Metallprofil: Titanegenskaper og egenskaper

Titan er et sterkt og lett eldfast metall. Legeringer av titan er avgjørende for luftfartsindustrien, men på grunn av deres mange unike egenskaper, brukes de også i medisinske, kjemiske og militære applikasjoner, så vel som i sportsartikler.

Egenskaper:

• Atomisk symbol: Ti
• Atomisk nummer: 22
• Element Kategori: Overgangsmetall
• Tetthet: 4. 506 / cm3
• Smeltepunkt: 3034 ° F (1668 ° C )
• Kokepunkt: 5949 ° F (3287 ° C)

• Mohs hardhet: 6

Kjennetegn:

Legeringer som inneholder titan er kjent for sin høye styrke, lette vekt og eksepsjonelle korrosjonsbestandighet.

Selv om titan er så sterk som stål, er titan omtrent 40% lettere, noe som sammen med dens motstand mot kavitasjon og erosjon gjør det til et viktig strukturelt metall for flyindustriere.

Titan er også formidabel i sin motstand mot korrosjon av både vann og kjemiske medier. Det gjør dette ved å danne et tynt lag av titandioksyd (TiO2) på overflaten som er ekstremt vanskelig for disse materialene å trenge inn.

Å ha en lav elastisitetsmodul betyr at titan ikke er også veldig fleksibel, men vender tilbake til sin opprinnelige form etter bøyning, noe som resulterer i at det er viktig å forme minnelegeringer.

Titan er ikke-magnetisk og biokompatibel (ikke-giftig, ikke-allergifremkallende), noe som har ført til økt bruk i det medisinske feltet.

Historikk:

Bruken av titanmetall, i noen form, er bare virkelig utviklet etter andre verdenskrig.

Faktisk ble titan ikke isolert som et metall før den amerikanske kjemikeren Matthew Hunter produserte den ved å redusere titantetraklorid (TiCl4) med natrium i 1910; En metode som nå kalles Hunter-prosessen.

Kommersiell produksjon kom imidlertid ikke før William Justin Kroll viste at titan også kunne reduseres fra klorid ved hjelp av magnesium i 1930-tallet.

Kroll-prosessen er fortsatt den viktigste kommersielle produksjonsmetoden til denne dagen.

Etter at en kostnadseffektiv produksjonsmetode ble utviklet, var titans første store bruk i militære fly. Både sovjetiske og amerikanske militære fly og ubåter (for eksempel Sovjet Alfa og ubåter fra Mike Class og USAF F100 Super Saber og Lockheed A-12) designet på 1950- og 1960-tallet, begynte å benytte seg av titanlegeringer. Ved begynnelsen av 1960-tallet begynte titanlegeringer også å brukes av kommersielle flyprodusenter.

Det medisinske feltet, spesielt dentalimplantater og proteser, vekket til titanens nytte etter at svensk doktor Per-Ingvar Brånemarks studier fra 1950-tallet viste at titan utløser ingen negativ immunrespons hos mennesker, slik at metallet kan integreres i kroppene våre i en prosess han kalte osseointegration .

Produksjon:

Selv om titan er de fjerde vanligste metallelementene i jordskorpen (bak aluminium, jern og magnesium), er produksjon av titanmetall ekstremt følsomt for forurensning, spesielt ved oksygen, som står for det relativt nylig utvikling og høy pris.

Hovedmalmene som brukes i primærproduksjonen av titan er ilmenitt, som står for ca 90% av produksjonen, og rutil, som står for de resterende 10%.

Omtrent 6. 3 millioner tonn titan mineralsk konsentrat ble produsert i 2010, selv om bare en liten brøkdel (ca 5%) titankonsentrat produsert hvert år til slutt ender i titanmetall. I stedet brukes de fleste til produksjon av titandioksid (TiO2), et blekepigment som brukes i maling, mat, medisiner og kosmetikk.

I første trinn i Kroll-prosessen knuses titanmalm og oppvarmes med kokkull i en kloratmosfære for å produsere titantetraklorid (TiCl4). Kloridet blir så fanget og sendt gjennom en kondensator, noe som gir en titankloridvæske som er mer 99% ren.

Titantetrakloridet sendes deretter direkte inn i beholdere som inneholder smeltet magnesium. For å unngå oksygenforurensning gjøres dette inert ved tilsetning av argongass.

Under den resulterende destillasjonsprosessen, som kan ta flere dager, oppvarmes fartøyet til 1832 ° F (1000 ° C). Magnesium reagerer med titankloridet, stripper kloridet og produserer elementært titan og magnesiumklorid.

Den fibrøse titan som produseres som et resultat er referert til som titan svamp. For å produsere titanlegeringer og titanbørster av høy renhet, kan titansvamp smelte med forskjellige legeringselementer ved hjelp av elektronstråle, plasmabue eller vakuumbue-smelting.

I håp om å redusere titanekstraksjonskostnadene fortsetter elektrolytiske og andre prosesser for produksjon av titanmetall aktivt.

På grunn av sin strategiske natur kan statistikk om titanmetallproduksjon være vanskelig å komme forbi. Det er imidlertid anslått at total produksjon av verdens titan svamp produksjonen var om lag 150 000 tonn i 2010. De største produserende landene er Kina, Japan, Russland, Kasakhstan og USA. Store titan svamp produsenter inkluderer VSMPO (Russland), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanium Industry (Kina), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co (Kina) og Osaka Titanium Technology Co. (Japan).

Bruksområder:

Titanmetall legeringer brukes hovedsakelig i følgende bransjer:

• Aerospace
• Militær
• Medisinsk
• Kjemisk
• Sportsutstyr

I løpet av de siste årtier har fly produsenter har i økende grad vendt seg til titan som en viktig strukturell komponent. Fra sin første bruk i begynnelsen av 1960-tallet har det gjennomsnittlige titaninnholdet i Boeings kommersielle flyselskaper økt fra rundt 2% kroppsvekt til ca 15%. Mer …

Kilder:

TIMET Video: Kroll-prosessen.Tilgjengelig på International Titanium Association nettsted: // www. titan. org
Den amerikanske geologiske undersøkelsen: Titanium. // mineraler. USGS. gov / mineraler / puber / vare / titan /
Vulcan, Tom. 2010. Titan: Guds metall . Hardassetinvestor. com.

Følg Terence på Google+