Титан

Физические характеристики и цвет

Напоминаем, что титан весьма легкий и прочный материал. Имеет серебристый цвет беловатого оттенка. Имеется 2 возможных формата существования – при низкой температуре и при высокой. Все это имеет место быть при нормальном атмосферном давлении.

Как и любое другое вещество, титан имеет свою границу плавления, и она равна 1670 градусам по Цельсию. Процесс кипения имеет место быть при температуре 3287 ^оС. Такая характеристика, как хрупкость приобретается титаном при достижении температуры в -80 ^оС. Удельная теплоемкость металла равна 0,523 кДж/кг·K. Стоит заметить, что еще одним преимуществом титана и его сплавов является независимость его прочности от температуры и прочих формах давления извне. Прочие характеристики титана:

• Теплопроводность - 21,9Вт/(м·К) при 20 C.
• Модуль твердости - 800МПа
• Модуль упругости - 103ГПа
• Модуль сдвига - 39,2ГПа
• Предел текучести - 160МПа
• Твердость - 716МПа

Нельзя забыть и прочих характеристиках титана. Как мы уже говорили ранее, при стандартной температуре окружающей среды, поверхность титана покрывается оксидной пленкой, которая придает металлу высокую стойкость в агрессивных кислотных средах. Но не от всякого воздействия может защитить эта пленка – она не имеет никакой силы в щелочных средах.

Помнить следует и о высокой вязкости металла. Этот параметр можно отнести скорее к минусам металла, т.к. при его обработке, при резании, например, титан буквально «облепляет» режущую часть фрезы. Поэтому при обработке титана не обойтись без специального покрытия резца различными защищающими жидкостями. Без них вы нес можете долгий период времени заниматься обработкой титана – так что не скупитесь на обработку.

Химические характеристики титана

Помимо оксидной пленки на поверхности, титан имеет и прочие интересные свойства, одно из которых – воспламеняемость. Как в этом случае титан находит такое обширное применение в различных областях промышленности? Ответ на самом деле очень прост – воспламеняем не сам титан – воспламеняется мелкозернистый порошок, полученный в результате после «помола» титана. Температура вспышки весьма высокая – более четырехсот градусов Цельсия. Так что при обработке металла и его сплавов всегда нужно быть начеку, помнить, что стружка титана и его порошок могут воспламениться при определенных условиях.

Многие металлы страдают неустойчивостью к хлору и производным из него растворам, но титан обладает этой уникальной характеристикой. Как неоднократно отмечалось ранее, большая часть кислот не способны повредить титан, это под силу лишь фтороводородной кислоте, может это сделать и серная концентрированная кислота.

Температура, при которой титан без измельчения может загореться – 1200 градусов Цельсия. Цвет огня – тускло белый.

В зависимости от температуры нагревания могут происходить различные химические реакции с окружающей средой. С хлором, от которого в обычных условиях титан полностью защищен, он может начать реагировать уже при температуре в 550 градусов, однако такой температуры очень трудно достигнуть в обычных условиях, поэтому титан остается настолько востребован

Металл может быть подвергнут изменениям и в органической среде. Связано это, по большей части, с той самой пленкой, о которой мы столько говорили ранее. Гидриды и оксиды, являющиеся составными частями этой самой оксидной пленки, при существенном повышении концентрации воды могут изменить параметры коррозийной устойчивости титана на более высокий уровень.

Сплавы титана ценятся весьма высоко на рынке. Связанно это, в первую очередь, весом самого титана и его прочностью, сравнимую с прочностью стали. Вес алюминия и твердость стали – то, за что титан по праву востребован в промышленности. Сплавы данного металла могут применяться для нужд нефтяной промышленности, реакторы для создания различных соединений химическим способом особенно остро нуждаются в увеличении темпов производства титана. Сплавы титана применяются так же и при создании насосных систем, в частности – самих насосом. Легкость и прочность – вот его явные преимущества перед конкурентными металлами из этой отрасли. Военные также не забывают про титан – они активно налаживают серийное производство тяжелого вооружения, требующего стандартных характеристик прочности, но при этом существенного меньшего веса, к примеру – броня военных поездов, самолетов, вертолетов, деталей для них. Нашел он применение и для нужд военно-морского флота, в частности – корпуса многих судов, а особенно подводных ложок изготавливаются из титана. И вовсе неожиданная, но тем не менее, крайне популярная среда применения титана – медицина. Легкость и прочность титана, а так же его инертность смогли сделать его неимоверно популярным и основным компонентом различных протезов, заменяющих ноги, руки и прочие части тела. Стоматологические протезы из титана также крайне популярны и востребованы на рынке.

История открытия титана

История открытия данного металла насчитывает несколько вех. Одной из первых таких историй считается факт обнаружения титана учеными Клапротом (Германия) и Грегором(Англия). Проводя спектр различных исследований, в частности земли с повышенным содержанием железа, английский ученый смог изучить оксид неизвестного доселе вещества. Приблизительно в это же время, ученый из Германии, исследуя обнаруженный им минерал рутил, так же столкнулся с полиморфной модификацией TiO2. Рутил представлял собой не привычный нам оксид титана серебристо-белого цвета, но золотисто-желтый минерал с несовершенной спайностью, чья кристаллическая структура представляет собой ленты TiO6, вытянутыми вдоль своей четверной оси восьмиугольниками. Считается, что чем светлее и белее рутил – тем меньше в нем примесей и большее содержание титана.

Вернемся к нашим ученым, вернее, к немцу Клапроту. В очередной раз он начал изучать вещество, найденное в рутиле, сравнил его с веществом, обнаруженным Грегором и пришел к выводу, что их блистательные умы обнаружили новый металл.

Говоря об этих выдающихся открывателях, нам нельзя забывать и о французах, чьи ученые нашли следы титана в минерале анатазе. Позже Воклен, знаменитый французский химик, доказал, что рутил и анатаз – это соединения титана.

Но как же извлекать титан в промышленных масштабах? Решение этого вопроса длилось около 100 лет. Одним из решений на этом временном отрезке попробовали предложить голландские ученые, выделившие титан методом температурного расщепления из его иодида. Однако такой способ было тяжело реализовать в промышленных масштабах, ведь до начала 50-х годов 20-го века у человечества не возникало острой потребности в активном применении данного металла. Но патент на магнийтермический метод восстановления титана из соединения данного метала. Это соединение носит название тетрахлорид. И пусть минуло 70 лет с момента изобретения данного метода – он до сих пор используется как самый надежный, наименее затратный и наиболее удобный способ для добычи титана в промышленных объемах.

Соединения, содержащие титан.

Титан встречается в природе весьма часто. Процент содержания данного металла в недрах земли – 0,57, что является 10-м результатом среди прочих. При этом, всего лишь несколько горных пород могут похвастаться содержанием этого ценного металла в них. Обычно, титан можно найти в глине или же в сланцах, но там среднее содержание в них составляет примерно четыре с половиной килограмма на тонну породы.

К сожалению, все поиски титана в чистом виде в природе оказались безрезультатными – найти его можно по принципу оксида алюминия – он концентрируется в различных осадочных горных породах.

Стоит так же отметить, что в природе существуют и такие глины, в которых можно найти практически 27-30 процентов титана. Это обуславливается выветриванием горных пород, к которому титан проявляет значительную стойкость.

Где найти титановые руды?

Основные запасы находятся на территориях Южной Африки, Азии а так же на материке Австралия. Присутствует титан и на территории РФ.

Запасы руды.

Резервные фонды диоксида титана (TiO2) составляют около 800 млн тонн по данным на 2002 год. Эти данные составлены без учета запаса титана, находящегося на территории России. Наша страна занимает второе место по миру по залежам руд, пригодных для получения титана. Самое большое месторождение руды располагается неподалеку от города Ухта и их суммарный вес составляет примерно 2.000.000.000 тонн. Ученые из Соединенных Штатов Америки подсчитали, что всех месторождений титана, известных на данный момент времени хватит на 150 лет при условии сохранения темпов работ по изготовлению титана.

Пригодность руды и получение металла

Начнем этот пункт с информации о возможных рудах, пригодных для получения металла:

• Титановая руда
• Рутиловая руда
• Ильменитовая руда

Данные руды являются основным источником самого важного – сырья для получения самого титана, и это сырье – диоксид титана. Самым большим преимуществом диоксида является относительная чистота его химического состава. Иначе говоря – он содержит минимальное количество различных сторонних добавок. Но тут же вскрывается и его проблема – природные запасы диоксида сильно ограничены, в этой связи, для изготовления рутилового концентрата применяются шлаки либо искусственные аналоги диоксида.

Одним из видов получения порошка диоксида титана является восстановительная обработка посредством печи ильменита. При этом железо изменяет свои свойства, переходя в чугун. Шлак же подвергается сернокислотной обработке (Возможен и пирометаллургический вариант обработки).

При пирометаллургической обработке мы получаем пары тетрахлорида титана. После этого данное вещество подвергается процессу восстановления при помощи магния.

Метод FFC Cambridge

Нельзя не вспомнить и о методе FFC Cambridge. Метод стал весьма популярным, во многом благодаря тому, что с его помощью можно обеспечить непрерывное создание нужного нам металла непосредственно из его окисла. Метод весьма интересен – ванна наполняется электролитом, составляющими частями которого являются известь(негашёная) и CaCl2. Непосредственно в ванной устанавливаются электроды, основой которых является графит. Начинается подача тока, которая повышает температуру в ванной до тысячи градусов по Цельсию. В этот момент начинает происходить химическая реакция: кальций и кислород разделяются, происходит процесс окисления анода, затем катод, со временем, начинает превращаться в губку, состоящую полностью из желанного титана. Полученное сырье отправляется в лабораторию, где ему предстоит пройти процесс очищения, а также переплавка. В этом и состоит процесс преобразования хлорида титана в чистый металл по методу FFC Cambridge.

Промышленность и титан – области применения

Как уже было отмечено ранее, титан очень активно применяется в различных областях промышленности. Титановые сплавы не менее востребованы, чем металл в чистом виде. Изготовление титановых элементов – задание весьма непростое, но люди уже научились делать это с заметной легкостью. В этом нам помогают графитные формы, в которые непосредственно будет залит расплавленный титан и вакуумные печи. Единственным минусом этого метода является сложность изготовления форм из графита. По этой причине, применения титана в различных произведениях искусства крайне мало. Одно из значимых произведений – статуя памяти Юрию Гагарину и его подвигу. Примечательно, что титан до сих пор активно применяется при строительстве ракет, космических станций и прочих элементов. Заказ правительства СССР на этот памятник был реализован к началу Олимпийских Игр 1980 года в Москве. На его изготовление ушло 12 тонн титанового сплава ВТ5Л. Всего год потребовался светлейшим советским умам, трудившимся на литейно-механическом заводе в Балашихе, чтобы создать это величайшее сооружение. Как и отмечалось ранее – очень трудно изготавливать графические формы, поэтому самым трудоемким был процесс выливания трехсоткилограммового лица Юрия Алексеевича. Этот памятник стал первым в мире, выполненным из титана. Сейчас скульптура Гагарина на Ленинском проспекте – объект культурного наследия страны.

Примечателен и один из специальных сплавов титана – нитинол. Люди из систем здравоохранения по всему миру активно пользуются данным сплавом, ведь он обладает прекрасной физической памятью.

Сплавы титана и алюминия могут встречаться в различных процентных концентрациях. Их преимущества в работе с окружающей средой, ведь благодаря добавлению алюминия, этот сплав стойко переносит температурное воздействие из агрессивных сред, в том числе, повышается и стойкость к окислению. Эти сплавы хорошо подходят в автомобилестроении и авиационной промышленности – многие детали в автомобилях, по большей части в его ходовой части, сделаны из этого сплава. Узлы соединения, детали двигателей и прочие запчасти для самолетов и вертолетов так же исполнены и сплава титана и алюминия.

Не осталась в стороне и нефтедобывающая промышленность. Как и отмечалось в начале описания, невозможно представить себе насосное оборудование без титана. При изготовлении высоковакуумных насосов было бы преступлением обойтись без применения сплавов титана.

Легирование титана

Давайте плотнее разберемся с легирующими добавками в титан, ведь все 3 группы оказывают различные влияния на прочностные характеристики титана. Начнем с таких компонентов, как нейтральные упрочнители – они не оказывают никакого влияние на состояние расплава, в отличие от стабилизаторов групп альфа и бета, но существенно упрочняют итоговый продукт. Альфа стабилизаторы применяют для снижения температуры преобразования, бета же наоборот – к повышению.

Альфа стабилизаторы

1. Al- алюминий
2. O2- кислород
3. N – азот

Бета стабилизатор

1. Ce - церий
2. Fe – железо

Нейтральные упрочнители

1. Zr –цирконий
2. Si – кремний

Два самых популярных сплава – сплавы BT6 и Ti-6Al-4V. Последний нашел наиболее активное применение в зарубежных странах. В его состав входят алюминий и ванадий. Для изготовления этих сплавов во всем мире расходуется около 50% всего добываемого титана.

Применяется титан и в случаях, когда необходимо раскислять сталь, удаляя из нее различные добавки – азотные, серные и прочее. Полученный сплав называют ферротитан, и он имеет в своем составе 75% железа и 25% титана.

Обратимся к истории. В 1980-х годах большая часть (65%) всего получаемого в мире титана расходовалась в ракетной и авиационной промышленности. Доля применения в химической промышленности составляла около 15 процентов. В судостроении было задействовано лишь 8% титана, а 10 процентов были необходимы энергетической отрасли. На данный момент картина существенно не изменилась, лишь увеличилась доля химической промышленности. Связано это в первую очередь с началом активного применения диоксидов титана при изготовлении красок и бумаги. Даже пищевая промышленность не обошлась без задействования титана титана – он входит в пищевую добавку Е171. Дидрид титана нашел себе применение в изготовлении высокопрочных режущих инструментов. Покрытие из дидрида титана по физическим свойствам напоминает золото, но при этом значительно его дешевле, и именно поэтому он так же нашел себе применение в строительстве различных религиозных сооружений – православных церквей и мусульманских мечетей.

Автомобильные титановые диски получили широкое распространение среди стритрейсеров и профессиональных гонщиков, ведь они существенно облегчают вес автомобиля, при этом давая существенную прочность. При изготовлении данных дисков, автопромышленники применяют ту же технологию, что и авиаинженеры при изготовлении шасси самолетов – технологию горячей штамповки

Виды изготавливаемой продукции из титана.

Как неоднократно отмечалось раннее – титан несет в себе уникальные свойства, полностью компенсирующие значительную стоимость изделий.

Наша компания занимает лидирующие позиции на рынке продажи титановых изделий и на сегодняшний день мы готовы предложить вам высококачественный товар, прошедший все проверки, полностью сертифицирован и готовый к продаже.

1. Проволока из титана
2. Прутки из титана
3. Титановый лист
4. Ленты из титана
5. Трубы из титана

Каждый из представленных выше элементов несет в себе огромный потенциал к применению в вашей компании. В любой момент времени вы сможете проконсультироваться с менеджером нашей компании, подобрать нужный вам продукт, и оформить заказ на поставку материала.

Спрос

К 2006 году потребление титана в мире примерно составляло следующую картинку:

• 60 % — лако-красочные материалы;
• 20 % — пластик и полимеры;
• 13 % — целлюлозно-бумажная промышленность;
• 7 % — машиностроение.

Цена

Цена на титан составляет в среднем от 6 до 7 USD за килограмм, в зависимости от чистоты сплава.

Чистота и марка чернового титана регламентирована ГОСТом по его твёрдости, которая зависит от примесей, содержащихся в сплаве.