După titan în masă. Caracteristicile fizice și proprietățile unuia dintre cele mai dure metale - titanul. În formă pură și sub formă de aliaje

În tabelul periodic, elementul chimic titan este desemnat ca Ti (Titan) și este situat într-un subgrup secundar al grupului IV, în a 4-a perioadă sub numărul atomic 22. Este un metal solid alb-argintiu care face parte din cantitate mare minerale. Puteți cumpăra titan de pe site-ul nostru.

Titanul a fost descoperit la sfârșitul secolului al XVIII-lea de către chimiști din Anglia și Germania, William Gregor și Martin Klaproth, independent unul de celălalt, cu o diferență de șase ani. Numele elementului a fost dat de Martin Klaproth în onoarea personajelor grecești antice ale titanilor (creaturi uriașe, puternice, nemuritoare). După cum s-a dovedit, numele a devenit profetic, dar omenirii i-au trebuit mai mult de 150 de ani pentru a se familiariza cu toate proprietățile titanului. Doar trei decenii mai târziu a fost posibil să se obțină prima probă de titan metalic. La acea vreme, practic nu era folosit din cauza fragilității sale. În 1925, după o serie de experimente, folosind metoda iodurii, chimiștii Van Arkel și De Boer au extras titan pur.

Datorită proprietăților valoroase ale metalului, inginerii și designerii i-au acordat imediat atenție. A fost o adevărată descoperire. În 1940, Kroll a dezvoltat o metodă termică de magneziu pentru obținerea titanului din minereu. Această metodă este valabilă și astăzi.

Proprietăți fizice și mecanice

Titanul este un metal destul de refractar. Punctul său de topire este de 1668±3°C. În acest indicator, este inferior unor metale precum tantal, wolfram, reniu, niobiu, molibden, tantal, zirconiu. Titanul este un metal paramagnetic. Într-un câmp magnetic nu este magnetizat, dar nu este împins afară din el. Imaginea 2
Titanul are o densitate scăzută (4,5 g/cm³) și o rezistență ridicată (până la 140 kg/mm²). Aceste proprietăți practic nu se schimbă la temperaturi ridicate. Este de peste 1,5 ori mai greu decât aluminiul (2,7 g/cm³), dar de 1,5 ori mai ușor decât fierul (7,8 g/cm³). Proprietățile mecanice ale titanului sunt mult superioare acestor metale. În ceea ce privește rezistența, titanul și aliajele sale sunt la egalitate cu multe clase de oțel aliat.

Titanul este la fel de rezistent la coroziune ca platina. Metalul are o rezistență excelentă la condițiile de cavitație. Bulele de aer formate într-un mediu lichid în timpul mișcării active a unei piese de titan practic nu o distrug.

Este un metal durabil care poate rezista la rupere și deformare plastică. Este de 12 ori mai dur decât aluminiul și de 4 ori mai dur decât cuprul și fierul. Un alt indicator important este puterea de curgere. Pe măsură ce acest indicator crește, rezistența pieselor din titan la sarcinile operaționale se îmbunătățește.

În aliajele cu anumite metale (în special nichel și hidrogen), titanul este capabil să „amintească” forma produsului creat la o anumită temperatură. Un astfel de produs poate fi apoi deformat și își va păstra această poziție mult timp. Dacă produsul este încălzit la temperatura la care a fost făcut, atunci produsul își va lua forma inițială. Această proprietate se numește „memorie”.

Conductivitatea termică a titanului este relativ scăzută, iar coeficientul de dilatare liniară este în mod corespunzător scăzut. De aici rezultă că metalul este un slab conductor de electricitate și căldură. Dar cand temperaturi scăzute este un supraconductor al electricității, ceea ce îi permite să transmită energie pe distanțe semnificative. Titanul are, de asemenea, rezistență electrică ridicată.
Metalul de titan pur este supus tipuri variate prelucrare la rece și la cald. Poate fi trasat și sârmat, forjat, rulat în benzi, foi și folie cu o grosime de până la 0,01 mm. Următoarele tipuri de produse laminate sunt fabricate din titan: bandă de titan, fir de titan, țevi de titan, bucșe din titan, cerc de titan, tija de titan.

Proprietăți chimice

Titanul pur este un element activ din punct de vedere chimic. Datorită faptului că pe suprafața sa se formează o peliculă densă de protecție, metalul este foarte rezistent la coroziune. Nu suferă oxidare în aer, în apa de mare sărată și nu se modifică în multe agresive medii chimice(de exemplu: acid azotic diluat și concentrat, aqua regia). La temperaturi ridicate, titanul interacționează mult mai activ cu reactivii. În aer, la o temperatură de 1200°C, se aprinde. Când este aprins, metalul emite o strălucire strălucitoare. O reacție activă are loc și cu azotul, cu formarea unei pelicule de nitrură galben-maro pe suprafața titanului.

Reacțiile cu acizii clorhidric și sulfuric la temperatura camerei sunt slabe, dar când este încălzit, metalul se dizolvă intens. Ca rezultat al reacției, se formează cloruri inferioare și monosulfat. Interacțiunile slabe apar și cu acizii fosforic și azotic. Metalul reacţionează cu halogenii. Reacția cu clorul are loc la 300°C.
O reacție activă cu hidrogenul are loc la o temperatură ușor peste temperatura camerei. Titanul absoarbe activ hidrogenul. 1 g de titan poate absorbi până la 400 cm³ de hidrogen. Metalul încălzit descompune dioxidul de carbon și vaporii de apă. Interacțiunea cu vaporii de apă are loc la temperaturi peste 800°C. Ca rezultat al reacției, se formează oxid de metal și se evaporă hidrogenul. La temperaturi mai ridicate, titanul fierbinte absoarbe dioxidul de carbon și formează carbură și oxid.

Metode de obținere

Titanul este unul dintre cele mai comune elemente de pe Pământ. Conținutul său în intestinele planetei în masă este de 0,57%. Cea mai mare concentrație a metalului se observă în „cochilia de bazalt” (0,9%), în rocile granitice (0,23%) și în rocile ultramafice (0,03%). Există aproximativ 70 de minerale de titan în care se găsește sub formă de acid titan sau dioxid. Principalele minerale ale minereurilor de titan sunt: ​​ilmenitul, anataza, rutilul, brookita, loparitul, leucoxenul, perovskitul și sfena. Principalii producători de titan din lume sunt Marea Britanie, SUA, Franța, Japonia, Canada, Italia, Spania și Belgia.
Există mai multe moduri de a obține titan. Toate sunt folosite în practică și sunt destul de eficiente.

1. Procesul magneziu-termic.

Minereul care conține titan este extras și procesat în dioxid, care este supus lent și la temperaturi foarte ridicate clorării. Clorarea se realizează într-un mediu de carbon. Clorura de titan formată ca rezultat al reacției este apoi redusă cu magneziu. Metalul rezultat este încălzit în echipament de vid la temperatură ridicată. Ca rezultat, magneziul și clorura de magneziu se evaporă, lăsând titanul cu mulți pori și goluri. Buretele de titan este topit pentru a produce metal de înaltă calitate.

2. Metoda hidrurii de calciu.

Mai întâi, se obține hidrură de titan, apoi este separată în componentele sale: titan și hidrogen. Procesul are loc într-un spațiu fără aer la temperaturi ridicate. Se formează oxid de calciu, care se spală cu acizi slabi.
Hidrura de calciu și metodele termice de magneziu sunt utilizate în mod obișnuit la scară industrială. Aceste metode fac posibilă obținerea unei cantități semnificative de titan într-o perioadă scurtă de timp, cu costuri bănești minime.

3. Metoda electrolizei.

Clorura sau dioxidul de titan este expus la un curent ridicat. Ca rezultat, compușii se descompun.

4. Metoda iodului.

Dioxidul de titan reacţionează cu vaporii de iod. Apoi, iodura de titan este expusă la temperaturi ridicate, rezultând titan. Această metodă este cea mai eficientă, dar și cea mai scumpă. Titanul se dovedește foarte puritate înaltă fara impuritati si aditivi.

Aplicarea titanului

Datorită proprietăților sale bune anticorozive, titanul este utilizat pentru fabricarea echipamentelor chimice. Rezistența ridicată la căldură a metalului și a aliajelor sale facilitează utilizarea acestuia în tehnologia modernă. Aliajele de titan sunt un material excelent pentru avioane, rachete și construcții navale.

Monumentele sunt realizate din titan. Iar clopotele din acest metal sunt cunoscute pentru sunetul lor extraordinar și foarte frumos. Dioxidul de titan este o componentă a unor medicamente, de exemplu: unguente împotriva bolilor de piele. De asemenea la mare cautare se folosesc compuși metalici cu nichel, aluminiu și carbon.

Titanul și aliajele sale și-au găsit aplicații în domenii precum industria chimică și alimentară, metalurgia neferoasă, electronică, inginerie nucleară, inginerie energetică, galvanizare. Armele, plăcile de blindaj, instrumentele și implanturile chirurgicale, sistemele de irigare, echipamentele sportive și chiar bijuteriile sunt fabricate din titan și aliajele sale. În timpul procesului de nitrurare, pe suprafața metalului se formează o peliculă aurie, care nu este inferioară ca frumusețe chiar și aurul real.

Monumentul în onoarea exploratorilor spațiului a fost ridicat la Moscova în 1964. Aproape șapte ani (1958-1964) au fost petrecuți pentru proiectarea și construcția acestui obelisc. Autorii au trebuit să rezolve nu numai probleme de arhitectură și artistice, ci și probleme tehnice. Prima dintre acestea a fost alegerea materialelor, inclusiv a fațatului. După multe experimente, ne-am așezat pe foi de titan lustruite până la strălucire.

Într-adevăr, în multe caracteristici, și mai ales în rezistența la coroziune, titanul este superior marii majorități a metalelor și aliajelor. Uneori (mai ales în literatura populară) titanul este numit metalul etern. Dar să vorbim mai întâi despre istoria acestui element.

Oxidat sau neoxidat?

Până în 1795, elementul nr. 22 a fost numit „menakin”. Așa a fost numit în 1791 de chimistul și mineralogul englez William Gregor, care a descoperit un nou element în mineralul menacanit (nu căutați acest nume în cărțile de referință mineralogice moderne - menacanitul a fost și el redenumit, acum se numește ilmenit ).

La patru ani de la descoperirea lui Gregor, chimistul german Martin Klaproth a descoperit un nou element chimic într-un alt mineral - rutil - și l-a numit titan în onoarea reginei elfilor Titania (mitologia germană).

Potrivit unei alte versiuni, numele elementului provine de la Titani, puternicii fii ai zeiței pământului Gaia (mitologia greacă).

În 1797, s-a dovedit că Gregor și Klaproth au descoperit același element și, deși Gregor o făcuse mai devreme, numele dat de Klaproth a fost stabilit pentru noul element.

Dar nici Gregor, nici Klaproth nu au reușit să obțină elementalul titan. Pulberea cristalină albă pe care au izolat-o a fost dioxid de titan TiO2. Multă vreme, niciunul dintre chimiști nu a reușit să reducă acest oxid și să izoleze metalul pur din el.

În 1823, omul de știință englez W. Wollaston a raportat că cristalele pe care le-a descoperit în zgura metalurgică a fabricii Merthyr Tydfil nu erau altceva decât titan pur. Și 33 de ani mai târziu, celebrul chimist german F. Wöhler a demonstrat că aceste cristale erau din nou un compus de titan, de data aceasta o carbonitrură asemănătoare metalului.

Timp de mulți ani s-a crezut că metalul titanul a fost obținut pentru prima dată de Berzelius în 1825.în reducerea fluorotitanatului de potasiu cu sodiu metalic. Cu toate acestea, astăzi, comparând proprietățile titanului și produsul obținut de Berzelius, se poate argumenta că președintele Academiei Suedeze de Științe s-a înșelat, deoarece titabnumul pur se dizolvă rapid în acid fluorhidric (spre deosebire de mulți alți acizi), iar Berzelius' titanul metalic a rezistat cu succes acțiunii sale.

De fapt, Ti a fost obținut pentru prima dată abia în 1875 de către omul de știință rus D.K. Rezultatele acestei lucrări au fost publicate în broșura sa „Research on Titanium”. Dar munca puțin cunoscutului om de știință rus a trecut neobservată. Alți 12 ani mai târziu, un produs destul de pur - aproximativ 95% titan - a fost obținut de compatrioții lui Berzelius, celebrii chimiști L. Nilsson și O. Peterson, care au redus tetraclorura de titan cu sodiu metalic într-o bombă ermetică de oțel.

În 1895, chimistul francez A. Moissan, reducând dioxidul de titan cu carbon într-un cuptor cu arc și supunând materialul rezultat la duble rafinare, a obținut titan care conține doar 2% impurități, în principal carbon. În cele din urmă, în 1910, chimistul american M. Hunter, după ce a îmbunătățit metoda lui Nilsson și Peterson, a reușit să obțină câteva grame de titan cu o puritate de aproximativ 99%. De aceea, în majoritatea cărților, prioritatea pentru obținerea titanului metalic este atribuită lui Hunter, și nu lui Kirillov, Nilsson sau Moissan.

Cu toate acestea, nici Hunter, nici contemporanii săi nu au prezis un viitor mare pentru titan. Doar câteva zecimi de procente de impurități erau conținute în metal, dar aceste impurități făceau titanul fragil, fragil și nepotrivit pentru prelucrare. Prin urmare, unii compuși de titan au găsit aplicație mai devreme decât metalul în sine. Tetraclorura de Ti, de exemplu, a fost utilizată pe scară largă în Primul Război Mondial pentru a crea ecrane de fum.

Nr. 22 în medicină

În 1908, în SUA și Norvegia, producția de alb a început nu din compuși de plumb și zinc, așa cum se făcea înainte, ci din dioxid de titan. Cu un astfel de alb, puteți picta suprafețe de câteva ori mai mari decât cu aceeași cantitate de alb de plumb sau zinc. În plus, albul de titan are o reflectivitate mai mare, nu este otrăvitor și nu se întunecă sub influența hidrogenului sulfurat. Literatura medicală descrie un caz în care o persoană „a luat” 460 g de dioxid de titan la un moment dat! (Mă întreb cu ce a confundat-o?) „Iubitorul” de dioxid de titan nu a experimentat nicio senzație dureroasă. TiO 2 este inclus în unele medicamente, în special în unguente împotriva bolilor de piele.

Cu toate acestea, nu medicamentul, ci industria vopselelor și lacurilor este cea care consumă cele mai mari cantități de TiO2. Producția mondială a acestui compus a depășit cu mult jumătate de milion de tone pe an. Emailurile pe bază de dioxid de titan sunt utilizate pe scară largă ca acoperiri de protecție și decorative pe metal și lemn în construcții navale, construcții și inginerie mecanică. Durata de viață a structurilor și pieselor este crescută semnificativ. Albul de titan este folosit pentru a colora țesăturile, pielea și alte materiale.

Ti in industrie

Dioxidul de titan face parte din masele de porțelan, sticlele refractare și materialele ceramice cu constantă dielectrică ridicată. Ca umplutură care mărește rezistența și rezistența la căldură, este introdus în compușii de cauciuc. Cu toate acestea, toate avantajele compușilor de titan par nesemnificative pe fondul proprietăților unice ale metalului de titan pur.

Titan elementar

În 1925, oamenii de știință olandezi van Arkel și de Boer au obținut titan de înaltă puritate - 99,9% folosind metoda iodurii (mai multe despre aceasta mai jos). Spre deosebire de titanul obținut de Hunter, acesta avea ductilitate: putea fi forjat la rece, rulat în foi, bandă, sârmă și chiar cea mai subțire folie. Dar asta nici măcar nu este principalul lucru. Studiile asupra proprietăților fizico-chimice ale titanului metalic au condus la rezultate aproape fantastice. S-a dovedit, de exemplu, că titanul, fiind aproape de două ori mai ușor decât fierul (densitatea titanului 4,5 g/cm3), este superioară ca rezistență multor oțeluri. Comparația cu aluminiul s-a dovedit, de asemenea, a fi în favoarea titanului: titanul este de doar o dată și jumătate mai greu decât aluminiul, dar este de șase ori mai puternic și, ceea ce este deosebit de important, își păstrează rezistența la temperaturi de până la 500°C ( și cu adăugarea de elemente de aliere - până la 650°C), în timp ce rezistența aliajelor de aluminiu și magneziu scade brusc deja la 300°C.

Titanul are și 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, cu atât își păstrează mai mult formele și dimensiunile. Limita de curgere a titanului este de aproape 18 ori mai mare decât cea a aluminiului.

Spre deosebire de majoritatea metalelor, titanul are o rezistență electrică semnificativă: dacă conductivitatea electrică a argintului este considerată 100, atunci conductivitatea electrică a cuprului este de 94, aluminiu - 60, fier și platină - 15 și titan - doar 3,8. Nu este deloc necesar să explicăm că această proprietate, la fel ca nonmagnetismul titanului, este de interes pentru electronica radio și ingineria electrică.

Rezistența la coroziune a titanului este remarcabilă. După 10 ani de expunere la apa de mare, pe placa acestui metal nu au apărut urme de coroziune. Rotoarele elicopterelor grele moderne sunt fabricate din aliaje de titan. Cârmele, eleronoanele și unele alte părți critice ale aeronavelor supersonice sunt, de asemenea, fabricate din aceste aliaje. Pe multe producție chimică Astăzi puteți găsi aparate și coloane întregi din titan.

Cum se obține titanul

Prețul este un alt lucru care încetinește producția și consumul de titan. De fapt, preț mare- nu este un defect congenital al titanului. Există o mulțime de ea în scoarța terestră - 0,63%. Prețul încă ridicat al titanului este o consecință a dificultății de extracție a acestuia din minereuri. Se explică prin afinitatea ridicată a titanului pentru multe elemente și prin puterea legăturilor chimice din compușii săi naturali. De aici și complexitatea tehnologiei. Așa arată metoda magneziu-termică pentru producția de titan, dezvoltată în 1940 de omul de știință american V. Kroll.

Dioxidul de titan este transformat în tetraclorură de titan folosind clor (în prezența carbonului):

HO2 + C + 2CI2 → HCI4 + CO2.

Procesul are loc în cuptoare electrice cu arbore la 800-1250°C. O altă opțiune este clorarea sărurilor de metale alcaline NaCl și KCl într-o topitură. Următoarea operație (la fel de importantă și consumatoare de timp) - purificarea TiCl 4 de impurități - este efectuată. căi diferite si substante. Tetraclorura de titan în condiții normale este un lichid cu un punct de fierbere de 136°C.

Este mai ușor să rupeți legătura dintre titan și clor decât cu oxigen. Acest lucru se poate face folosind magneziu prin reacție

TiCl4 + 2Mg → T + 2MgCl2.

Această reacție are loc în reactoare din oțel la 900°C. Rezultatul este un așa-numit burete de titan impregnat cu magneziu și clorură de magneziu. Acestea sunt evaporate într-un aparat de vid sigilat la 950°C, iar buretele de titan este apoi sinterizat sau topit într-un metal compact.

Metoda sodiu-termică de producere a titanului metalic nu este, în principiu, foarte diferită de metoda magneziu-termică. Aceste două metode sunt cele mai utilizate în industrie. Pentru a obține titan mai pur, se mai folosește metoda iodurii propusă de van Arkel și de Boer. Buretele de titan metalotermic este transformat în iodură de TiI 4, care este apoi sublimată în vid. Pe drum, vaporii de iodură de titap întâlnesc sârmă de titan încălzită la 1400°C. În acest caz, iodura se descompune, iar pe fir crește un strat de titan pur. Această metodă de producție a titanului este cu productivitate scăzută și costisitoare, așa că este folosită în industrie într-o măsură extrem de limitată.

În ciuda forței de muncă și a intensității energetice a producției de titan, acesta a devenit deja unul dintre cele mai importante subsectoare ale metalurgiei neferoase. Producția globală de titan se dezvoltă într-un ritm foarte rapid. Acest lucru poate fi judecat chiar și din informațiile fragmentare care ajung în tipărire.

Se știe că în 1948 au fost topite în lume doar 2 tone de titan, iar 9 ani mai târziu - deja 20 de mii de tone. Aceasta înseamnă că în 1957 au fost produse 20 de mii de tone de titan în toate țările, iar în 1980 doar SUA au consumat. . 24,4 mii de tone de titan... Până de curând, se pare, titanul era numit un metal rar - acum este cel mai important material structural. Acest lucru poate fi explicat doar printr-un singur lucru: o combinație rară proprietăți utile elementul nr. 22. Și, firesc, nevoile tehnologiei.

Rolul titanului ca material structural, baza aliajelor de înaltă rezistență pentru aviație, construcții navale și rachete, crește rapid. În aliaje este folosit cea mai mare parte a titanului topit în lume. Un aliaj larg cunoscut pentru industria aviației, constând din 90% titan, 6% aluminiu și 4% vanadiu. În 1976, în presa americană au apărut rapoarte despre un nou aliaj cu același scop: 85% titan, 10% vanadiu, 3% aluminiu și 2% fier. Ei susțin că acest aliaj nu este doar mai bun, ci și mai economic.

În general, aliajele de titan includ multe elemente, inclusiv platină și paladiu. Acestea din urmă (în cantitate de 0,1-0,2%) măresc rezistența chimică deja ridicată a aliajelor de titan.

Rezistența titanului este, de asemenea, crescută de „aditivi de aliere”, cum ar fi azotul și oxigenul. Dar, împreună cu rezistența, ele măresc duritatea și, cel mai important, fragilitatea titanului, astfel încât conținutul lor este strict reglementat: nu sunt permise mai mult de 0,15% oxigen și 0,05% azot în aliaj.

În ciuda faptului că titanul este scump, înlocuirea lui cu materiale mai ieftine se dovedește în multe cazuri a fi rentabilă. Iată un exemplu tipic. Corpul unui aparat chimic din oțel inoxidabil costă 150 de ruble, iar unul din aliaj de titan costă 600 de ruble. Dar, în același timp, un reactor din oțel durează doar 6 luni, iar unul din titan - 10 ani. Adăugați costurile de înlocuire a reactoarelor din oțel și timpul de oprire forțată a echipamentelor - și devine evident că utilizarea titanului scump poate fi mai profitabilă decât oțelul.

Metalurgia folosește cantități semnificative de titan. Există sute de clase de oțel și alte aliaje care conțin titan ca aditiv de aliaj. Este introdus pentru a îmbunătăți structura metalelor, pentru a crește rezistența și rezistența la coroziune.

Unele reacții nucleare trebuie să aibă loc în vid aproape absolut. Folosind pompe de mercur, vidul poate fi adus la câteva miliarde de atmosferă. Dar acest lucru nu este suficient, iar pompele cu mercur sunt incapabile de mai mult. Pomparea suplimentară a aerului este efectuată de pompe speciale din titan. În plus, pentru a obține un vid și mai mare, titanul fin dispersat este pulverizat pe suprafața interioară a camerei în care au loc reacțiile.

Titanul este adesea numit metalul viitorului. Faptele pe care știința și tehnologia le au deja la dispoziție ne convinge că acest lucru nu este în întregime adevărat - titanul a devenit deja metalul prezentului.

Perovskit și sfenă. Ilmenit - metatitanat de fier FeTiO 3 - contine 52,65% TiO 2. Numele acestui mineral se datorează faptului că a fost găsit în Urali din Munții Ilmen. Cei mai mari plasători de nisipuri ilmenite se găsesc în India. Un alt mineral important, rutilul este dioxidul de titan. Semnificație industrială Există și titanomagnetite - un amestec natural de ilmenit cu minerale de fier. Există zăcăminte bogate de minereuri de titan în URSS, SUA, India, Norvegia, Canada, Australia și alte țări. Nu cu mult timp în urmă, geologii au descoperit un nou mineral care conținea titan în regiunea Baikal de Nord, care a fost numit landauite în onoarea fizicianului sovietic academician L. D. Landau. În total, peste 150 de zăcăminte semnificative de minereu și placer de titan sunt cunoscute pe tot globul.

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

Istoria și apariția titanului în natură

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

Titanul este al 10-lea element în ceea ce privește cantitatea de pe planeta noastră. Cantitatea de titan din scoarța terestră este de 0,57% din masă și 0,001 miligrame per 1 litru de apă de mare. Zăcămintele de titan sunt situate în următoarele teritorii: Africa de Sud, Ucraina, Rusia, Kazahstan, Japonia, Australia, India, Ceylon, Brazilia și Coreea de Sud.

Conform proprietăților sale fizice, titanul este un metal argintiu ușor în plus, se caracterizează prin vâscozitate ridicată în timpul prelucrării și este predispus să se lipească de unealta de tăiere, astfel încât se folosesc lubrifianți speciali sau pulverizarea pentru a elimina acest efect. La temperatura camerei este acoperit cu o peliculă lazifiantă de oxid de TiO2, datorită căreia este rezistent la coroziune în cele mai multe medii agresive, cu excepția alcalinelor. Praful de titan tinde să explodeze, cu un punct de aprindere de 400 °C. Pilitura de titan reprezintă un pericol de incendiu.

Pentru a produce titan în forma sa pură sau aliajele sale, în cele mai multe cazuri, dioxidul de titan este utilizat cu un număr mic de compuși incluși în acesta. De exemplu, concentratul de rutil obținut din îmbogățirea minereurilor de titan. Dar rezervele de rutil sunt extrem de mici și, prin urmare, se folosește așa-numita zgură sintetică de rutil sau titan, obținută prin prelucrarea concentratelor de ilmenit.

Descoperitorul titanului este considerat a fi călugărul englez William Gregor, în vârstă de 28 de ani. În 1790, în timp ce efectua cercetări mineralogice în parohia sa, el a observat prevalența și proprietățile neobișnuite ale nisipului negru din Valea Menacan din sud-vestul Angliei și a început să-l studieze. În nisip, preotul a descoperit boabe dintr-un mineral negru strălucitor care a fost atras de un magnet obișnuit. Cel mai pur titan obținut în 1925 de Van Arkel și de Boer prin metoda iodurii s-a dovedit a fi un metal ductil și fabricabil, cu multe proprietăți valoroase, care a atras atenția unei game largi de designeri și ingineri. În 1940, Kroll a propus o metodă termică de magneziu pentru extragerea titanului din minereuri, care este și astăzi metoda principală. În 1947, au fost produse primele 45 kg de titan pur comercial.

În tabelul periodic al elementelor 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: de obicei 26, dar poate varia de la 24 la 28. Prin urmare, numărul de izotopi de titan este diferit. Un total de 13 izotopi ai elementului nr. 22 sunt acum cunoscuți. Titanul natural constă dintr-un amestec de cinci izotopi stabili, cel mai larg reprezentat este titanul-48, ponderea sa în minereurile naturale este de 73,99%. Titanul și alte elemente din subgrupa IVB sunt foarte asemănătoare ca proprietăți cu elementele din subgrupa IIIB (grupa scandiu), deși diferă de acestea din urmă prin capacitatea lor de a prezenta o valență mai mare. Asemănarea titanului cu scandiu, ytriu, precum și cu elementele subgrupului VB - vanadiu și niobiu este exprimată prin faptul că în mineralele naturale titanul se găsește adesea împreună cu aceste elemente. Cu halogeni monovalenți (fluor, brom, clor și iod) poate forma di- și tetra-compuși, 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. După cum se poate vedea 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 și este foarte rezistent în apa de mare, în soluții de multe săruri, acizi anorganici și organici. . 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 și în multe medii agresive, titanul pur nu este supus coroziunii. Titanul rezistă la coroziunea erozivă care apare ca urmare a unei combinații 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 la coroziune prin oboseală, care se manifestă adesea sub formă de încălcări ale integrității și rezistenței metalului (crăpare, coroziune locală etc.). Comportarea titanului în multe medii agresive, cum ar fi nitric, clorhidric, sulfuric, acva regia și alți acizi și alcalii, provoacă surpriză și admirație 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 Deardorff 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 pe locul doi după metale precum wolfram, tantal, niobiu, reniu, molibden, metale din grupa platinei, zirconiu, iar printre principalele metale structurale este pe primul loc. Cea mai importantă caracteristică a titanului ca metal este unică caracteristici fizico-chimice: densitate scăzută, rezistență ridicată, duritate etc. Principalul lucru este că aceste proprietăți nu se modifică semnificativ la temperaturi ridicate.

Titanul este un metal ușor, densitatea sa la 0° C este de doar 4,517 g/cm8, iar la 100° C – 4,506 g/cm3. Titanul aparține grupului de metale cu o greutate specifică mai mică de 5 g/cm3. Aceasta include 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). Cu toate acestea, împrumut gravitație specifică poziție intermediară între aluminiu și fier, titanul este de multe ori superior acestora 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 de 1,5-2 ori. 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 condiții calde și reci: poate fi forjat ca fierul, tras și chiar transformat în sârmă, rulat în foi, benzi și folie de până la 0,01 mm grosime.

Spre deosebire de majoritatea metalelor, titanul are o rezistență electrică semnificativă: dacă conductivitatea electrică a argintului este considerată 100, atunci conductivitatea electrică a cuprului este de 94, aluminiu - 60, fier și platină -15 și titan - doar 3,8. Titanul este un metal paramagnetic; nu devine 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 cea a magneziului, de 17-20 de ori mai mică decât cea a aluminiului și cuprului. În consecință, coeficientul de dilatare termică liniară al titanului este mai mic decât cel al altor materiale structurale: la 20 C este de 1,5 ori mai mic decât cel al fierului, de 2 ori mai mic decât cel al cuprului și de aproape 3 ori mai mic decât cel al aluminiului. 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 structurile motoarelor cu reacție. 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 impuse de aeronave la viteze supersonice. Temperatura de înveliș ajunge în acest caz la 246...316 °C. În aceste condiții, aliajele de titan s-au dovedit a fi cel mai potrivit material. În anii '70, utilizarea aliajelor de titan pentru corpurile aeronavelor civile a crescut semnificativ. În aeronava cu rază medie de acțiune TU-204, masa totală a pieselor din aliaje de titan este de 2570 kg. Utilizarea titanului în elicoptere se extinde treptat, în principal pentru părți ale sistemului rotor, sistemelor de acționare și control. Aliajele de titan ocupă un loc important 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, placare nave maritime, submarine, torpile etc. Cojile nu se lipesc de titan și aliajele sale, ceea ce mărește brusc rezistența vasului pe măsură ce se mișcă. Treptat, domeniile de aplicare ale titanului se extind. Titanul și aliajele sale sunt utilizate în industria chimică, petrochimică, celuloză și hârtie și Industria alimentară, metalurgie neferoasă, inginerie energetică, electronică, tehnologie nucleară, galvanizare, în producția de arme, pentru fabricarea de plăci de blindaj, instrumente chirurgicale, implanturi chirurgicale, instalații de desalinizare, piese de mașini de curse, echipamente sportive (cluburi de golf, echipamente de alpinism) ), piese de ceas și chiar decorațiuni 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 unul de celălalt 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, ceea ce a dat naștere denumirii „titan” propusă de Klaproth. Zece ani mai târziu, titanul a fost descoperit 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 metal a fost obținută în 1825 de J. Ya Berzelius. Datorită activității chimice ridicate a titanului și dificultății de purificare a acestuia, o probă pură de Ti a fost obținută de olandezii A. van Arkel și I. de Boer în 1925 prin descompunerea termică a vaporilor de iodură de titan TiI4.

Titanul se află pe locul 10 în ceea ce privește prevalența în natură. Conținutul în scoarța terestră este de 0,57% din greutate, în apa de mare 0,001 mg/l. În roci ultrabazice 300 g/t, în roci bazice - 9 kg/t, în roci acide 2,3 kg/t, în argile și șisturi 4,5 kg/t. În scoarța terestră, titanul este aproape întotdeauna tetravalent și este prezent doar în compușii de oxigen. Nu se găsește în formă liberă. În condiții de intemperii și precipitații, titanul are o afinitate geochimică cu Al2O3. Este concentrat în bauxite ale crustei meteorologice și în sedimentele argiloase marine. Titanul este transferat 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 minereuri de placer - rutil-ilmenit-zircon.

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

Din 2002, 90% din titanul extras a fost folosit pentru a produce 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 (excluzând Rusia) sunt de aproximativ 800 de milioane de tone În 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 de milioane de tone și minereuri de rutil. - 49,7- 52,7 milioane de tone Astfel, la ritmul actual de producție, rezervele mondiale de titan (cu excepția Rusiei) vor dura mai mult 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 constă din 20 de zăcăminte (dintre care 11 sunt primare și 9 aluviale), distribuite destul de uniform în toată țara. Cel mai mare dintre depozitele 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 dioxidul de titan cu o cantitate relativ mică de impurități. În special, poate fi un concentrat de rutil obținut din îmbogățirea minereurilor de titan. Cu toate acestea, rezervele de rutil din lume sunt foarte limitate, iar așa-numita rutil sintetică sau zgura de titan, obținută din prelucrarea 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 în faza metalică (fontă), iar oxizii și impuritățile de titan nereduși formează faza de zgură. Zgura bogată este prelucrată prin metoda clorurii sau acidului sulfuric.

În formă pură și sub formă de aliaje

Monumentul din titan lui Gagarin pe Leninsky Prospekt din Moscova

Metalul este utilizat în: industria chimică (reactoare, conducte, pompe, accesorii pentru conducte), industria militară(blindaje, blindaje și partiții de incendiu în aviație, carene de submarine), procese industriale(instalații de desalinizare, procese de celuloză și hârtie), industria auto, industria agricolă, industria alimentară, bijuterii piercing, industria medicală (proteză, 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 cu vid în matrițe de grafit. Se folosește și turnarea cu ceară pierdută în vid. Din cauza dificultăților tehnologice, este folosit într-o măsură limitată în turnarea artistică. 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 aditiv 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 producția de aviație și de automobile 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) și în producția de hârtie și materiale plastice. Aditiv alimentar E171.

Compușii organo-titan (de exemplu, tetrabutoxititan) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselelor și a lacurilor.

Compușii anorganici de titan sunt utilizați în industria electronică chimică și în industria fibrei 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 instrumentelor, cupolelor bisericii și în producția de bijuterii, 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 transformării polimorfe: stabilizatori beta, stabilizatori alfa și întăritori neutri. Primele scad temperatura de transformare, a doua o maresc, a treia nu o afecteaza, dar duc la intarirea solutiei 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 formatori de 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 decembrie 2010 este de 6,82 USD per kilogram. Începând cu 1 ianuarie 2010, prețul era de 5,00 USD per kilogram.

În Rusia, prețurile pentru titan 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. Este de remarcat faptul că atunci când temperaturi ridicate(250-500 °C) aliajele de titan sunt superioare ca rezistență față de aliajele de aluminiu și magneziu de înaltă rezistență;

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

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 ridicat de producție, 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 într-un mediu gaze inerte;

dificultăți în implicarea deșeurilor de titan în producție;

proprietăți antifricțiune slabe datorită aderenței titanului la multe materiale, titanul asociat cu titanul nu poate funcționa pentru frecare;

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

prelucrabilitate slabă, similară cu prelucrabilitatea oțelurilor inoxidabile austenitice;

activitate chimică ridicată, tendința de creștere a granulelor la temperaturi ridicate și transformările de fază în timpul ciclului de sudare provoacă dificultăți în sudarea titanului.

Cea mai mare parte 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 agent de dezoxidare. Titanul tehnic este utilizat pentru fabricarea de containere, reactoare chimice, conducte, fitinguri, pompe, supape și alte produse care funcționează în medii agresive. Titanul compact este folosit pentru a face ochiuri și alte părți ale dispozitivelor electrice de vid care funcționează la temperaturi ridicate.

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 producția de aviație și de automobile ca materiale structurale. Siguranța biologică a titanului îl face un material excelent pentru industria alimentară și chirurgia reconstructivă.

Titanul și aliajele sale au găsit o aplicare largă în tehnologie datorită rezistenței lor mecanice ridicate, care este menținută la temperaturi ridicate, rezistență la coroziune, rezistență la căldură, rezistență specifică, densitate scăzută și alte 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 pot fi realizate echipamente sau structuri care pot funcționa în condiții specifice date.

Aliajele de titan joacă un rol important în tehnologia aviației, unde se străduiesc să obțină cea mai ușoară structură combinată 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 carcasa, piesele de fixare, kit-ul de alimentare, piese de șasiu și diverse unități. Aceste materiale sunt utilizate și în construcția motoarelor cu reacție a aeronavelor. 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. Datorită funcționării pe termen scurt a motoarelor și trecerii rapide a straturilor dense ale atmosferei în știința rachetelor, problemele rezistenței la oboseală, rezistenței statice și parțial fluajului sunt eliminate în mare măsură.

Datorită rezistenței sale termice insuficient de ridicate, titanul tehnic nu este potrivit pentru utilizare în aviație, dar datorită rezistenței sale la coroziune excepțional de ridicate, în unele cazuri este indispensabil în industria chimică și construcțiile navale. Astfel, este utilizat la fabricarea compresoarelor și pompelor pentru pomparea unor medii atât de agresive precum acidul sulfuric și clorhidric și sărurile acestora, conducte, supape de închidere, autoclave, diverse tipuri de recipiente, filtre etc. Doar titanul are rezistență la coroziune în medii precum clorul umed, soluțiile apoase și acide de clor, prin urmare echipamentele pentru industria clorului sunt fabricate din acest metal. Schimbătoarele de căldură sunt fabricate din titan și funcționează în medii corozive, de exemplu, acid azotic (nefumători). 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 pe măsură ce se mișcă.

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

Compușii de titan sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă în diverse industrii. Carbura de titan are duritate ridicată și este utilizată în producția de scule de tăiere și abrazive. Dioxidul de titan alb (TiO2) este utilizat în vopsele (cum ar fi albul de titan) și în producția de hârtie și materiale plastice. Compușii organo-titan (de exemplu, tetrabutoxititan) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselelor și a lacurilor. Compușii anorganici de titan sunt utilizați în industria electronică chimică și în industria fibrei de sticlă ca aditivi. Diborura de titan este o componentă importantă a materialelor superdure pentru prelucrarea metalelor. Nitrura de titan este folosită pentru acoperirea instrumentelor.

Având în vedere prețurile mari actuale pentru titan, acesta este utilizat în principal pentru producția de echipamente militare, unde rolul principal este jucat nu de cost, ci specificatii tehnice. Cu toate acestea, există cazuri cunoscute de utilizare a proprietăților unice ale titanului pentru nevoi civile. Pe măsură ce prețurile titanului scad și producția acestuia crește, utilizarea acestui metal în scopuri 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 avioane 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 în ceea ce privește rezistența 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 reducerea greutății fără pierderea rezistenței. Reducerea totală a greutății cu performanță crescută la temperaturi ridicate permite o sarcină utilă, raza de acțiune și manevrabilitate crescute a aeronavei. Aceasta explică eforturile de extindere a utilizării titanului în construcția de avioane în producția de motoare, construcția fuselajului, producția de piele și chiar elemente de fixare.

În construcția motoarelor cu reacție, titanul este folosit în primul rând pentru fabricarea paletelor compresoarelor, a discurilor de turbină și a multor alte piese ștanțate. Aici, titanul înlocuiește oțelul aliat inoxidabil și tratabil termic. Economisirea unui kilogram în greutatea motorului permite economisirea de până la 10 kg în greutatea totală a aeronavei datorită fuselajului mai ușor. În viitor, este planificată utilizarea foilor de titan pentru fabricarea carcasei camerei de ardere a motorului.

În proiectarea aeronavelor, 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 pentru cabluri și ghidaje pentru proiectile. Din foi de titan aliat sunt realizate diverse elemente de rigidizare, cadre de fuzelaj, nervuri etc.

Carcasele, clapetele, apărătoarele de cablu și ghidajele pentru proiectile sunt fabricate din titan nealiat. Titanul aliat este utilizat pentru fabricarea cadrelor de fuzelaj, cadrelor, conductelor și partițiilor 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, conducte ale sistemului hidraulic, țevi de eșapament și duze, lămpi, flaps, 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, de asemenea, utilizat în construcția aeronavelor civile DC-7. Compania Douglas, prin înlocuirea aliajelor de aluminiu și oțel inoxidabil cu titan la fabricarea nacelei motorului și a pereților de incendiu, a realizat deja economii în greutatea structurii aeronavei de aproximativ 90 kg. În prezent, greutatea pieselor de titan din această aeronavă este de 2%, iar această cifră este planificată să fie crescută la 20% din greutatea totală a aeronavei.

Utilizarea titanului face posibilă reducerea greutății elicopterelor. Foile de titan sunt folosite pentru podele și uși. O reducere semnificativă a greutății elicopterului (aproximativ 30 kg) a fost realizată ca urmare a înlocuirii oțelului aliat cu titan pentru acoperirea palelor rotorului.

Marinei. Rezistența la coroziune a titanului și a aliajelor sale le face un material foarte valoros pe mare. Departamentul Marinei din SUA efectuează cercetări ample asupra rezistenței la coroziune a titanului împotriva expunerii la gaze de fum, abur, ulei și apă de mare. Aproape aceeași valoare în afacerile navale Titanul are, de asemenea, o rezistență specifică ridicată.

Greutatea specifică scăzută a metalului, combinată cu rezistența la coroziune, crește manevrabilitatea și raza de acțiune a navelor și, de asemenea, reduce costurile de întreținere și reparare a materialului.

Aplicațiile titanului în aplicații navale includ fabricarea de amortizoare de evacuare pt motoare diesel submarine, motoare instrumente de masura, tevi cu pereti subtiri pentru condensatoare si schimbatoare de caldura. Potrivit experților, titanul, ca niciun alt metal, poate crește durata de viață a tobelor de eșapament submarine. Când este aplicat pe discurile instrumentelor de măsurare care funcționează în contact cu apă sărată, benzină sau ulei, titanul va oferi o durabilitate mai bună. Se explorează posibilitatea utilizării titanului pentru fabricarea țevilor schimbătoare de căldură, care trebuie să fie rezistente la coroziune în apa de mare care spală țevile în exterior și, în același timp, să reziste efectelor condensului de evacuare care curge în 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 potențial de titan ar putea fi artileria, unde în prezent se desfășoară cercetări intense asupra diferitelor prototipuri. Cu toate acestea, în acest domeniu, producția numai a pieselor individuale și a pieselor din titan a fost standardizată. Utilizarea foarte limitată a titanului în artilerie, în ciuda domeniului mare de cercetare, se explică prin costul său ridicat.

Diverse piese ale echipamentului de artilerie au fost investigate din punctul de vedere al posibilității ca titanul să înlocuiască materialele convenționale, sub rezerva scăderii prețurilor titanului. Accentul principal a fost pe piesele în care reducerea greutății este semnificativă (piese transportate manual și transportate cu aer).

Placă de bază pentru mortar din titan în loc de oțel. Prin această înlocuire și după unele reprelucrari, 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, puteți reduce numărul personal de serviciu de la trei persoane la două. Se ia în considerare posibilitatea utilizării titanului pentru fabricarea opritoarelor de flăcări pentru arme.

Sunt testate suporturile pentru pistol, traversele pentru cărucior și cilindrii de recul din titan. Titanul poate fi utilizat pe scară largă în producția de rachete 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 de aceeași rezistență la proiectil (16 mm grosime) permite, conform acestor studii, economii de greutate de până la 25%.

Aliaje de titan calitate îmbunătățită ne permit să sperăm în posibilitatea înlocuirii plăcilor de oțel cu plăci de titan de grosime egală, ceea ce va avea ca rezultat o economie de greutate de până la 44%. Aplicație industrială titanul va oferi o manevrabilitate mai mare, va crește raza de transport și durabilitatea armei. Nivelul actual de dezvoltare transport aerian face evidente avantajele mașinilor blindate ușoare și ale altor vehicule fabricate din titan. Departamentul de artilerie intenționează să echipeze pe viitor 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 a face pistonul unor tunuri automate.

Transport. Multe dintre beneficiile utilizării titanului în vehiculele 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 extrem de important să reduceți greutatea moartă. O reducere semnificativă a greutății totale a materialului rulant datorită utilizării titanului va permite economisirea tracțiunii, reducerea dimensiunilor fustelor și cutiilor de osii.

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

Toate aceste posibilități 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 semnificativă reducerea greutății și creșterea rezistenței 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. Posibilități suplimentare de utilizare a titanului se deschid în producția de echipamente precum rezervoare, coloane, filtre și toate tipurile de cilindri de înaltă presiune.

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

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

Mesele pentru prepararea alimentelor și mesele pentru abur din titan sunt de calitate superioară produselor din oțel.

În câmpurile de foraj de petrol și gaze, lupta împotriva coroziunii este de o importanță serioasă, 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 utilizat pentru cablurile de blindare datorită rezistenței sale specifice bune, rezistenței electrice ridicate și proprietăților nemagnetice.

Diverse industrii încep să folosească 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 instrumentelor chirurgicale convenționale în acest sens atunci când sunt supuse fierberilor repetate sau autoclavării.

În domeniul chirurgiei, titanul s-a dovedit a fi superior vitalium și oțelurilor inoxidabile. Prezența titanului în corp este destul de acceptabilă. Placa de titan și șuruburile pentru atașarea oaselor au fost în corpul animalului timp de câteva luni, iar osul a crescut în firele filetelor șuruburilor și în orificiul plăcii.

Avantajul titanului este, de asemenea, că se formează țesut muscular pe placă.

Aproximativ jumătate din produsele din titan produse în lume sunt de obicei trimise industriei aeronautice civile, dar declinul acestuia după celebrele evenimente tragice îi obligă pe mulți participanți din industrie să caute noi domenii de aplicare a titanului. Acest material reprezintă prima parte a unei selecții de publicații din presa metalurgică străină dedicate perspectivelor titanului în conditii moderne. Conform estimărilor 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 mii tone pe an, segmentul aerospațial reprezintă până la 40 de consumuri, aplicații industriale și aplicațiile reprezintă 34, iar zona militară reprezintă 16, iar aproximativ 10 conturi pentru utilizarea titanului în produsele de larg consum. Aplicațiile industriale ale titanului includ procese chimice, energie, petrol și gaze și instalații de desalinizare. Aplicațiile militare non-aviație includ în principal utilizarea în artilerie și vehicule de luptă. Sectoarele cu volume semnificative de utilizare a titanului sunt auto, arhitectură și construcții, articole sportive și bijuterii. Aproape toate lingourile de titan sunt produse în SUA, Japonia și CSI - Europa reprezintă doar 3,6 din volumul global. Piețele regionale Utilizările finale ale titanului variază foarte mult - cel mai izbitor exemplu de unicitate este Japonia, unde sectorul aerospațial civil reprezintă doar 2-3, în timp ce utilizează 30 din consumul total de titan în echipamente și elemente structurale ale fabricilor chimice. Aproximativ 20% din cererea totală din Japonia provine din energia nucleară și centralele cu combustibil solid, restul provine din arhitectură, medicină și sport. Imaginea opusă se observă în SUA și Europa, unde exclusiv mare importanță are un consum în sectorul aerospațial de 60-75 și respectiv 50-60 pentru fiecare regiune. În SUA, piețele finale puternice în mod tradițional sunt produsele chimice, dispozitivele medicale, echipament industrial, în timp ce în Europa ponderea cea mai mare cade pe industria petrolului și gazelorși industria construcțiilor. Dependența puternică de industria aerospațială a fost o preocupare de lungă durată pentru industria titanului, care încearcă să extindă aplicațiile titanului, mai ales având în vedere actuala scădere a aviației civile la nivel global. 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 pentru aceeași perioadă din 2002. Potrivit lui John Barber, director de dezvoltare a pieței pentru gigantul producător și furnizor american de titan Tipe, sectorul aerospațial va fi întotdeauna una dintre piețele de vârf pentru titan, dar trebuie să facem față provocării și să ne asigurăm că industria noastră nu urmează cicluri de creștere și declin în sectorul aerospațial. Unii dintre cei mai importanți producători din industria titanului văd deja oportunități sporite piețele existente, dintre care una este piața de echipamente și materiale pentru lucrări subacvatice. Potrivit lui Martin Proko, manager de vânzări și distribuție pentru RT1, titanul a fost folosit în industria energetică și submarină de destul de mult timp, de la începutul anilor 1980, dar numai în ultimii cinci ani aceste zone s-au dezvoltat constant, cu o creștere corespunzătoare. pe nișa de piață. În submarin, creșterea este determinată în primul rând de foraj la adâncimi mai mari, unde titanul este cel mai potrivit material. Ciclul său de viață subacvatic, ca să spunem așa, este de cincizeci de ani, care este durata normală a proiectelor subacvatice. Domeniile în care utilizarea titanului este probabil să crească sunt deja enumerate mai sus. După cum subliniază directorul de vânzări Howmet Ti-Cast, Bob Funnell, starea actuală a pieței poate fi văzută ca o creștere a oportunităților în noi domenii, cum ar fi piesele rotative pentru turbocompresoare, rachete și pompe.

Unul dintre proiectele noastre actuale este dezvoltarea sistemelor de artilerie ușoară BAE Novitzer XM777 cu un calibru de 155 mm. Howmet va furniza 17 din cele 28 de piese turnate structurale de titan pentru fiecare suport de pistol, urmând să înceapă livrarea către unitățile USMC în august 2004. Cu o greutate totală a armei de 9.800 de lire, aproximativ 4,44 de tone, titanul reprezintă aproximativ 2.600 de lire de aproximativ 1,18 tone de titan - folosind aliajul 6A14U cu un număr mare de piese turnate, spune Frank Hrster, managerul sistemelor de asistență la incendiu BAE 8u81et8. Acest sistem XM777 este destinat să înlocuiască actualul sistem M198 Hovitzer, care cântărește aproximativ 17.000 de lire sterline (aproximativ 7,71 tone). Producția în masă este planificată pentru perioada 2006-2010 - inițial livrările sunt programate pentru SUA, Marea Britanie și Italia, dar programul poate fi extins pentru a furniza țărilor membre NATO. John Barber de la Timet subliniază aceste exemple echipament militar, în designul căruia sunt utilizate volume semnificative de titan, sunt tancul Abram și vehiculul de luptă Bradley. De doi ani, se desfășoară un program comun al NATO, SUA și Marea Britanie pentru a intensifica utilizarea titanului în sistemele de arme și 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. Șeful departamentului de cercetare și dezvoltare al acestei companii, Daniele Stoppolini, 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 proiectarea supapelor, arcuri, evacuare. sisteme, arbori de transmisie, șuruburi, ar putea crește la 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 limitanți datorită cărora utilizarea titanului nu s-a extins semnificativ în industria auto sunt imprevizibilitatea cererii și incertitudinea în aprovizionarea cu materii prime. În același timp, rămâne o nișă potențială mare în industria auto pentru titan, care combină caracteristicile optime de greutate și rezistență pentru arcuri elicoidale și sistemele de evacuare a gazelor de eșapament. Din păcate, pe piata americana Utilizarea pe scară largă a titanului în aceste sisteme este remarcată doar pentru modelul semi-sport destul de exclusivist Chevrolet-Corvette Z06, care în niciun caz nu poate pretinde rolul unei mașini de masă. Cu toate acestea, din cauza provocărilor continue legate de economia de combustibil și rezistența la coroziune, perspectivele pentru titan în acest domeniu rămân. Pentru aprobare pe piețele non-aerospațiale și non-militare, un joint venture UNITI a fost creat recent în numele său, un joc cu cuvântul unitate - unitate și Ti - desemnarea titanului în tabelul periodic ca parte a liderului mondial de titan producători - americanul Allegheny Technologies și rusul VSMPO-Avisma. După cum a spus președintele noii companii, Karl Moulton, aceste piețe au fost excluse în mod deliberat - intenționăm să facem firma noua un furnizor de top pentru industriile care utilizează piese și ansambluri din titan, în principal petrochimic și energetic. În plus, intenționăm să comercializăm în mod activ în domeniile dispozitivelor de desalinizare, vehicule, produse de larg consum și electronice. Consider că facilitățile noastre de producție se completează bine - VSMPO are capacități remarcabile pentru producerea produselor finale, Allegheny are tradiții excelente în producția de produse laminate cu titan la rece și la cald. Produsele UNITI sunt de așteptat să aibă o cotă pe piața mondială a titanului de 45 de milioane de lire sterline, aproximativ 20.411 de tone. Piața de echipamente medicale poate fi considerată o piață în continuă dezvoltare - conform grupului englez Titanium International, conținutul anual de titan din întreaga lume în diferite implanturi și proteze este de aproximativ 1000 de tone, iar această cifră va crește pe măsură ce posibilitățile de înlocuire a intervențiilor chirurgicale articulațiile umane după accidente sau accidente crește Pe lângă avantajele evidente ale flexibilității, rezistenței și ușurinței, titanul este extrem de compatibil cu organismul în sens biologic datorită lipsei de coroziune a țesuturilor și fluidelor din corpul uman. În stomatologie, utilizarea protezelor dentare și a implanturilor este, de asemenea, în creștere bruscă - triplându-se 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 construcții diferite 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 reprezenta doar 1-2 din piața de titan, astăzi a crescut la 8-10 din piață. În general, consumul de titan în produsele de larg consum a crescut cu aproximativ de două ori mai mult decât pe piața totală a titanului. Utilizarea titanului în sport este cea mai durabilă și reprezintă cea mai mare parte a aplicațiilor de titan în produsele de larg consum. Motivul pentru popularitatea utilizării titanului este echipament sportiv este simplu - vă permite să obțineți un raport greutate-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. Tuburile primare utilizate sunt aliajul Ti3Al-2.5V ASTM Grad 9. Alte piese fabricate din aliaje de titan includ frânele, pinioanele și arcurile de scaun. Utilizarea titanului în producția de crose de golf a început la sfârșitul anilor 80 și la începutul anilor 90 de către producătorii de cluburi din Japonia. Până în 1994-1995, această aplicare a titanului era practic necunoscută în Statele Unite și Europa. Acest lucru s-a schimbat atunci când Callaway și-a prezentat putter-ul din titan Ruger Titanium numit Great Big Bertha. Datorită beneficiilor evidente și cu ajutorul marketingului bine gândit al lui Callaway, crosele de titan au câștigat instantaneu o popularitate enormă. Într-o perioadă scurtă de timp, crosele din titan au trecut de la a fi 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 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, cum ar fi Vietnam și Titanul din Thailanda este cu siguranță folosit pentru șoferi, unde calitățile sale superioare oferă un avantaj clar și justifică prețul mai mare. Cu toate acestea, titanul nu a găsit încă o adoptare foarte răspândită pe cluburile ulterioare, deoarece creșterea semnificativă a costului nu a fost egalată cu o îmbunătățire corespunzătoare a jocului fund turnat Recent, Asociația Profesională de Golf ROA a permis o creștere a limitei superioare a așa-numitului coeficient 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 pentru aceasta aliaje mai durabile, cum ar fi SP700, 15-3-3-3 și VT-23. Acum să ne uităm la utilizarea titanului și a aliajelor sale pe alte echipamente sportive. Țevile pentru bicicletele 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 utilizată în producția de cuțite de scufundare. Majoritatea producătorilor folosesc aliaj Ti6Al-4V, dar acest aliaj nu oferă durabilitatea marginilor altor aliaje mai puternice. Unii producători trec la utilizarea aliajului VT23.

Prețul cu amănuntul al cuțitelor de scufundări din titan este de aproximativ 70-80 USD. Potcoavele din titan turnat oferă o reducere semnificativă a greutății în comparație cu oțelul, oferind totuși rezistența necesară. Din păcate, această utilizare a titanului nu s-a concretizat, deoarece potcoavele de titan au stârnit și speriat caii. Puțini vor fi de acord să folosească potcoave de titan după primele experiențe nereușite. Compania Titanium Beach, situată în Newport Beach, California Newport Beach, California, a dezvoltat lame de skate din aliaj Ti6Al-4V. Din păcate, durabilitatea marginilor lamei este din nou o problemă aici. Cred că acest produs are șanse de viață dacă producătorii folosesc aliaje mai puternice precum 15-3-3-3 sau VT-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 dolari, seturi de gătit preț cu amănuntul aproximativ 50 dolari, vesela, cea mai mare parte din titan pur comercial Grad 1 și 2. Alte exemple de echipamente pentru alpinism și drumeții sunt sobele compacte, stâlpi și suporturi pentru corturi, piolet și șuruburi 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 este determinată nu numai de proprietățile sale excelente, ci și de aspectul atractiv al produselor. Titanul pur de gradul 1 din punct de vedere comercial este utilizat pentru fabricarea de carcase pentru laptop, telefoane mobile, televizoare cu ecran plat cu plasmă și alte echipamente electronice. Utilizarea titanului în producția de difuzoare oferă proprietăți acustice mai bune datorită ușurinței titanului în comparație cu oțelul, rezultând 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 pentru corp este măsurat în câteva zeci de tone. Puteți vedea din ce în ce mai mult 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 în producția 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 unelte ușoare și convenabile pentru a ușura munca muncitorilor. Uzina de prelucrare a metalelor Verkhne-Saldinskoe, gigantul sovietic de producție de titan Asociația de producție La acea vreme producea lopeți de titan, extractoare de cuie, ranguri, secure și chei.

Mai târziu, producătorii de scule japonezi și americani au început să folosească titanul în produsele lor. Nu cu mult timp în urmă, VSMPO a încheiat 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 esențială a oțelurilor inoxidabile, în timp ce nimeni nu este alergic la titan. Aliajele folosite sunt titan pur comercial și Ti6-4Eli. Titanul este utilizat în producția de instrumente chirurgicale, proteze interne și externe, inclusiv cele critice precum valva 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 prezent, 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 artiști pentru culoare, aspect, rezistență și rezistență la coroziune. Din aceste motive, titanul este folosit în suveniruri și bijuterii, unde concurează cu succes cu metale prețioase precum argintul și chiar aurul. piețe este costul său ridicat. După cum notează Martin Proko de la RTi, în SUA prețul mediu al buretelui de titan este de 3,80 pe liră, în Rusia 3,20 pe liră. În plus, prețul metalului depinde în mare măsură de natura ciclică a industriei aerospațiale comerciale. Dezvoltarea multor proiecte ar putea accelera brusc 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, notează Markus Holz, directorul general al German Deutshe Titan. Un reprezentant de la British Titanium este de acord că extinderea produselor din titan este împiedicată de costurile mari de producție și că trebuie făcute multe îmbunătățiri înainte ca titanul să poată fi introdus în producția de masă. tehnologii moderne.

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

Surse

Wikipedia – Enciclopedia liberă, WikiPedia

metotech.ru - Metotehnică

housetop.ru - House Top

atomsteel.com – Atom Technology

domremstroy.ru - DomRemStroy

DEFINIȚIE

Titan- douăzeci și al doilea element al tabelului periodic. Denumire - Ti din latinescul „titan”. Situat în a patra perioadă, grupa IVB. Se referă la metale. Sarcina nucleară este 22.

Titanul este foarte comun în natură; Conținutul de titan din scoarța terestră este de 0,6% (greutate), adică mai mare decât conținutul de metale utilizate pe scară largă în tehnologie precum cuprul, plumbul și zincul.

Sub forma unei substanțe simple, titanul este un metal alb-argintiu (Fig. 1). Se referă la metale ușoare. Refractar. Densitate - 4,50 g/cm3. Punctele de topire și de fierbere sunt 1668 o C și, respectiv, 3330 o C. Este rezistent la coroziune în aer la temperaturi obișnuite, ceea ce se explică prin prezența unei pelicule protectoare de compoziție TiO2 pe suprafața sa.

Orez. 1. Titan. Aspect.

Masa atomică și moleculară a titanului

Greutatea moleculară relativă a substanței(M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element(A r) - de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă titanul există sub formă de molecule de Ti monoatomic, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 47.867.

Izotopi ai titanului

Se știe că în natură titanul poate fi găsit sub formă de cinci izotopi stabili 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti și 50 Ti. Numerele lor de masă sunt 46, 47, 48, 49 și, respectiv, 50. Nucleul unui atom al izotopului de titan 46 Ti conține douăzeci și doi de protoni și douăzeci și patru de neutroni, iar izotopii rămași diferă de acesta doar prin numărul de neutroni.

Există izotopi artificiali ai titanului cu numere de masă de la 38 la 64, dintre care cel mai stabil este 44 Ti cu un timp de înjumătățire de 60 de ani, precum și doi izotopi nucleari.

Ioni de titan

La nivelul energetic exterior al atomului de titan există patru electroni, care sunt valență:

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

Ca urmare a interacțiunii chimice, titanul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Ti 0 -2e → Ti 2+ ;

Ti 0 -3e → Ti 3+ ;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

Moleculă și atom de titan

În stare liberă, titanul există sub formă de molecule de Ti monoatomic. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de titan:

Aliaje de titan

Principala proprietate a titanului, care contribuie la utilizarea sa pe scară largă în tehnologia modernă, este rezistența ridicată la căldură atât a titanului în sine, cât și a aliajelor sale cu aluminiu și alte metale. În plus, aceste aliaje sunt rezistente la căldură - rezistente la menținerea proprietăților mecanice ridicate la temperaturi ridicate. Toate acestea fac din aliajele de titan materiale foarte valoroase pentru producția de avioane și rachete.

La temperaturi ridicate, titanul se combină cu halogeni, oxigen, sulf, azot și alte elemente. Aceasta este baza pentru utilizarea aliajelor de titan-fier (ferotitan) ca aditiv pentru oțel.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Calculați cantitatea de căldură eliberată în timpul reducerii clorurii de titan (IV) cântărind 47,5 g cu magneziu. Ecuația termochimică a reacției are următoarea formă:
Soluţie	Să scriem din nou ecuația termochimică a reacției: TiCI4 + 2Mg = Ti + 2MgCI2 =477 kJ. Conform ecuației reacției, în ea au intrat 1 mol de clorură de titan (IV) și 2 moli de magneziu. Să calculăm masa clorurii de titan (IV) utilizând ecuația, i.e. masa teoretică (masă molară - 190 g/mol): m teor (TiCl4) = n (TiCl4) × M (TiCl4); m teor (TiCl 4) = 1 × 190 = 190 g. Să facem o proporție: m prac (TiCl 4)/ m teor (TiCl 4) = Q prac / Q teor. Apoi, cantitatea de căldură eliberată în timpul reducerii clorurii de titan (IV) cu magneziu este egală cu: Q prac = Q teor × m prac (TiCl 4)/ m teor; Q prac = 477 × 47,5/ 190 = 119,25 kJ.
Răspuns	Cantitatea de căldură este de 119,25 kJ.

Titanul (Ti), este un element chimic din grupa IV a tabelului periodic al elementelor lui D. I. Mendeleev. Număr de serie 22, greutate atomică 47,90. Constă din 5 izotopi stabili; s-au obținut și izotopi radioactivi artificial.

În 1791, chimistul englez W. Gregor a găsit un nou „pământ” în nisipul din orașul Menakan (Anglia, Cornwall), pe care l-a numit menakan. În 1795, chimistul german M. Clairot a descoperit un pământ încă necunoscut în mineralul rutil, al cărui metal l-a numit Titan [în greacă. mitologie, titanii sunt copiii lui Uranus (Raiul) și Gaia (Pământul)]. În 1797, Klaproth a dovedit identitatea acestui pământ cu cel descoperit de W. Gregor. Titanul pur a fost izolat în 1910 de chimistul american Hunter prin reducerea tetraclorurii de titan cu sodiu într-o bombă de fier.

Fiind în natură

Titanul este unul dintre cele mai comune elemente din natură; conținutul său în scoarța terestră este de 0,6% (în greutate). Se găsește în principal sub formă de dioxid de TiO 2 sau compușii săi - titanați. Sunt cunoscute peste 60 de minerale care conțin titan. Se găsește și în sol, în organismele animale și vegetale. ilmenit FeTiO 3 și rutil TiO 2 servește ca materie primă principală pentru producția de titan. Topirea zgurii devine importantă ca sursă de titan. titan-magnetite si ilmenita.

Proprietati fizice si chimice

Titanul există în două stări: amorf - pulbere gri închis, densitate 3,392-3,395 g/cm3, și cristalin, densitate 4,5 g/cm3. Pentru titanul cristalin se cunosc două modificări cu un punct de tranziție la 885° (sub 885° o formă hexagonală stabilă, deasupra - una cubică); t° pl aproximativ 1680° t° balot peste 3000°. Titanul absoarbe în mod activ gazele (hidrogen, oxigen, azot), ceea ce îl face foarte fragil. Metalul tehnic poate fi format la cald. Metalul absolut pur poate fi rulat la rece. În aer la temperaturi obișnuite, titanul nu se schimbă atunci când este încălzit, formează un amestec de oxid de Ti 2 O 3 și nitrură de TiN. Într-un curent de oxigen la căldură roșie, acesta este oxidat la dioxid de TiO2. La temperaturi ridicate reacționează cu carbon, siliciu, fosfor, sulf etc. Rezistent la apa de mare, acid azotic, clor umed, acizi organici și alcalii puternici. Se dizolvă în acizi sulfuric, clorhidric și fluorhidric, cel mai bine într-un amestec de HF și HNO3. Adăugarea unui agent oxidant la acizi protejează metalul de coroziune la temperatura camerei. Halogenuri de titan cuadrivalente, cu excepția TiCl 4 - corpuri cristaline, fuzibili și volatili într-o soluție apoasă sunt hidrolizați, predispuși la formarea de compuși complecși, dintre care fluorotitanat de potasiu K 2 TiF 6 este important în tehnologie și practica analitică. Carbura de TiC și nitrura de TiN sunt substanțe asemănătoare metalelor care se disting prin duritatea lor mare (carbura de titan este mai dura decât carborundul), refractaritate (TiC, t° pl = 3140°; TiN, t° pl = 3200°) și o bună conductivitate electrică. .

Element chimic nr 22. Titan.

Formula electronică a titanului este: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2.

Numărul de serie al titanului din tabelul periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev - 22. Numărul elementului indică sarcina curții, prin urmare titanul are o sarcină nucleară de +22 și o masă nucleară de 47,87. Titan se află în a patra perioadă, într-un subgrup secundar. Numărul perioadei indică numărul de straturi electronice. Numărul grupului indică numărul de electroni de valență. Subgrupul lateral indică faptul că titanul aparține elementelor d.

Titanul are doi electroni de valență în orbitalul s al stratului exterior și doi electroni de valență deasupra orbitalului d al stratului exterior.

Numerele cuantice pentru fiecare electron de valență:

4s4s 3d

Cu halogeni și hidrogen, Ti(IV) formează compuși de tip TiX 4, care au tipul de hibridizare sp 3 →q 4.

Titanul este un metal. Este primul element al grupului d. Cel mai stabil și comun este Ti +4. Există și compuși cu stări de oxidare inferioare –Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3, dar acești compuși sunt ușor oxidați de aer, apă sau alți reactivi la Ti +4. Îndepărtarea a patru electroni necesită multă energie, astfel încât ionul Ti +4 nu există de fapt, iar compușii Ti(IV) implică de obicei legături de natură covalentă Ti(IV) este similară în unele privințe cu elementele -Si, Ge, Sn și Pb, în ​​special Sn.