПО уклало контракт з Боїнгом на поставку титанових плит. Цей контракт, безсумнівно, дуже благотворно позначилася на розвитку титанового виробництва Росії. Титан широко використовується в медицині вже протягом багатьох років. Переваги - міцність, опір корозії, і головне те, що у деяких людей виникає алергія на нікель обов'язковий компонент нержавіючих сталей, в той час як ні в кого не виявлено алергія на титан. Використовувані сплави - комерційно чистий титан і Тi6-4Eli. Титан використовується у виробництві хірургічного інструменту, внутрішніх і зовнішніх протезів, включаючи такі критичні, як серцевий клапан. З титану виготовляють милиці та інвалідні коляски. Застосування титану в мистецтві відноситься до 1967 року, коли в Москві був поставлений перший титановий монумент.

На даний момент дуже багато титанових монументів і будівель зведено практично на всіх континентах, включаючи такі знамениті, як музей Гугенхайма, побудований архітектором Френком Гері в Більбао. Матеріал дуже подобається людям мистецтва за колір, зовнішній вигляд, Міцність і опір корозії. З цих причин титан застосовують в сувенірах і біжутеріігалантерее, де він успішно змагається з такими дорогоцінними металами, як срібло і навіть золото Як вже зазначалося в одній з публікацій по титану, однією з головних причин, що стримують титановий прорив на широкі ринки, є його висока вартість . Як зазначає Мартін Проком з RTi, в США середня ціна титанової губки складає 3.80 за фунт, в Росії 3,20 за фунт. Крім того, ціна на метал сильно залежить від циклічності аерокосмічної промисловості комерційного призначення. Розвиток дуже багатьох проектів може різко прискоритися, якщо вдасться знайти шляхи зниження витрат на процеси отримання та обробки титану, переробки ломів і технологій виплавки, відзначає Маркус Хольц, керуючий директор німецької Deutshe Titan. Представник British Titanium згоден, що розширення виробництва титанової продукції стримується високими виробничими витратами, і до впровадження титану в масове виробництво необхідно провести багато удосконалень сучасних технологій.

Одним із кроків у цьому напрямку є розробка так званого FFС-процесу, що представляє новий електролітичний процес отримання металевого титану і сплавів, вартість якого істотно нижче. На думку Даніеле Стопполіні загальна стратегія в титановій промисловості вимагає розробки найбільш підходящих сплавів, технології виробництва для кожного нового ринку і сфери застосування титану.

джерела

Вікіпедія - Вільна енциклопедія, WikiPedia

metotech.ru - Метотехніка

housetop.ru - House Top

atomsteel.com - Атом технології

domremstroy.ru - ДомРемСтрой

ВИЗНАЧЕННЯ

Титан - двадцять другий елемент Періодичної таблиці. Позначення - Ti від латинського «titanium». Розташований в четвертому періоді, IVB групі. Відноситься до металів. Заряд ядра дорівнює 22.

Титан дуже поширений в природі; вміст титану в земній корі становить 0,6% (мас.), тобто вище, ніж зміст таких широко використовуваних в техніці металів, як мідь, свинець і цинк.

У вигляді простого речовини титан являє собою сріблясто-білий метал (рис. 1). Відноситься до легких металів. Тугоплавок. Щільність - 4,50 г / см 3. Температури плавлення і кипіння рівні 1668 o С і 3330 o С, відповідно. Корозійно-стійкий при на повітрі при звичайній температурі, що пояснюється наявністю на його поверхні захисної плівки складу TiO 2.

Мал. 1. Титан. Зовнішній вигляд.

Атомна і молекулярна маса титану

Відносної молекулярна маса речовини (M r) - це число, яке показує, у скільки разів маса даної молекули більше 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (A r) - у скільки разів середня маса атомів хімічного елемента більше 1/12 маси атома вуглецю.

Оскільки у вільному стані титан існує у вигляді одноатомних молекул Ti, значення його атомної і молекулярної мас збігаються. Вони рівні 47,867.

ізотопи титану

Відомо, що в природі титан може перебувати у вигляді п'яти стабільних ізотопів 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti і 50 Ti. Їх масові числа рівні 46, 47, 48, 49 і 50 відповідно. Ядро атома ізотопу титану 46 Ti містить двадцять два протона і двадцять чотири нейтрона, а решта ізотопи відрізняються від нього лише числом нейтронів.

Існують штучні ізотопи титану з масовими числами від 38-ми до 64-х, серед яких найбільш стабільним є 44 Ti з періодом напіврозпаду рівним 60 років, а також два ядерних ізотопу.

Іони титану

На зовнішньому енергетичному рівні атома титану є чотири електрона, які є валентними:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2.

В результаті хімічної взаємодії титан віддає свої валентні електрони, тобто є їх донором, і перетворюється в позитивно заряджений іон:

Ti 0 -2e → Ti 2+;

Ti 0 -3e → Ti 3+;

Ti 0 -4e → Ti 4+.

Молекула і атом титану

У вільному стані титан існує у вигляді одноатомних молекул Ti. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом і молекулу титану:

сплави титану

Головне властивість титану, що сприяє його широкому застосуванню в сучасній техніці - висока жаростійкість як самого титану, так і його сплавів з алюмінієм і іншими металами. Крім того, ці сплави жароміцністю - стійкістю зберігати високі механічні властивості при підвищених температурах. Все це робить сплави титану дуже цінними матеріалами для літако- і ракетобудування.

При високих температурах титан з'єднується з галогенами, киснем, сіркою, азотом та іншими елементами. На цьому грунтується застосування сплавів титану з залізом (ферротіттана) в якості добавки до сталі.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

завдання

Обчисліть кількість теплоти, що виділяється при відновленні хлориду титану (IV) масою 47,5 г магнієм. Термохімічне рівняння реакції має такий вигляд:

Рішення

Запишемо ще раз термохімічне рівняння реакції:

TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2 \u003d 477 кДж.

Відповідно до рівняння реакції, в неї вступили 1 моль хлориду титану (IV) і 2 моль магнію. Розрахуємо масу хлориду титану (IV) за рівнянням, тобто теоретичну масу (молярна маса - 190 г / моль):

m theor (TiCl 4) \u003d n (TiCl 4) × M (TiCl 4);

m theor (TiCl 4) \u003d 1 × 190 \u003d 190 м

Складемо пропорцію:

m prac (TiCl 4) / m theor (TiCl 4) \u003d Q prac / Q theor.

Тоді, кількість теплоти, що виділяється при відновленні хлориду титану (IV) магнієм одно:

Q prac \u003d Q theor × m prac (TiCl 4) / m theor;

Q prac \u003d 477 × 47,5 / 190 \u003d 119,25 кДж.

відповідь

Кількість теплоти одно 119,25 кДж.

29.07.2020

водопостачання

Найцікавіше: