Титан как металл


Двоякость свойств металла титан

 

Многих интересует немного загадочный и не до конца изученный титан — металл, свойства которого отличаются некоторой двоякостью. Металл и самый прочный, и самый хрупкий.

Самый прочный и самый хрупкий металл

Его открыли двое ученых с разницей в 6 лет — англичанин У. Грегор и немец М. Клапрот. Название титана связывают, с одной стороны, с мифическими титанами, сверхъестественными и бесстрашными, с другой стороны, с Титанией — королевой фей.
Это один из самых распространенных в природе материалов, но процесс получения чистого металла отличается особой сложностью.

Свойства титана

22 химический элемент таблицы Д. Менделеева Titanium (Ti) относится к 4 группе 4 периода.

Цвет титана серебристо-белый с выраженным блеском. Его блики переливаются всеми цветами радуги.

Это один из тугоплавких металлов. Он плавится при температуре +1660 °С (±20°). Титан отличается парамагнитностью: он не намагничивается в магнитном поле и не выталкивается из него.
Металл характеризуется низкой плотностью и высокой прочностью. Но особенность этого материала заключается в том, что даже минимальные примеси других химических элементов кардинально изменяют его свойства. При наличии ничтожной доли других металлов титан теряет свою жаропрочность, а минимум неметаллических веществ в его составе делают сплав хрупким.
Эта особенность обуславливает наличие 2 видов материала: чистого и технического.

  1. Титан чистого вида используют там, где требуется очень легкое вещество, выдерживающее большие нагрузки и сверхвысокие температурные диапазоны.
  2.  Технический материал применяется там, где ценятся такие параметры, как легкость, прочность и устойчивость к коррозии.

Вещество обладает свойством анизотропности. Это означает, что металл может изменять свои физические характеристики, исходя из приложенных усилий. На эту особенность следует обращать внимание, планируя применение материала.

Титан теряет прочность при малейшем присутствии в нем примесей других металлов

Проведенные исследования свойств титана в нормальных условиях подтверждают его инертность. Вещество не реагирует на элементы, находящиеся в окружающей атмосфере.
Изменение параметров начинается при повышении температуры до +400°С и выше. Титан вступает в реакцию с кислородом, может воспламеняться в азоте, впитывает газы.
Эти свойства затрудняют получение чистого вещества и его сплавов. Производство титана основано на применении дорогостоящей вакуумной аппаратуры.

Титан и конкуренция с другими металлами

Этот металл постоянно сравнивают с алюминием и сплавами железа. Многие химические свойства титаназначительно лучше, чем у конкурентов:

  1. По механической прочности титан превосходит железо в 2 раза, а алюминий в 6 раз. Прочность его увеличивается при снижении температуры, чего не отмечается у конкурентов.
    Антикоррозионные характеристики титана значительно превышают показатели других металлов.
  2. При температурах окружающей среды металл абсолютно инертен. Но при повышении температуры свыше +200°С вещество начинает поглощать водород, изменяя свои характеристики.
  3. При более высоких температурах титан вступает в реакции с другими химическими элементами. Он обладает высокой удельной прочностью, что в 2 раза превосходит свойства лучших сплавов железа.
  4. Антикоррозионные свойства титана значительно превышают показатели алюминия и нержавеющей стали.
  5. Вещество плохо проводит электричество. Титан имеет удельное электросопротивление в 5 раз выше, чем у железа, в 20 раз, чем у алюминия, и в 10 раз выше, чем у магния.
  6. Титан характеризуется низкой теплопроводностью, это обусловлено низким коэффициентом температурного расширения. Она меньше в 3 раза, чем у железа, и в 12, чем у алюминия.

Какими способами получают титан?

Материал занимает 10 место по распространению в природе. Существует около 70 минералов, содержащих титан в виде титановой кислоты или его двуокиси. Наиболее распространенные из них и содержащие высокий процент производных металла:

  • ильменит;
  • рутил;
  • анатаз;
  • перовскит;
  • брукит.

Основные залежи титановых руд находятся в США, Великобритании, Японии, большие месторождения их открыты в России, Украине, Канаде, Франции, Испании, Бельгии.

Добыча титана – дорогой и трудозатратный процесс

Получение металла из них стоит очень дорого. Ученые разработали 4 способа производства титана, каждый из которых рабочий и эффективно используется в промышленности:

  1. Магниетермический способ. Добытое сырье, содержащее титановые примеси, перерабатывают и получают диоксид титана. Это вещество подвергается хлорированию в шахтных или солевых хлораторах при повышенном температурном режиме. Процесс очень медленный, ведется в присутствии углеродного катализатора. При этом твердый диоксид переводится в газообразное вещество – тетрахлорид титана. Полученный материал восстанавливается магнием или натрием. Сплав, образовавшийся при реакции, подвергают нагреванию в вакуумной установке до сверхвысоких температур. В результате реакции происходит испарение магния и его соединений с хлором. В конце процесса получают губкоподобный материал. Его плавят и получают титан высокого качества.
  2. Гидридно-кальциевый способ. Руду подвергают химической реакции и получают гидрид титана. Следующий этап – разделение вещества на составляющие. Титан и водород выделяют в процессе нагревания в вакуумных установках. По окончании процесса получают оксид кальция, который отмывают слабыми кислотами. Первые два способа относятся к промышленному производству. Они позволяют получать в кратчайшие сроки чистый титан с относительно небольшими издержками.
  3. Электролизный метод. Титановые соединения подвергают воздействию током большой силы. В зависимости от исходного сырья, соединения разделяются на составляющие: хлор, кислород и титан.
  4. Йодидный способ или рафинирование. Полученный из минералов диоксид титана обдают парами йода. В результате реакции образуется йодид титана, который нагревают до высокой температуры – +1300…+1400°С и воздействуют на него электрическим током. При этом из исходного материала выделяются составляющие: йод и титан. Металл, полученный данным способом, не имеет примесей и добавок.

Области применения

Применение титана зависит от степени его очистки от примесей. Наличие даже небольшого количества других химических элементов в составе сплава титана кардинально меняет его физико-механические характеристики.

Титан с некоторым количеством примесей называется техническим. Он имеет высокие показатели коррозийной стойкости, это легкий и очень прочный материал. От этих и других показателей зависит его применение.

  • В химической промышленности из титана и его сплавов изготавливают теплообменники, различного диаметра трубы, арматуру, корпуса и детали для насосов различного назначения. Вещество незаменимо в местах, где требуются высокая прочность и стойкость к кислотам.
  • На транспорте титан используют для изготовления деталей и агрегатов велосипедов, автомобилей, железнодорожных вагонов и составов. Применение материала уменьшает вес подвижных составов и автомобилей, придает легкость и прочность велосипедным деталям.
  • Большое значение титан имеет в военно-морском ведомстве. Из него изготавливают детали и элементы корпусов для подводных лодок, пропеллеры для лодок и вертолетов.
  • В строительной промышленности применяется сплав цинк-титан. Он используется как отделочный материал для фасадов и кровель. Этот очень прочный сплав имеет важное свойство: из него можно изготавливать архитектурные детали самой фантастической конфигурации. Он может принимать любую форму.
  • В последнее десятилетие титан широко применяют в нефтедобывающей отрасли. Сплавы его применяют при изготовлении оборудования для сверхглубокого бурения. Материал используется для изготовления оборудования для добычи нефти и газа на морских шельфах.

У титана очень широкая область применения

Чистый титан имеет свои области применения. Он нужен там, где необходима стойкость к высоким температурам и при этом должна сохраняться прочность металла.

Его применяют в:

  • авиастроении и космической отрасли для изготовления деталей обшивки, корпусов, элементов крепления, шасси;
  • медицине для протезирования и изготовления сердечных клапанов и других аппаратов;
  • технике для работы в криогенной области (здесь используют свойство титана – при снижении температуры усиливается прочность металла и не утрачивается его пластичность).

В процентном соотношении использование титана для производства различных материалов выглядит так:

  • на изготовление краски используется 60 %;
  • пластик потребляет 20 %;
  • в производстве бумаги используют 13 %;
  • машиностроение потребляет 7 % получаемого титана и его сплавов.

Сырье и процесс получения титана дорогостоящие, затраты на его производство компенсируются и окупаются сроком службы изделий из этого вещества, его способностью не менять свой внешний вид за весь период эксплуатации.

применений металлического титана и диоксида титана


Разведывательный самолет ЦРУ A-12: Фотография сверхзвукового разведывательного самолета ЦРУ A-12 под названием «Титановый гусь», готовящегося к дозаправке на большой высоте. Название вполне уместно, ведь многие детали сделаны из титана. Изображение Центрального разведывательного управления.

Что такое титан?

Титан - это прочный, устойчивый к коррозии и инертный серебристый металл. Это девятый по содержанию элемент в земной коре.Вместо крупных отложений, небольшие количества титана встречаются почти в каждой породе.

Титан является важным компонентом небольшого количества минералов. Около 90% титана в земной коре содержится в ильмените, минерале, о котором большинство людей никогда не слышали. Это оксид железа-титана с химическим составом FeTiO 3 . Остальная часть приповерхностного титана Земли состоит из таких минералов, как анатаз, брукит, лейкоксен, перовскит, рутил и сфен.

Нитинол 60: Нитинол 60 - это сплав, содержащий 60 процентов никеля и 40 процентов титана. Обычно для изготовления подшипников используется нержавеющая сталь, потому что она твердая, но нержавеющая сталь подвержена коррозии. Нитинол 60 решил проблему коррозии без потери прочности и не вступал в реакцию со смазочными материалами подшипников. Изображение НАСА.

Использование металлического титана

Титан - знакомый металл. Многие знают, что он используется в украшениях, протезах, теннисных ракетках, вратарских масках, ножницах, велосипедных рамах, хирургических инструментах, мобильных телефонах и других высокопроизводительных продуктах.Титан прочен, как сталь, но весит примерно вдвое меньше. Он вдвое прочнее алюминия, но лишь примерно на 60% тяжелее.

Титан в сочетании с железом, алюминием, ванадием, никелем, молибденом и другими металлами дает сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками. Для реактивных двигателей, космических кораблей, военной техники, подшипников, бронежилетов и других высокотехнологичных продуктов требуются детали, изготовленные из этих сплавов.

Титановые детали самолетов: Металлический титан и его сплавы обеспечивают высокопрочные, легкие, устойчивые к коррозии детали для авиационных двигателей, органов управления и структурных компонентов.Этот NASA F-16XL снабжен титановой перчаткой для исследования ламинарного потока, закрывающей часть его левого крыла. Изображение НАСА, сделанное Джимом Россом.

Белая краска: Большая часть белой краски, используемой сегодня, содержит диоксид титана в качестве пигмента. Это придает краске стойкий яркий белый цвет, непрозрачность, которую можно покрыть одним слоем, и яркость, отражающую свет. Когда краска высыхает, на стене остается минеральное покрытие из диоксида титана. Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Okea.

Что такое диоксид титана?

Диоксид титана - яркий, белый, непрозрачный материал с химическим составом TiO 2 . Его получают путем окисления ильменита или других минералов титана при высоких температурах. Затем его измельчают до мелкого порошка, необходимого для его множества применений.

Примерно в десять раз больше титана используется в форме диоксида титана по сравнению с металлическим титаном. Большинство людей никогда не слышали об использовании титана в такой форме.Это связано с тем, что диоксид титана является ингредиентом продуктов, а не основным материалом.

Полировальные пасты: Порошок диоксида титана тщательно классифицируется по размеру частиц и продается как полироль для гранильных и металлических работ. На фотографии изображена только что открытая бочка каменного стакана с густой белой пеной лака.

Использование диоксида титана

Чаще всего титан используется в качестве отбеливающего, осветляющего и непрозрачного средства. Высококачественные белые краски обычно содержат значительное количество диоксида титана, пигмент которого имеет название «титановый белила».«Диоксид титана увеличивает белизну и отражательную способность краски. Когда вы входите в комнату и включаете свет, краска обладает высокой отражающей способностью и делает комнату ярче, потому что от окрашенных поверхностей отражается больше света. Диоксид титана также увеличивает способность краски непрозрачность, позволяющая во многих ситуациях покрыть одним слоем то, что находится ниже.

В течение почти 2000 лет «свинцово-белый» был важным пигментом, используемым в белых красках. В 1904 году производитель красок Sherwin-Williams сообщил об опасности красок, содержащих свинцовый пигмент.С этого времени производители красок начали отходить от свинцовых пигментов, и титановый пигмент стал наиболее подходящей заменой. Сегодня большая часть производимой белой краски содержит пигмент диоксида титана.

Диоксид титана вдавливается в волокна высококачественной бумаги для улучшения их белизны, яркости и текстуры. Его добавляют в обезжиренное молоко для улучшения его белизны и непрозрачности. По той же причине его добавляют в зубную пасту, резину, пластмассы, косметику, солнцезащитный крем и многие продукты питания.Эти материалы использует почти каждый человек на Земле почти каждый день. Мало кто осознает ту роль, которую играет в них титан. Его можно использовать в пищевых продуктах, косметике и других продуктах, которые люди потребляют, потому что он инертен.

Порошок диоксида титана также сортируется по размеру частиц для использования в качестве полировальной пасты. Он используется для полировки драгоценных камней, металлов и других материалов. Часто он менее эффективен, чем другие полироли, но когда он эффективен, он может обеспечить экономию средств.

Heavy Mineral Sand: При раскопке на мелководье в Folly Beach, Южная Каролина, обнажаются тонкие слои тяжелых минеральных песков. Большая часть добываемого сегодня ильменита происходит из песков с высокой концентрацией минералов. Фотография Карлтона Берна, Геологическая служба США.

Откуда берется титан?

Большая часть титана в мире производится путем добычи тяжелых минеральных песков. Эти пески образуются по градиенту из обнаженных масс магматических пород, таких как габбро, норит и анортозит.Эти породы содержат титансодержащие минералы, такие как ильменит, анатаз, брукит, лейкоксен, перовскит, рутил и сфен.

Когда эти породы разрушаются в результате выветривания, минералы титана оказываются одними из самых устойчивых. Они концентрируются в результате выветривания и переносятся вниз по течению в виде песчинок и ила. В конце концов, они оседают в виде песка вдоль береговой линии континента. Здесь их обычно выкапывают или добывают. Добыча также происходит во внутренних районах, где титановые минералы откладывались в периоды, когда уровень моря был выше, чем мы знаем сегодня.

Эти тяжелые минеральные пески могут содержать несколько процентов по весу ильменита и других минералов титана. После добычи песок поступает на обогатительную фабрику, которая извлекает титансодержащие минералы. В то же время могут быть извлечены другие ценные минералы. Затем их перерабатывают или продают для производства металлического титана или диоксида титана. Затем песок возвращается в то место, где он был добыт, и восстанавливается пляж.

Титан в отложениях и почвах ручьев: Карта, показывающая распространенность титана в форме диоксида титана в отложениях и почвах ручьев на востоке США.Зона, богатая титаном, соответствующая физиографической провинции Вирджиния Блю Ридж, показывает значения более 3% по весу диоксида титана, по данным Геологической службы США.

Производство титана в США

Соединенные Штаты используют больше минералов титана, чем производят в настоящее время, что делает их нетто-импортером титана. Небольшие дноуглубительные работы проводились у атлантического побережья Флориды. Здесь отложения береговой линии выкачиваются и обрабатываются для удаления тяжелых минеральных песков.Ильменит является основным титансодержащим минералом, извлекаемым в результате этой деятельности.

Добыча на суше ведется во многих местах Вирджинии. Здесь ильменитсодержащее тело анортозита в физико-географической провинции Голубой хребет подверглось эрозии. Отложения, образовавшиеся в результате этой эрозии, могут локально содержать несколько процентов тяжелых минералов по весу, при этом ильменит является основным минералом, содержащим титан. Эти месторождения были раскопаны и переработаны для удаления тяжелых минералов.Район, где происходит эта добыча, соответствует богатым титаном отложениям и почвам, отобранным, проанализированным и нанесенным на карту Национальной геохимической службой (см. Прилагаемую карту).

Для удовлетворения своих потребностей в титане Соединенные Штаты импортируют титановые минеральные концентраты. Ведущие производители титана: Австралия, Канада, Китай, Япония, Кения, Мадагаскар, Мозамбик, Норвегия, Россия, Саудовская Аравия, Сенегал, Сьерра-Леоне и Южная Африка.


Найдите другие темы по геологии.com:


Скалы: Галерея фотографий вулканических, осадочных и метаморфических пород с описаниями.
Минералы: Информация о рудных минералах, драгоценных камнях и породообразующих минералах.
Вулканы: Статьи о вулканах, вулканических опасностях и извержениях прошлого и настоящего.
Драгоценные камни: Яркие изображения и статьи об алмазах и цветных камнях.
Общая геология: Статьи о гейзерах, маарах, дельтах, перекатах, соляных куполах, воде и многом другом!
Geology Store: Молотки, полевые сумки, ручные линзы, карты, книги, кирки твердости, золотые кастрюли.
Алмазы: Узнайте о свойствах алмаза, его многочисленных применениях и открытиях.
.

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Титан - очень прочный металл, который используется в специальных приложениях. Самый распространенный изотоп имеет 26 нейтронов. Титан был открыт в 1791 году Уильямом Грегором. Это химический элемент под номером 22 в периодической таблице. Его условное обозначение - Ti . В нем 22 электрона и 22 протона. Он назван в честь сильных греческих богов, названных титанами.

Титан может сочетаться с другими химическими веществами для получения различных материалов.Когда титан смешивается с кислородом воздуха, он образует диоксид титана (TiO 2 ) или диоксид титана. Диоксид титана - это белый пигмент, который часто используется для того, чтобы сделать вещи менее прозрачными, яркими или грубыми - поскольку он не вступает в реакцию с химическими веществами внутри человеческого тела, его безопасно использовать в продуктах питания и других применениях, таких как зубная паста. Кусочки металлического титана защищены оболочкой из диоксида титана, которая образуется, когда металл находится в воздухе, и помогает предотвратить повреждение химическими веществами металлического центра.

Титановые сплавы используются в аэрокосмической технике для изготовления очень прочных и легких деталей самолетов. Эти сплавы могут заменить сталь, потому что они почти такие же крепкие, как сталь, но гораздо менее тяжелые, и намного прочнее, чем алюминиевые сплавы, но лишь немного тяжелее. Это означает, что титановые детали могут быть тоньше и легче, но при этом выдерживать те же силы. Он не подвержен коррозии во многих условиях, даже в морской воде и хлоре. Однако она может гореть при высоких температурах, и, как и многие металлические порошки, титановая пыль очень легко воспламеняется.

.

Титан -

Titanium - qwe.

Для более быстрой навигации этот iframe предварительно загружает страницу Wikiwand для Titanium .

Подключено к:
{{:: readMoreArticle.title}}

Из Википедии, свободной энциклопедии

{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}} Эта страница основана на статье в Википедии, написанной участники (читать / редактировать).
Текст доступен под Лицензия CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия.
Изображения, видео и аудио доступны по соответствующим лицензиям.
{{current.index + 1}} из {{items.length}}

Спасибо за жалобу на это видео!

Пожалуйста, помогите нам решить эту ошибку, написав нам по адресу support @ wikiwand.com
Сообщите нам, что вы сделали, что вызвало эту ошибку, какой браузер вы используете и установлены ли у вас какие-либо специальные расширения / надстройки.
Спасибо! .

Металлический титан - Обзор рынка - Roskill

Мировая промышленность по производству металлического титана демонстрирует долгосрочную тенденцию роста, и в период 2014–2019 годов наблюдался рост объемов производства и торговли по всей цепочке поставок. Экспорт сырья значительно увеличился в 2019 году: международные поставки губки, по оценкам, увеличились примерно на 20% г / г, а экспорт титанового лома вырос на 14% г / г. Экспорт проката из титана с 2014 года увеличивался в среднем на 6,2% в год и достиг почти 107тыс.т в 2019 году.

Около половины всего спроса на титан приходится на дорогостоящие аэрокосмические приложения, а 10-летний непрерывный рост объема авиаперевозок в период 2010-2019 гг. Способствовал увеличению объемов производства коммерческих авиалайнеров. Однако ситуация внезапно изменилась в первом квартале 2020 года после вспышки пандемии коронавируса Covid-19, и теперь коммерческая авиация и аэрокосмическая промышленность переживают период беспрецедентных краткосрочных потрясений и неопределенности. Многие операторы авиакомпаний по всему миру столкнулись со значительными финансовыми проблемами в результате сокращения авиаперелетов, и снижение прибыли, вероятно, будет иметь последствия как для существующих, так и для будущих заказов на воздушные суда, что может повлиять на планы наращивания производства и, соответственно, , спрос на аэрокосмические материалы, такие как титановые сплавы.

Цепочка поставок металлического титана географически сконцентрирована. Производство губчатого титана ограничено Россией, Японией, Казахстаном, Китаем, США, Украиной, Индией и, совсем недавно, Саудовской Аравией, хотя только на Россию, Японию и Китай приходится более трех четвертей мирового производства. Производство титановых слябов и слитков сконцентрировано аналогичным образом: Китай, США, Россия и Япония владеют почти 90% плавильных мощностей в 2019 году. Также существует высокая степень интеграции в производство прокатной продукции.Географическое распределение и ограниченное количество участников отрасли частично отражает историю применения титана в военных и авиационных целях, а также технические проблемы и высокие барьеры для выхода на рынок, связанные с его производством, особенно для аэрокосмических сортов, требующих отраслевой квалификации для использования.

Металлический титан является стратегическим сырьем, которое, помимо использования в ключевых отраслях промышленности, таких как коммерческая авиакосмическая промышленность, требуется для военных программ, таких как истребитель F-35 Joint Strike Fighter.Титан включен в список минеральных ресурсов Министерства внутренних дел США, которые считаются критически важными для экономической и национальной безопасности, а в 2019 году Министерство торговли США исследовало потенциальный риск для национальной безопасности, связанный с импортом титановой губки. Получив рекомендации министерства, президент Трамп поручил министру обороны США принять меры по расширению доступа к губке и поддержке внутреннего производства для удовлетворения потребностей национальной обороны, хотя никаких прямых действий в отношении импорта предприниматься не будет.

В настоящее время подавляющее большинство металлического титана производится с использованием традиционных технологий производства, плавления губки и лома для производства слябов и слитков, которые перерабатываются в различные формы прокатных изделий, а затем режутся и обрабатываются на детали. Однако продолжающийся прогресс в области аддитивного производства вызывает повышенный интерес к прямому производству компонентов сложной формы из порошка или проволоки, что может значительно снизить потери материала во время производства деталей.

Ожидается, что использование аддитивного производства в ключевых отраслях, таких как аэрокосмическая, будет быстро расти в течение прогнозного периода, потенциально сдерживая общий рост спроса, поскольку соотношение покупаемых титановых изделий к выручке постепенно снижается. И наоборот, по мере того, как процесс становится более распространенным и рентабельным, снижение затрат на материалы может привести к расширению использования титана на нишевых рынках, таких как автомобильный сектор, где превосходные характеристики прочности металла желательны, но стоят дорого. в настоящее время непомерно.

Специалисты Roskill ответят на ваши вопросы…
  • Каковы возможные последствия пандемии Covid-19 для рынка металлического титана?
  • Какие последние тенденции в международной торговле?
  • Будет ли существующая емкость по производству губки достаточной для удовлетворения долгосрочных требований?
  • В какой степени аддитивные технологии производства могут повлиять на спрос на титан?
  • Каковы перспективы для аэрокосмического, промышленного, медицинского и потребительского рынков и какие будут главные драйверы спроса?
Подпишитесь сейчас и получите:
  • Подробный отчет с десятилетними прогнозами спроса, предложения и цен
  • Доступ к отчету через Roskill Interactive для до 5 пользователей
  • Ежеквартальные обновления, чтобы держать вас в курсе о нашем последнем обзоре отрасли
  • Доступ к специалистам Roskill по ключевым рыночным запросам
  • Возможность загрузки таблиц и графиков из отчета
  • Резюме основных выводов отчета в PowerPoint
.

Смотрите также