ویژگی تیتانیوم به عنوان یک فلز با مقاومت در برابر خوردگی عالی است. مشخصات فیزیکی و خواص یکی از سخت ترین فلزات - تیتانیوم

- عنصر 4 از گروه 4 دوره. فلز واسطه دارای خواص اساسی و اسیدی است، در طبیعت بسیار گسترده است - رتبه دهم. جالب ترین برای اقتصاد ملیترکیبی از سختی و سبکی فلز بالا است که آن را به عنصری ضروری برای صنعت هواپیما تبدیل می کند. این مقاله به شما در مورد علامت گذاری، آلیاژ و سایر خواص فلز تیتانیوم، خواهد گفت ویژگی های عمومیو حقایق جالب در مورد او

از نظر ظاهر، فلز بیشتر شبیه فولاد است، اما کیفیت مکانیکی آن بالاتر است. در عین حال، تیتانیوم با وزن کم خود متمایز می شود - وزن مولکولی 22. خواص فیزیکی عنصر به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است، اما آنها به شدت به خلوص فلز بستگی دارند که منجر به انحرافات قابل توجهی می شود.

علاوه بر این، خواص شیمیایی خاص آن نیز اهمیت دارد. تیتانیوم در برابر قلیاها مقاوم است، اسید نیتریکو در عین حال به شدت با هالوژن های خشک و در دمای بالاتر با اکسیژن و نیتروژن برهمکنش می کند. بدتر از اون، در صورت وجود سطح فعال، حتی در دمای اتاق شروع به جذب هیدروژن می کند. و در مذاب آنقدر اکسیژن و هیدروژن را جذب می کند که ذوب باید در خلاء انجام شود.

ویژگی مهم دیگری که مشخصه های فیزیکی را تعیین می کند، وجود 2 فاز حالت است.

• دمای پایین- α-Ti دارای یک شبکه بسته بندی شده شش ضلعی است، چگالی ماده 4.55 گرم در مکعب است. سانتی متر (در دمای 20 درجه سانتیگراد).
• درجه حرارت بالا- β-Ti با یک شبکه مکعبی در مرکز بدن مشخص می شود، چگالی فاز، به ترتیب، کمتر - 4.32 گرم در مکعب است. (در 900 درجه سانتیگراد) را ببینید.

دمای انتقال فاز - 883 درجه سانتیگراد.

در شرایط عادی، فلز با یک فیلم اکسید محافظ پوشیده شده است. در غیاب آن، تیتانیوم یک خطر بزرگ است. بنابراین، گرد و غبار تیتانیوم می تواند منفجر شود، دمای چنین فلاش 400 درجه سانتیگراد است. تراشه های تیتانیوم ماده ای خطرناک برای آتش سوزی هستند و در محیط خاصی نگهداری می شوند.

ویدئوی زیر در مورد ساختار و خواص تیتانیوم می گوید:

خواص و ویژگی های تیتانیوم

تیتانیوم امروزه در بین تمام مواد فنی موجود بادوام ترین است، بنابراین، علیرغم سختی به دست آوردن و الزامات ایمنی بالا، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. ویژگی های فیزیکی عنصر نسبتاً غیر معمول است، اما بسیار به خلوص آن بستگی دارد. بنابراین، تیتانیوم خالص و آلیاژها به طور فعال در صنعت موشک و هواپیما استفاده می شود، در حالی که تیتانیوم فنی نامناسب است، زیرا در دماهای بالا به دلیل ناخالصی ها استحکام خود را از دست می دهد.

چگالی فلز

چگالی یک ماده با دما و فاز متفاوت است.

• در دماهای 0 تا نقطه ذوب، از 4.51 به 4.26 گرم در مکعب کاهش می یابد. سانتی متر، و در طول انتقال فاز، آن را 0.15٪ افزایش می دهید و سپس دوباره کاهش می دهید.
• چگالی فلز مایع 4.12 گرم در مکعب است. سانتی متر، و سپس با افزایش دما کاهش می یابد.

نقطه ذوب و جوش

انتقال فاز تمام خواص فلز را به کیفیت هایی که فازهای α و β می توانند نشان دهند، جدا می کند. بنابراین، چگالی تا 883 C به کیفیت فاز α، و نقطه ذوب و جوش - به پارامترهای فاز β اشاره دارد.

• نقطه ذوب تیتانیوم (بر حسب درجه) 1668+/-5 C است.
• نقطه جوش به 3227 درجه سانتیگراد می رسد.

احتراق تیتانیوم در این ویدئو مورد بحث قرار گرفته است:

ویژگی های مکانیکی

تیتانیوم حدود 2 برابر از آهن و 6 برابر قوی تر از آلومینیوم است که آن را به یک ماده ساختاری با ارزش تبدیل می کند. توان به خواص فاز α اشاره دارد.

• استحکام کششی این ماده 300-450 مگاپاسکال است. با افزودن برخی عناصر و همچنین توسل به پردازش ویژه - سخت شدن و پیری می توان این شاخص را تا 2000 مگاپاسکال افزایش داد.

جالب اینجاست که تیتانیوم استحکام ویژه بالایی را حتی در کمترین دما حفظ می کند. علاوه بر این، با کاهش دما، مقاومت خمشی افزایش می یابد: در +20 درجه سانتیگراد، نشانگر 700 مگاپاسکال و در -196 - 1100 مگاپاسکال است.

• خاصیت ارتجاعی فلز نسبتاً کم است، که این یک اشکال قابل توجه ماده است. مدول الاستیسیته در شرایط عادی 110.25 GPa. علاوه بر این، تیتانیوم با ناهمسانگردی مشخص می شود: کشش در جهات مختلف به مقادیر متفاوتی می رسد.
• سختی ماده در مقیاس HB 103 است. علاوه بر این، این شاخص میانگین است. بسته به خلوص فلز و ماهیت ناخالصی ها، سختی ممکن است بیشتر باشد.
• قدرت تسلیم مشروط 250-380 مگاپاسکال است. هرچه این شاخص بالاتر باشد، محصولات این ماده بارها را بهتر تحمل می کنند و مقاومت بیشتری در برابر سایش دارند. شاخص تیتانیوم 18 برابر بیشتر از آلومینیوم است.

در مقایسه با فلزات دیگری که دارای شبکه مشابه هستند، این فلز از شکل پذیری و چکش خواری بسیار مناسبی برخوردار است.

ظرفیت گرمایی

این فلز با هدایت حرارتی کم مشخص می شود، بنابراین، در مناطق مربوطه - به عنوان مثال، از ساخت ترموالکترود استفاده نمی شود.

• هدایت حرارتی آن 16.76 لیتر، W / (m × deg) است. این 4 برابر کمتر از آهن و 12 برابر کمتر از آهن است.
• اما ضریب انبساط حرارتی تیتانیوم در دمای معمولی ناچیز است و با افزایش دما افزایش می یابد.
• ظرفیت حرارتی فلز 0.523 کیلوژول/(کیلوگرم K) است.

مشخصات الکتریکی

همانطور که اغلب اتفاق می افتد، هدایت حرارتی پایین منجر به هدایت الکتریکی پایین می شود.

• مقاومت الکتریکی فلز بسیار بالا است - 42.1·10-6 اهم· سانتی متر در شرایط عادی. اگر رسانایی نقره را 100% در نظر بگیریم، رسانایی تیتانیوم 3.8% خواهد بود.
• تیتانیوم یک پارامغناطیس است، یعنی نمی‌توان آن را مانند آهن در میدان مغناطیسی کرد، اما از میدان بیرون رانده شد، همانطور که نمی‌شود. این خاصیت با کاهش دما به صورت خطی کاهش می یابد اما پس از عبور از حداقل مقداری افزایش می یابد. حساسیت مغناطیسی خاص 3.2 10 -6 G -1 است. لازم به ذکر است که حساسیت و همچنین کشش، ناهمسانگردی را تشکیل می دهد و بسته به جهت تغییر می کند.

در دمای 3.8 کلوین، تیتانیوم به یک ابررسانا تبدیل می شود.

مقاومت در برابر خوردگی

در شرایط عادی، تیتانیوم خواص ضد خوردگی بسیار بالایی دارد. در هوا، با لایه ای از اکسید تیتانیوم با ضخامت 5-15 میکرون پوشیده شده است که بی اثری شیمیایی عالی را فراهم می کند. این فلز در هوا، هوای دریا، آب دریا، کلر مرطوب، آب کلر و بسیاری از محلول‌ها و معرف‌های فن‌آوری دیگر خورده نمی‌شود، که باعث می‌شود این ماده در صنایع شیمیایی، کاغذ و نفت ضروری باشد.

با افزایش دما یا سنگ زنی قوی فلز، تصویر به طور چشمگیری تغییر می کند. این فلز تقریباً با تمام گازهایی که جو را تشکیل می دهند واکنش نشان می دهد و در حالت مایعهنوز آنها را جذب می کند.

ایمنی

تیتانیوم یکی از بیولوژیکی ترین فلزات است. در پزشکی، از آن برای ساخت پروتز استفاده می شود، زیرا در برابر خوردگی مقاوم است، سبک وزن و بادوام است.

دی اکسید تیتانیوم چندان ایمن نیست، اگرچه بیشتر از آن استفاده می شود - در لوازم آرایشی، صنایع غذایی، مثلا. بر اساس برخی گزارش ها - UCLA، تحقیقات پروفسور پاتولوژی رابرت شیستل، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر دستگاه ژنتیکی تأثیر می گذارد و می تواند در ایجاد سرطان نقش داشته باشد. علاوه بر این، این ماده به پوست نفوذ نمی کند، بنابراین استفاده از کرم های ضد آفتاب که حاوی دی اکسید هستند، خطری ایجاد نمی کند، اما ماده ای که به داخل بدن نفوذ می کند - با رنگ های غذایی، مکمل های بیولوژیکی، می تواند خطرناک باشد.

تیتانیوم یک فلز منحصر به فرد قوی، سخت و سبک با مواد شیمیایی بسیار جالب و مشخصات فیزیکی. این ترکیب به قدری ارزشمند است که حتی مشکلات ذوب و پالایش تیتانیوم تولیدکنندگان را متوقف نمی کند.

این ویدیو به شما می گوید که چگونه تیتانیوم را از فولاد تشخیص دهید:

تیتانیوم عنصر شیمیایی، نماد Ti (لات. تیتانیوم، کشف شده در سال 1795 سال است و به نام قهرمان حماسه یونانی تیتان نامگذاری شده است) . دارای شماره سریال 22، وزن اتمی 47.90، چگالی 4.5 گرم بر سانتی متر مکعب، نقطه ذوب 1668 درجه C، نقطه جوش 3300 درجه سانتیگراد

تیتانیوم بخشی از بیش از 70 ماده معدنی است و یکی از رایج ترین عناصر است - محتوای آن در پوسته زمینتقریباً 0.6٪ است. تیتانیوم از نظر ظاهری مشابه فولاد است. فلز خالص انعطاف پذیر است و به راحتی می توان آن را با فشار ماشین کاری کرد.

تیتانیوم در دو تغییر وجود دارد: تا 882 درجه سانتیگراد به عنوان یک اصلاحα با بسته بندی متراکم شش ضلعی شبکه کریستالیو مقاومت بالای 882 درجه سانتیگراد اصلاح شده استβ با یک شبکه مکعبی در مرکز بدنه.

تیتانیوم استحکام بالا را با چگالی کم و مقاومت در برابر خوردگی بالا ترکیب می کند. به همین دلیل، در بسیاری از موارد نسبت به مصالح ساختاری اساسی مانند فولاد مزایای قابل توجهی دارد.و آلومینیوم . تعدادی از آلیاژهای تیتانیوم دو برابر فولاد قوی تر با چگالی بسیار کمتر و مقاومت در برابر خوردگی بهتر هستند. با این حال، به دلیل رسانایی حرارتی کم، استفاده از آن برای سازه ها و قطعاتی که در شرایط اختلاف دما زیاد کار می کنند و هنگام کار بر روی خستگی حرارتی دشوار است. از معایب تیتانیوم به عنوان یک ماده ساختاری می توان به مدول الاستیسیته معمولی نسبتاً کم اشاره کرد.

مکانیکی خواص به شدت به خلوص فلز و عملیات مکانیکی و حرارتی قبلی بستگی دارد. تیتانیوم با خلوص بالا خواص پلاستیکی خوبی دارد.

خاصیت مشخصهتیتانیوم - توانایی جذب فعال گازها - اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن. این گازها تا حد مشخصی در تیتانیوم حل می شوند. ناخالصی های کوچک اکسیژن و نیتروژن باعث کاهش خواص پلاستیک تیتانیوم می شود. مخلوط جزئی هیدروژن (0.01-0.005٪) به طور قابل توجهی شکنندگی تیتانیوم را افزایش می دهد.

تیتانیوم در دماهای معمولی در هوا پایدار است. وقتی به 400-550 گرم می شود° با فلز با یک فیلم اکسید نیترید پوشیده شده است که محکم روی فلز نگه داشته شده و از اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند. در دماهای بالاتر، سرعت اکسیداسیون و انحلال اکسیژن در تیتانیوم افزایش می یابد.

تیتانیوم در دمای بالای 600 با نیتروژن برهمکنش می کند° C با تشکیل یک فیلم نیترید ( TiN) و محلول های جامد نیتروژن در تیتانیوم. نیترید تیتانیوم سختی بالایی دارد و در 2950 ذوب می شوددرجه سانتیگراد

تیتانیوم هیدروژن را جذب می کند تا محلول های جامد و هیبریدها را تشکیل دهد(TiH و TiH 2) . برخلاف اکسیژن و نیتروژن، تقریباً تمام هیدروژن جذب شده را می توان با حرارت دادن آن در خلاء در دمای 1000-1200 از تیتانیوم خارج کرد.درجه سانتیگراد

کربن و گازهای کربنی ( CO، CH 4) واکنش با تیتانیوم در دمای بالا (بیش از 1000° ج) با تشکیل کاربید تیتانیوم سخت و نسوز TiC (نقطه ذوب 3140درجه سانتی گراد ). ناخالصی کربن به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی تیتانیوم تأثیر می گذارد.

فلوئور، کلر، برم و ید با تیتانیوم در دماهای نسبتا پایین (100-200° از جانب). در این حالت هالیدهای تیتانیوم فرار تشکیل می شود.

خواص مکانیکی تیتانیوم، تا حد زیادی بیشتر از سایر فلزات، به میزان اعمال بار بستگی دارد. بنابراین، آزمایش مکانیکی تیتانیوم باید تحت شرایط دقیق‌تر و ثابت‌تری نسبت به آزمایش سایر مواد ساختاری انجام شود.

مقاومت ضربه ای تیتانیوم در بازپخت در محدوده 200-300 به طور قابل توجهی افزایش می یابد.° ج، تغییر محسوسی در سایر خواص مشاهده نمی شود. بیشترین افزایش در پلاستیسیته تیتانیوم پس از خاموش شدن از دمای بیش از دمای تبدیل چندشکل و تمپر شدن بعدی حاصل می شود.

تیتانیوم خالص متعلق به مواد مقاوم در برابر حرارت نیست، زیرا با افزایش دما مقاومت آن به شدت کاهش می یابد.

ویژگی مهم تیتانیوم توانایی آن در تشکیل محلول های جامد با گازهای اتمسفر و هیدروژن است. هنگامی که تیتانیوم در هوا گرم می شود، بر روی سطح آن، علاوه بر مقیاس معمول، لایه ای تشکیل می شود که از محلول جامد بر اساسα-Ti (لایه آلفیت) که توسط اکسیژن تثبیت می شود که ضخامت آن به دما و مدت حرارت بستگی دارد. این لایه دمای تبدیل بالاتری نسبت به لایه فلزی اصلی دارد و تشکیل آن بر روی سطح قطعات یا محصولات نیمه تمام می تواند باعث شکستگی شکننده شود.

تیتانیوم و آلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم با مقاومت بالا در برابر خوردگی در هوا، در آب شیرین طبیعی سرد و گرم، در آب دریا مشخص می‌شوند (ردی از زنگ زدگی روی صفحه تیتانیوم برای 10 سال قرار گرفتن در معرض آب دریا ظاهر نشد) مانند محلول های قلیایی، نمک های معدنی، اسیدهای آلی و ترکیبات حتی زمانی که جوشانده شوند. تیتانیوم از نظر مقاومت در برابر خوردگی مشابه فولاد ضد زنگ کروم نیکل است. در تماس با فولاد ضد زنگ و آلیاژهای مس نیکل در آب دریا خوردگی نمی کند. مقاومت بالای تیتانیوم در برابر خوردگی با تشکیل یک فیلم همگن متراکم بر روی سطح آن توضیح داده می شود که فلز را از تعامل بیشتر با محیط محافظت می کند. بنابراین، در رقیق شدهاسید سولفوریک (تا 5%) تیتانیوم در دمای اتاق پایدار است. نرخ خوردگی با افزایش غلظت اسید افزایش می‌یابد و در 40% به حداکثر می‌رسد، سپس در 60% به حداقل کاهش می‌یابد، در 80% به حداکثر دوم می‌رسد و سپس دوباره کاهش می‌یابد.

در اسید کلریدریک رقیق (5-10٪) در دمای اتاق، تیتانیوم کاملاً پایدار است. با افزایش غلظت اسید و دما، نرخ خوردگی تیتانیوم به سرعت افزایش می یابد. خوردگی تیتانیوم اسید هیدروکلریکمی توان با افزودن مقادیر کمی از عوامل اکسید کننده تا حد زیادی کاهش داد(HNO 3، KMnO 4، K 2 CrO 4، نمک های مس، آهن). تیتانیوم در اسید هیدروفلوئوریک بسیار محلول است. در محلول های قلیایی (غلظت تا 20%) در سرما و هنگام گرم شدن، تیتانیوم پایدار است.

به عنوان یک ماده ساختاری، تیتانیوم بیشترین استفاده را در هوانوردی، فناوری موشک، در ساخت کشتی ها، در ساخت ابزار و مهندسی مکانیک دارد. تیتانیوم و آلیاژهای آن ویژگی‌های استحکام بالایی را در دماهای بالا حفظ می‌کنند و بنابراین می‌توانند با موفقیت برای ساخت قطعاتی که در معرض گرمایش در دمای بالا قرار دارند، استفاده شود. بنابراین، قسمت‌های بیرونی هواپیما (ناسل‌های موتور، آیلرون‌ها، سکان‌ها) و بسیاری از اجزا و قطعات دیگر از آلیاژهای آن - از موتور گرفته تا پیچ‌ها و مهره‌ها - ساخته می‌شوند. به عنوان مثال، اگر در یکی از موتورها، پیچ های فولادی با تیتانیوم جایگزین شوند، جرم موتور تقریباً 100 کیلوگرم کاهش می یابد.

از اکسید تیتانیوم برای سفید کردن تیتانیوم استفاده می شود. چنین سفیدکاری می تواند سطحی را چندین برابر بزرگتر از همان مقدار وایت واش سرب یا روی رنگ کند. علاوه بر این، سفید تیتانیوم سمی نیست. تیتانیوم به طور گسترده در متالورژی استفاده می شود، از جمله به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت. افزودن تیتانیوم به آلیاژهای آلومینیوم، نیکل و مس استحکام آنها را افزایش می دهد. این بخشی جدایی ناپذیر از آلیاژهای سخت برای ابزار برش است و ابزارهای جراحی ساخته شده از آلیاژ تیتانیوم نیز موفق هستند. دی اکسید تیتانیوم برای پوشش الکترودهای جوشکاری استفاده می شود. تتراکلرید تیتانیوم (تتراکلرید) در امور نظامی برای ایجاد پرده های دود و در زمان صلح برای بخور دادن گیاهان در یخبندان های بهاری استفاده می شود.

در مهندسی برق و رادیو، تیتانیوم پودری به عنوان جاذب گاز استفاده می شود - هنگامی که تا 500 درجه سانتیگراد گرم می شود، تیتانیوم به شدت گازها را جذب می کند و در نتیجه خلاء بالایی در حجم بسته ایجاد می کند.

تیتانیوم در برخی موارد یک ماده ضروری است صنایع شیمیاییو در کشتی سازی قطعات در نظر گرفته شده برای پمپاژ مایعات تهاجمی، مبدل های حرارتی که در محیط های خورنده کار می کنند، دستگاه های تعلیق مورد استفاده در آندایز کردن قطعات مختلف از آن ساخته می شوند. تیتانیوم در الکترولیت ها و دیگر مایعات آبکاری بی اثر است و بنابراین برای ساخت قسمت های مختلف حمام آبکاری مناسب است. این به طور گسترده ای در ساخت تجهیزات هیدرومتالورژیکی برای کارخانه های نیکل-کبالت استفاده می شود، زیرا مقاومت بالایی در برابر خوردگی و فرسایش در تماس با دوغاب نیکل و کبالت در دما و فشار بالا دارد.

تیتانیوم در محیط های اکسید کننده پایدارترین است. در محیط احیا، تیتانیوم به دلیل تخریب لایه اکسید محافظ، به سرعت خورده می شود.

تیتانیوم فنی و آلیاژهای آن برای همه قابل قبول است روش های شناخته شدهدرمان فشار آنها را می توان در حالت های سرد و گرم نورد، مهر و موم، چین خورده، عمیق کشیده، گشاد. از تیتانیوم و آلیاژهای آن میله ها، میله ها، نوارها، پروفیل های مختلف نورد شده، لوله های بدون درز، سیم و فویل به دست می آید.

مقاومت تغییر شکل تیتانیوم بیشتر از فولادهای ساختاری یا آلیاژهای مس و آلومینیوم است. تیتانیوم و آلیاژهای آن تقریباً مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی با فشار پردازش می شوند. اغلب تیتانیوم در دمای 800-1000 درجه سانتیگراد جعل می شود. برای محافظت از تیتانیوم در برابر آلودگی گاز، عملیات حرارتی و فشاری در کمترین زمان ممکن انجام می شود. با توجه به اینکه در دمای بیش از 500 درجه سانتی گراد، هیدروژن با سرعت بالایی به تیتانیوم و آلیاژهای آن نفوذ می کند، گرمایش در یک جو اکسید کننده انجام می شود.

تیتانیوم و آلیاژهای آن مشابه فولادهای زنگ نزن درجه آستنیتی، قابلیت ماشینکاری را کاهش داده اند. در تمام انواع برش، موفقیت آمیزترین نتایج در سرعت های کم و عمق برش زیاد و همچنین هنگام استفاده از ابزارهای برش ساخته شده از فولادهای پرسرعت یا آلیاژهای سخت به دست می آید. به دلیل فعالیت شیمیایی بالای تیتانیوم در دماهای بالا، در اتمسفر گازهای بی اثر (هلیوم، آرگون) جوش داده می شود. در عین حال، لازم است که نه تنها فلز مذاب جوش از تعامل با اتمسفر و گازها، بلکه از تمام قطعات بسیار گرم محصولاتی که قرار است جوش داده شوند، محافظت شود.

برخی از مشکلات تکنولوژیکی در تولید قطعات ریخته گری از تیتانیوم و آلیاژهای آن بوجود می آیند.

/mol)

داستان

کشف دی اکسید تیتانیوم (TiO 2) تقریباً به طور همزمان و مستقل از یکدیگر توسط انگلیسی W. Gregor و شیمیدان آلمانی M. G. Klaproth انجام شد. دبلیو گرگور، با مطالعه ترکیب ماسه آهن دار مغناطیسی (کرید، کورنوال، انگلستان،)، یک "زمین" (اکسید) جدیدی از یک فلز ناشناخته را جدا کرد که او آن را menaken نامید. در سال 1795 شیمیدان آلمانی کلاپروت عنصر جدیدی را در کانی روتیل کشف کرد و نام آن را تیتانیوم گذاشت. دو سال بعد، کلاپروت ثابت کرد که روتیل و خاک مناکن اکسیدهای یک عنصر هستند و نام "تیتانیوم" پیشنهادی توسط کلاپروت در پشت آنها باقی ماند. پس از 10 سال، کشف تیتانیوم برای سومین بار اتفاق افتاد: دانشمند فرانسوی L. Vauquelin تیتانیوم را در آناتاز کشف کرد و ثابت کرد که روتیل و آناتاز اکسیدهای تیتانیوم یکسان هستند.

اولین نمونه تیتانیوم فلزی در سال 1825 توسط سوئدی J. Ya. Berzelius بدست آمد. با توجه به فعالیت شیمیایی بالای تیتانیوم و پیچیدگی تصفیه آن، هلندی A. van Arkel و I. de Boer در سال 1925 با تجزیه حرارتی بخار تیتانیوم یدید TiI 4 نمونه خالص تیتانیوم را به دست آوردند.

تیتانیوم تا زمان G. Kroll لوکزامبورگ کاربرد صنعتی پیدا نکرد (انگلیسی)روسیدر سال 1940 یک روش ساده منیزیم حرارتی برای احیای فلز تیتانیوم از تتراکلرید را ثبت نکرد. این روش (فرایند کرول (انگلیسی)روسی) همچنان یکی از اصلی ترین تولیدات صنعتی تیتانیوم است.

منشاء نام

این فلز به افتخار تایتان ها، شخصیت های اساطیر یونان باستان، فرزندان گایا نام خود را گرفت. نام این عنصر توسط مارتین کلاپروت مطابق با دیدگاه وی در مورد نامگذاری شیمیایی، برخلاف مکتب شیمی فرانسوی، که در آنجا سعی کردند عنصر را با نام آن نامگذاری کنند، داده شد. خواص شیمیایی. از آنجایی که خود محقق آلمانی به عدم امکان تعیین خواص یک عنصر جدید تنها با اکسید آن اشاره کرد، نامی را برای آن از اساطیر انتخاب کرد، به قیاس با اورانیوم که قبلاً توسط او کشف شده بود.

بودن در طبیعت

تیتانیوم دهمین میزان فراوانی در طبیعت است. محتوای پوسته زمین - 0.57٪ وزن، در آب دریا - 0.001 میلی گرم در لیتر. در سنگ های اولترابازیک 300 گرم در تن، در سنگ های بازی 9 کیلوگرم بر تن، در سنگ های اسیدی 3/2 کیلوگرم بر تن، در رس ها و شیل ها 5/4 کیلوگرم بر تن. در پوسته زمین، تیتانیوم تقریباً همیشه چهار ظرفیتی است و فقط در ترکیبات اکسیژن وجود دارد. به صورت آزاد رخ نمی دهد. تیتانیوم در شرایط جوی و بارندگی دارای میل ترکیبی ژئوشیمیایی برای Al 2 O 3 است. در بوکسیت های پوسته هوازدگی و در رسوبات رسی دریایی متمرکز شده است. انتقال تیتانیوم به صورت قطعات مکانیکی مواد معدنی و به شکل کلوئید انجام می شود. تا 30 درصد وزنی TiO 2 در برخی از رس ها تجمع می یابد. کانی های تیتانیوم در برابر هوا مقاوم هستند و غلظت های زیادی را در پلاسرها تشکیل می دهند. بیش از 100 ماده معدنی حاوی تیتانیوم شناخته شده است. مهمترین آنها عبارتند از: روتیل TiO 2 ، ایلمنیت FeTiO 3 ، تیتانومغناطیس FeTiO 3 + Fe 3 O 4 ، پروسکیت CaTiO 3 ، تیتانیت (اسفن) CaTiSiO 5. سنگ معدن تیتانیوم اولیه - ایلمنیت-تیتانومگنتیت و پلاسر - روتیل-ایلمنیت-زیرکون وجود دارد.

محل تولد

ذخایر بزرگ تیتانیوم اولیه در قلمرو آفریقای جنوبی، روسیه، اوکراین، کانادا، ایالات متحده آمریکا، چین، نروژ، سوئد، مصر، استرالیا، هند، کره جنوبی، قزاقستان قرار دارند. رسوبات آبرفتی در برزیل، هند، ایالات متحده آمریکا، سیرالئون، استرالیا یافت می شود. در کشورهای CIS مکان پیشرواز نظر ذخایر اکتشاف شده سنگ معدن تیتانیوم، فدراسیون روسیه (58.5٪) و اوکراین (40.2٪) را اشغال می کند. بزرگترین سپرده روسیه Yaregskoye است.

ذخایر و تولید

تا سال 2002، 90 درصد از تیتانیوم استخراج شده برای تولید دی اکسید تیتانیوم TiO 2 استفاده می شد. تولید جهانی دی اکسید تیتانیوم 4.5 میلیون تن در سال بود. ذخایر تایید شده دی اکسید تیتانیوم (بدون روسیه) حدود 800 میلیون تن می باشد.طبق گزارش سازمان زمین شناسی ایالات متحده در سال 2006، از نظر دی اکسید تیتانیوم و بدون احتساب روسیه، ذخایر سنگ معدن ایلمنیت 603-673 میلیون تن و روتیل است. - 49، 7-52.7 میلیون تن. بنابراین، با نرخ فعلی تولید، ذخایر ثابت شده تیتانیوم جهان (به استثنای روسیه) برای بیش از 150 سال کافی خواهد بود.

روسیه پس از چین دومین ذخایر بزرگ تیتانیوم جهان را دارد. پایه منابع معدنی تیتانیوم در روسیه شامل 20 ذخایر (که 11 ذخایر اولیه و 9 مورد آبرفتی هستند) به طور نسبتاً مساوی در سراسر کشور پراکنده شده است. بزرگترین ذخایر اکتشاف شده (Yaregskoye) در 25 کیلومتری شهر اوختا (جمهوری کومی) قرار دارد. ذخایر این کانسار 2 میلیارد تن سنگ معدن با میانگین دی اکسید تیتانیوم حدود 10 درصد برآورد شده است.

بزرگترین تولید کننده تیتانیوم در جهان، شرکت روسی VSMPO-AVISMA است.

اعلام وصول

به عنوان یک قاعده، ماده اولیه برای تولید تیتانیوم و ترکیبات آن دی اکسید تیتانیوم با مقدار نسبتا کمی ناخالصی است. به طور خاص، می تواند یک کنسانتره روتیل باشد که در طی استخراج سنگ معدن تیتانیوم به دست می آید. با این حال، ذخایر روتیل در جهان بسیار محدود است و به اصطلاح روتیل مصنوعی یا سرباره تیتانیوم که در طی فرآوری کنسانتره ایلمنیت به دست می آید، بیشتر استفاده می شود. برای به دست آوردن سرباره تیتانیوم، کنسانتره ایلمنیت در یک کوره قوس الکتریکی احیا می شود، در حالی که آهن به یک فاز فلزی (چدن) جدا می شود و اکسیدهای تیتانیوم احیا نشده و ناخالصی ها یک فاز سرباره را تشکیل می دهند. سرباره غنی به روش کلرید یا اسید سولفوریک فرآوری می شود.

کنسانتره سنگ معدن تیتانیوم در معرض اسید سولفوریک یا فرآوری پیرومتالورژیکی قرار می گیرد. محصول تیمار اسید سولفوریک پودر دی اکسید تیتانیوم TiO 2 است. با استفاده از روش پیرومتالورژیکی، سنگ معدن با کک تف جوشی شده و با کلر تصفیه می شود و یک جفت تیتانیوم تتراکلرید TiCl 4 به دست می آید:

بخارات TiCl 4 تشکیل شده در دمای 850 درجه سانتیگراد با منیزیم کاهش می یابد:

علاوه بر این، فرآیند به اصطلاح FFC Cambridge، که به نام توسعه دهندگان آن درک فری، تام فارتینگ و جورج چن از دانشگاه کمبریج، جایی که ایجاد شد، نامگذاری شده است، اکنون شروع به محبوبیت می کند. این فرآیند الکتروشیمیایی امکان احیای مستقیم مستمر تیتانیوم از اکسید در مخلوط مذاب کلرید کلسیم و آهک زنده (اکسید کلسیم) را فراهم می کند. این فرآیند از یک حمام الکترولیتی پر شده با مخلوطی از کلرید کلسیم و آهک، با یک آند قربانی گرافیت (یا خنثی) و یک کاتد ساخته شده از یک اکسید استفاده می‌کند. هنگامی که جریان از حمام عبور می کند، دما به سرعت به 1000-1100 درجه سانتیگراد می رسد و مذاب اکسید کلسیم در آند به اکسیژن و کلسیم فلزی تجزیه می شود:

اکسیژن حاصل، آند را اکسید می کند (در صورت استفاده از گرافیت)، و کلسیم در مذاب به کاتد مهاجرت می کند، جایی که تیتانیوم را از اکسید آن بازیابی می کند:

اکسید کلسیم حاصل دوباره به اکسیژن و کلسیم فلزی تجزیه می شود و این فرآیند تا تبدیل کامل کاتد به اسفنج تیتانیوم یا تخلیه اکسید کلسیم تکرار می شود. کلرید کلسیم در این فرآیند به عنوان یک الکترولیت برای انتقال رسانایی الکتریکی به مذاب و تحرک یون‌های فعال کلسیم و اکسیژن استفاده می‌شود. هنگام استفاده از آند بی اثر (مثلاً دی اکسید قلع)، به جای دی اکسید کربن، اکسیژن مولکولی در آند آزاد می شود که آلودگی کمتری دارد. محیطبا این حال، فرآیند در این حالت پایدارتر می شود و علاوه بر این، تحت شرایط خاص، تجزیه کلرید به جای اکسید کلسیم، از نظر انرژی مطلوب تر می شود که منجر به آزاد شدن کلر مولکولی می شود.

"اسفنج" تیتانیوم حاصل ذوب شده و خالص می شود. تیتانیوم با روش یدید یا الکترولیز تصفیه می شود و TiCl4 را از TiCl جدا می کند. برای به دست آوردن شمش تیتانیوم از پردازش قوس، پرتو الکترونی یا پلاسما استفاده می شود.

مشخصات فیزیکی

تیتانیوم فلزی سبک و سفید نقره ای است. تحت فشار معمولی، در دو تغییر کریستالی وجود دارد: α-Ti دمای پایین با یک شبکه بسته شش ضلعی نزدیک (سیستم شش ضلعی، گروه فضایی) سی 6mmc، پارامترهای سلولی آ= 0.2953 نانومتر, ج= 0.4729 نانومتر, ز = 2 ) و β-Ti با دمای بالا با بسته بندی مکعبی متمرکز بر بدن (سنگونی مکعبی، گروه فضایی من هستم 3متر، پارامترهای سلولی آ= 0.3269 نانومتر, ز = 2 )، دمای انتقال α↔β 883 درجه سانتی گراد، گرمای انتقال Δ اچ\u003d 3.8 kJ / mol (87.4 kJ / kg). اکثر فلزات، هنگامی که در تیتانیوم حل می شوند، فاز β را تثبیت می کنند و دمای انتقال α↔β را کاهش می دهند. در فشارهای بالاتر از 9 گیگا پاسکال و دمای بالای 900 درجه سانتیگراد، تیتانیوم به فاز شش ضلعی (ω - Ti) عبور می کند. چگالی α-Ti و β-Ti به ترتیب 4.505 g/cm³ (در دمای 20 درجه سانتی گراد) و 4.32 g/cm³ (در دمای 900 درجه سانتی گراد) است. چگالی اتمی α-تیتانیوم 5.67⋅1022 at/cm³ است.

نقطه ذوب تیتانیوم در فشار معمولی 2 ± 1670 درجه سانتی گراد یا 2 ± 1943 کلوین است (به عنوان یکی از نقاط کالیبراسیون ثانویه مقیاس دمایی ITS-90 در نظر گرفته شده است. (انگلیسی)روسی) . نقطه جوش 3287 درجه سانتیگراد. در دمای به اندازه کافی پایین (80- درجه سانتیگراد)، تیتانیوم کاملا شکننده می شود. ظرفیت حرارتی مولی در شرایط عادی Cp= 25.060 kJ/(mol K)که مربوط به ظرفیت گرمایی ویژه 0.523 کیلوژول بر (کیلوگرم K) است. گرمای همجوشی 15 کیلوژول بر مول، گرمای تبخیر 410 کیلوژول بر مول. دمای مشخصه Debye 430 K است. هدایت حرارتی 21.9 W/(m K) در 20 درجه سانتی گراد. ضریب دمایی انبساط خطی 9.2 10 -6 K-1 در محدوده 120- تا +860 درجه سانتیگراد است. آنتروپی مولی α-تیتانیوم اس 0 \u003d 30.7 کیلوژول / (مول K). برای تیتانیوم در فاز گاز، آنتالپی تشکیل Δ اچ0
f= 473.0 کیلوژول بر مول، انرژی گیبس Δ جی0
f= 428.4 کیلوژول بر مولآنتروپی مولی اس 0 \u003d 180.3 کیلوژول / (مول K)ظرفیت گرمایی در فشار ثابت Cp= 24.4 کیلوژول/(مول K)

پلاستیک، جوش داده شده در فضای بی اثر. ویژگی های استحکام کمی به دما وابسته است، اما به شدت به خلوص و پیش تصفیه بستگی دارد. برای تیتانیوم فنی، سختی ویکرز 790-800 مگاپاسکال، مدول الاستیسیته معمولی 103 گیگا پاسکال و مدول برشی 39.2 گیگا پاسکال است. تیتانیوم با خلوص بالا پیش پخت در خلاء دارای استحکام تسلیم 140-170 مگاپاسکال، ازدیاد طول نسبی 55-70 درصد، سختی برینل 716 مگاپاسکال است.

ویسکوزیته بالایی دارد، در حین ماشینکاری مستعد چسبیدن به ابزار برش است و بنابراین لازم است که روکش های ویژه ای روی ابزار اعمال شود، روان کننده های مختلف.

در دمای معمولی، با یک فیلم غیرفعال کننده محافظ اکسید TiO 2 پوشیده شده است که به همین دلیل در اکثر محیط ها (به جز قلیایی) در برابر خوردگی مقاوم است.

خواص شیمیایی

به راحتی حتی با اسیدهای ضعیف در حضور عوامل کمپلکس کننده، به عنوان مثال، با اسید هیدروفلوریکبه دلیل تشکیل آنیون کمپلکس 2- تعامل دارد. تیتانیوم در محیط های آلی بیشتر به خوردگی حساس است، زیرا در حضور آب یک فیلم غیرفعال متراکم از اکسیدها و هیدرید تیتانیوم روی سطح محصول تیتانیوم تشکیل می شود. محسوس ترین افزایش مقاومت به خوردگی تیتانیوم با افزایش محتوای آب در یک محیط تهاجمی از 0.5 به 8.0٪ قابل توجه است که توسط مطالعات الکتروشیمیایی پتانسیل های الکترود تیتانیوم در محلول های اسیدها و قلیاها در آب مخلوط تأیید شده است. - رسانه های ارگانیک

هنگامی که در هوا تا 1200 درجه سانتیگراد گرم می شود، Ti با شعله سفید روشن با تشکیل فازهای اکسیدی با ترکیب متغیر TiOx مشتعل می شود. هیدروکسید TiO(OH) 2 · xH 2 O از محلول های نمک های تیتانیوم رسوب می کند که با تکلیس دقیق آن اکسید TiO 2 به دست می آید. هیدروکسید TiO(OH) 2 xH 2 O و دی اکسید TiO 2 آمفوتریک هستند.

هنگامی که تیتانیوم با کربن تعامل می کند، کاربید تیتانیوم Ti x C x (x \u003d Ti 20 C 9 - TiC تشکیل می شود.

• تیتانیوم به شکل آلیاژ مهمترین ماده ساختاری در هواپیما، موشک و کشتی سازی است.
• این فلز در صنایع شیمیایی (راکتورها، خطوط لوله، پمپ ها، اتصالات لوله)، صنایع نظامی (زره بدنه، زره و موانع آتش در هوانوردی، بدنه زیردریایی)، فرآیندهای صنعتی (کارخانه های نمک زدایی، فرآیندهای خمیر و کاغذ)، صنعت خودروسازی استفاده می شود. ، صنعت کشاورزی، صنایع غذایی، لوازم ورزشی، جواهرات، تلفن های همراه، آلیاژهای سبک و غیره
• تیتانیوم از نظر فیزیولوژیکی خنثی است، به همین دلیل در پزشکی (پروتز، استئوپروتز، ایمپلنت دندان)، در ابزارهای دندانپزشکی و ریشه و جواهرات سوراخ‌کننده استفاده می‌شود.
• ریخته گری تیتانیوم در کوره های خلاء در قالب های گرافیت انجام می شود. ریخته گری سرمایه گذاری خلاء نیز استفاده می شود. به دلیل مشکلات فنی در ریخته گری هنری، به میزان محدودی از آن استفاده می شود. اولین مجسمه یادبود ساخته شده از تیتانیوم در جهان، بنای یادبود یوری گاگارین در میدانی به نام او در مسکو است.
• تیتانیوم افزودنی آلیاژی در بسیاری از فولادهای آلیاژی و بیشتر آلیاژهای خاص است. چی؟] .
• نیتینول (نیکل-تیتانیوم) یک آلیاژ حافظه دار است که در پزشکی و فناوری استفاده می شود.
• آلومینیدهای تیتانیوم بسیار مقاوم در برابر اکسیداسیون و مقاوم در برابر حرارت هستند که به نوبه خود استفاده از آنها را در صنعت هوانوردی و خودروسازی به عنوان مواد ساختاری تعیین می کند.
• تیتانیوم یکی از رایج ترین ها است

تیتانیوم چهارمین رایج ترین در تولید است، اما تکنولوژی کارآمداستخراج آن تنها در دهه 40 قرن گذشته توسعه یافت. این فلز نقره ای رنگ است که با وزن مخصوص کم و ویژگی های منحصر به فرد مشخص می شود. برای تجزیه و تحلیل میزان توزیع در صنعت و سایر مناطق، لازم است خواص تیتانیوم و دامنه آلیاژهای آن بیان شود.

ویژگی های اصلی

این فلز وزن مخصوص پایینی دارد - تنها 4.5 گرم در سانتی متر مکعب. خواص ضد خوردگی به دلیل یک لایه اکسیدی پایدار است که روی سطح تشکیل شده است. با توجه به این کیفیت، تیتانیوم در طول قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آب، اسید هیدروکلریک، خواص خود را تغییر نمی دهد. مناطق آسیب دیده به دلیل استرس که مشکل اصلی فولاد است، ایجاد نمی شود.

تیتانیوم در شکل خالص خود دارای ویژگی ها و ویژگی های زیر است:

• نقطه ذوب اسمی - 1660 ° С.
• تحت تأثیر حرارتی +3 227 درجه سانتیگراد جوش.
• استحکام کششی - تا 450 مگاپاسکال؛
• با شاخص کشش کم - تا 110.25 GPa مشخص می شود.
• در مقیاس HB، سختی 103 است.
• استحکام تسلیم یکی از بهینه ترین ها در بین فلزات است - تا 380 مگاپاسکال.
• هدایت حرارتی تیتانیوم خالص بدون مواد افزودنی - 16.791 W / m * C؛
• حداقل ضریب انبساط حرارتی؛
• این عنصر یک پارامغناطیس است.

برای مقایسه، استحکام این ماده 2 برابر آهن خالص و 4 برابر آلومینیوم است. تیتانیوم همچنین دارای دو فاز چندشکلی است - دمای پایین و دمای بالا.

برای نیازهای صنعتی، تیتانیوم خالص به دلیل هزینه بالا و عملکرد مورد نیاز استفاده نمی شود. برای افزایش سفتی، اکسیدها، هیبریدها و نیتریدها به ترکیب اضافه می شوند. به ندرت ویژگی های مواد را برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی تغییر دهید. انواع اصلی مواد افزودنی برای به دست آوردن آلیاژها: فولاد، نیکل، آلومینیوم. در برخی موارد، عملکرد یک جزء اضافی را انجام می دهد.

مناطق استفاده

تیتانیوم با توجه به پارامترهای وزن مخصوص و قدرت کم، به طور گسترده در صنایع هوایی و فضایی استفاده می شود. به عنوان ماده اصلی ساختاری در شکل خالص آن استفاده می شود. در موارد خاص با کاهش مقاومت حرارتی آلیاژهای ارزان تری ساخته می شود. در عین حال، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت مکانیکی آن بدون تغییر باقی می ماند.

علاوه بر این، مواد با افزودنی های تیتانیوم در زمینه های زیر کاربرد دارند:

• صنایع شیمیایی. مقاومت آن در برابر تقریباً تمام رسانه های تهاجمی، به جز اسیدهای آلی، ساخت تجهیزات پیچیده با شاخص های خوب عمر سرویس بدون نیاز به تعمیر را ممکن می سازد.
• تولید خودرو. دلیل آن وزن مخصوص و مقاومت مکانیکی کم است. قاب ها یا عناصر سازه ای باربر از آن ساخته می شوند.
• دارو. برای اهداف خاص، از آلیاژ نیتینول ویژه (تیتانیوم و نیکل) استفاده می شود. ویژگی متمایز آن حافظه شکل است. برای کاهش بار بیماران و به حداقل رساندن احتمال تاثیر منفیبر روی بدن، بسیاری از آتل های پزشکی و دستگاه های مشابه از تیتانیوم ساخته شده اند.
• در صنعت، از فلز برای ساخت کیس ها و عناصر فردی تجهیزات استفاده می شود.
• جواهر سازیساخته شده از تیتانیوم ظاهر و کیفیت منحصر به فردی دارد.

در بیشتر موارد، مواد در کارخانه پردازش می شوند. اما تعدادی استثنا وجود دارد - با دانستن خواص این ماده، بخشی از کار برای تغییر ظاهر محصول و ویژگی های آن را می توان در کارگاه خانگی انجام داد.

ویژگی های پردازش

برای دادن شکل مطلوب به محصول، لازم است از تجهیزات ویژه - ماشین تراش و فرز استفاده شود. برش دستی یا آسیاب تیتانیوم به دلیل سختی آن امکان پذیر نیست. علاوه بر انتخاب قدرت و سایر ویژگی های تجهیزات، لازم است ابزارهای برش مناسب را انتخاب کنید: فرز، برش، ریمر، مته و غیره.

این تفاوت های ظریف زیر را در نظر می گیرد:

• براده های تیتانیوم بسیار قابل اشتعال هستند. لازم است سطح قطعه را با فشار خنک کنید و با حداقل سرعت کار کنید.
• خم شدن محصول فقط پس از گرم شدن اولیه سطح انجام می شود. در غیر این صورت، احتمالاً ترک ها ظاهر می شوند.
• جوشکاری. شرایط خاص باید رعایت شود.

تیتانیوم یک ماده منحصر به فرد با عملکرد خوب و خواص فنی است. اما برای پردازش آن، باید ویژگی های فناوری و مهمتر از همه، اقدامات احتیاطی ایمنی را بدانید.

کاربردهای تیتانیوم

با موجود قیمت های بالاروی تیتانیوم، عمدتاً برای تولید تجهیزات نظامی استفاده می شود نقش اصلیمربوط به هزینه نیست، بلکه به مشخصات فنی مربوط می شود. با این حال، موارد استفاده شناخته شده وجود دارد خواص منحصر به فردتیتانیوم برای نیازهای عمرانی با کاهش قیمت تیتانیوم و رشد تولید آن، استفاده از این فلز در مقاصد نظامی و غیرنظامی بیشتر و بیشتر خواهد شد.
هواپیمایی. وزن مخصوص کم و استحکام بالا (مخصوصاً در دماهای بالا) تیتانیوم و آلیاژهای آن، آنها را به مواد هوایی بسیار ارزشمند تبدیل کرده است. در زمینه ساخت هواپیما و تولید موتور هواپیما، تیتانیوم به طور فزاینده ای جایگزین آلومینیوم و فولاد ضد زنگ می شود. با افزایش دما، آلومینیوم به سرعت استحکام خود را از دست می دهد. از سوی دیگر، تیتانیوم در دماهای تا 430 درجه سانتیگراد دارای مزیت استحکام واضحی است و دماهای بالا از این درجه در سرعت های بالا به دلیل گرمایش آیرودینامیکی رخ می دهد. مزیت جایگزینی فولاد با تیتانیوم در هوانوردی کاهش وزن بدون کاهش قدرت است. کاهش کلی وزن با افزایش عملکرد در دماهای بالا باعث افزایش بار، برد و قابلیت مانور هواپیما می شود. این تلاش‌ها را با هدف گسترش استفاده از تیتانیوم در ساخت هواپیما در ساخت موتور، ساخت بدنه، ساخت پوسته‌ها و حتی بست‌ها توضیح می‌دهد.
در ساخت موتورهای جت، تیتانیوم عمدتاً برای ساخت پره های کمپرسور، دیسک های توربین و بسیاری از قطعات مهر شده دیگر استفاده می شود. در اینجا، تیتانیوم جایگزین فولادهای آلیاژی ضد زنگ و عملیات حرارتی شده است. صرفه جویی یک کیلوگرمی در وزن موتور به دلیل سبک شدن بدنه تا 10 کیلوگرم در وزن کل هواپیما صرفه جویی می کند. در آینده برنامه ریزی شده است که از ورق تیتانیوم برای ساخت محفظه های محفظه های احتراق موتور استفاده شود.
در ساخت هواپیما، تیتانیوم به طور گسترده برای قطعات بدنه که در دمای بالا کار می کنند استفاده می شود. ورق تیتانیوم برای ساخت انواع روکش ها، غلاف محافظ کابل ها و راهنماهای پرتابه استفاده می شود. عناصر سفت کننده مختلف، قاب بدنه، دنده ها و غیره از ورق های تیتانیوم آلیاژی ساخته شده اند.
پوشش ها، فلپ ها، پوسته های محافظبرای کابل ها و راهنماهای پرتابه ها از تیتانیوم بدون آلیاژ ساخته شده اند. تیتانیوم آلیاژی برای ساخت قاب بدنه، قاب ها، خطوط لوله و موانع آتش استفاده می شود.
تیتانیوم به طور فزاینده ای در ساخت هواپیماهای F-86 و F-100 استفاده می شود. در آینده از تیتانیوم برای ساخت درهای ارابه فرود، لوله کشی هیدرولیک، لوله ها و نازل های اگزوز، اسپارها، فلپ ها، پایه های تاشو و غیره استفاده خواهد شد.
از تیتانیوم می توان برای ساخت صفحات زره، تیغه های پروانه و جعبه های پوسته استفاده کرد.
در حال حاضر از تیتانیوم در ساخت هواپیماهای نظامی داگلاس X-3 برای پوست، جمهوری F-84F، Curtiss-Wright J-65 و Boeing B-52 استفاده می شود.
از تیتانیوم در ساخت هواپیماهای مدنی DC-7 نیز استفاده می شود. شرکت داگلاس با جایگزینی آلیاژهای آلومینیوم و فولاد ضد زنگ با تیتانیوم در ساخت ناسل موتور و موانع آتش، در حال حاضر به صرفه جویی در وزن ساختار هواپیما حدود 90 کیلوگرم دست یافته است. در حال حاضر وزن قطعات تیتانیومی در این هواپیما 2 درصد است و پیش بینی می شود این رقم به 20 درصد وزن کل هواپیما افزایش یابد.
استفاده از تیتانیوم باعث کاهش وزن هلیکوپترها می شود. ورق تیتانیوم برای کف و درب استفاده می شود. کاهش قابل توجهی در وزن هلیکوپتر (حدود 30 کیلوگرم) با جایگزینی فولاد آلیاژی با تیتانیوم برای پوشش تیغه های روتورهای آن حاصل شد.
نیروی دریایی. مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم و آلیاژهای آن آنها را به یک ماده بسیار ارزشمند در دریا تبدیل می کند. وزارت نیروی دریایی ایالات متحده به طور گسترده در حال بررسی مقاومت به خوردگی تیتانیوم در برابر قرار گرفتن در معرض گازهای دودکش، بخار، نفت و آب دریا است. استحکام ویژه بالای تیتانیوم تقریباً به همان اندازه در امور دریایی اهمیت دارد.
وزن مخصوص کم فلز همراه با مقاومت در برابر خوردگی، قدرت مانور و برد کشتی ها را افزایش می دهد و همچنین هزینه نگهداری قطعه مادی و تعمیر آن را کاهش می دهد.
کاربردهای تیتانیوم در نیروی دریایی شامل صدا خفه کن برای موتورهای دیزل زیردریایی، دیسک های ابزار، لوله های جدار نازک برای کندانسورها و مبدل های حرارتی است. به گفته کارشناسان، تیتانیوم مانند هیچ فلز دیگری قادر است عمر صدا خفه کن اگزوز را افزایش دهد. زیردریایی ها. برای دیسک‌های گیج که در معرض آب نمک، بنزین یا روغن قرار دارند، تیتانیوم دوام بهتری خواهد داشت. امکان استفاده از تیتانیوم برای ساخت لوله‌های مبدل حرارتی که باید در آب دریا مقاوم در برابر خوردگی بوده و لوله‌ها را از بیرون شستشو می‌دهد و در عین حال اثرات میعانات خروجی خروجی داخل آن‌ها را تحمل کند، در حال بررسی است. امکان ساخت آنتن ها و اجزای تاسیسات راداری از تیتانیوم که لازم است در برابر اثرات گازهای دودکش و آب دریا مقاوم باشند در حال بررسی است. از تیتانیوم می توان برای تولید قطعاتی مانند شیر، پروانه، قطعات توربین و ... نیز استفاده کرد.
توپخانه. ظاهراً بزرگترین مصرف کننده بالقوه تیتانیوم ممکن است توپخانه باشد، جایی که تحقیقات فشرده در حال حاضر بر روی نمونه های اولیه مختلف در حال انجام است. با این حال، در این زمینه، تولید تنها قطعات منفرد و قطعات ساخته شده از تیتانیوم استاندارد شده است. استفاده نسبتاً محدود از تیتانیوم در توپخانه با گستره تحقیقات وسیع با هزینه بالای آن توضیح داده می شود.
مورد تحقیق قرار گرفته اند جزئیات مختلفتجهیزات توپخانه از نظر امکان جایگزینی مواد معمولی با تیتانیوم مشروط به کاهش قیمت تیتانیوم. توجه اصلی به قطعاتی بود که کاهش وزن برای آنها ضروری است (قطعاتی که با دست حمل می شوند و با هوا حمل می شوند).
صفحه پایه ملات ساخته شده از تیتانیوم به جای فولاد. با چنین جایگزینی و پس از تغییراتی، به جای یک صفحه فولادی از دو نیمه با وزن کل 22 کیلوگرم، می توان یک قطعه به وزن 11 کیلوگرم ایجاد کرد. به لطف این جایگزینی امکان کاهش تعداد پرسنل خدماتی از سه نفر به دو نفر وجود دارد. امکان استفاده از تیتانیوم برای ساخت شعله گیر تفنگی در حال بررسی است.
پایه های تفنگ ساخته شده از تیتانیوم، صلیب های کالسکه و سیلندرهای عقب نشینی در حال آزمایش هستند. تیتانیوم را می توان به طور گسترده در تولید پرتابه های هدایت شونده و موشک استفاده کرد.
اولین مطالعات روی تیتانیوم و آلیاژهای آن امکان ساخت صفحات زرهی از آنها را نشان داد. با توجه به این مطالعات، جایگزینی زره ​​فولادی (ضخامت 12.7 میلی متر) با زره تیتانیومی با همان مقاومت پرتابه (ضخامت 16 میلی متر) باعث می شود تا 25 درصد در وزن صرفه جویی شود.
آلیاژهای تیتانیوم باکیفیت به امکان جایگزینی صفحات فولادی با صفحات تیتانیوم با ضخامت مساوی امید می دهد که تا 44٪ در وزن صرفه جویی می کند. استفاده صنعتی از تیتانیوم باعث مانور بیشتر، افزایش برد حمل و نقل و دوام اسلحه می شود. سطح مدرنتوسعه حمل و نقل هواییمزایای خودروهای زرهی سبک و سایر وسایل نقلیه ساخته شده از تیتانیوم را آشکار می کند. وزارت توپخانه در نظر دارد در آینده نیروهای پیاده نظام را به کلاه ایمنی، سرنیزه، نارنجک انداز و شعله افکن های دستی ساخته شده از تیتانیوم مجهز کند. آلیاژ تیتانیوم برای اولین بار در توپخانه برای ساخت پیستون برخی از اسلحه های اتوماتیک استفاده شد.
حمل و نقل. بسیاری از مزایای استفاده از تیتانیوم در تولید مواد زرهی در مورد وسایل نقلیه نیز صدق می کند.
جایگزینی مواد ساختاری که در حال حاضر توسط شرکت های مهندسی حمل و نقل مصرف می شود با تیتانیوم باید منجر به کاهش مصرف سوخت، افزایش ظرفیت بارگیری، افزایش حد خستگی قطعات مکانیزم میل لنگ و غیره شود. راه آهنکاهش وزن مرده ضروری است. کاهش قابل توجه وزن کل وسایل نورد به دلیل استفاده از تیتانیوم باعث صرفه جویی در کشش، کاهش ابعاد گردن و جعبه های محور می شود.
وزن برای تریلرها نیز مهم است. در اینجا، جایگزینی فولاد با تیتانیوم در تولید محورها و چرخ ها نیز ظرفیت بار را افزایش می دهد.
تمام این فرصت ها با کاهش قیمت تیتانیوم از 15 به 2-3 دلار در هر پوند محصولات نیمه تمام تیتانیوم قابل تحقق است.
صنایع شیمیایی. در تولید تجهیزات صنایع شیمیایی بیشترین اهمیتدارای مقاومت در برابر خوردگی فلز است. همچنین کاهش وزن و افزایش استحکام تجهیزات ضروری است. منطقاً باید فرض کرد که تیتانیوم می‌تواند مزایای زیادی در تولید تجهیزات برای انتقال اسیدها، قلیاها و نمک‌های معدنی از آن داشته باشد. امکانات اضافی برای استفاده از تیتانیوم در تولید تجهیزاتی مانند مخازن، ستون‌ها، فیلترها و انواع سیلندرهای پرفشار در حال باز شدن است.
استفاده از لوله های تیتانیومی می تواند کارایی کویل های گرمایشی را در اتوکلاوهای آزمایشگاهی و مبدل های حرارتی بهبود بخشد. کاربرد تیتانیوم برای تولید سیلندرهایی که گازها و مایعات در آنها به مدت طولانی تحت فشار ذخیره می شوند، با استفاده در میکروآنالیز محصولات احتراق به جای لوله شیشه ای سنگین تر (در قسمت بالای تصویر) مشهود است. به دلیل ضخامت دیواره کوچک و وزن مخصوص کم، این لوله را می توان روی ترازوی تحلیلی کوچکتر و حساس تر وزن کرد. در اینجا، ترکیب سبکی و مقاومت در برابر خوردگی، دقت تجزیه و تحلیل شیمیایی را بهبود می بخشد.
برنامه های کاربردی دیگر. استفاده از تیتانیوم در صنایع غذایی، نفت و برق و همچنین برای ساخت ابزارهای جراحی و در خود جراحی مفید است.
میزهای تهیه غذا، میزهای بخارپز ساخته شده از تیتانیوم از نظر کیفیت نسبت به محصولات فولادی برتری دارند.
در صنعت حفاری نفت و گاز، مبارزه با خوردگی از اهمیت بالایی برخوردار است، بنابراین استفاده از تیتانیوم امکان تعویض میله های تجهیزات خوردگی را کمتر می کند. در تولید کاتالیزوری و برای ساخت خطوط لوله نفت، استفاده از تیتانیوم مطلوب است که خواص مکانیکی را در دماهای بالا حفظ می کند و مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارد.
در صنعت برق، تیتانیوم به دلیل استحکام خاص خوب، بالا، می تواند برای کابل های زرهی استفاده شود مقاومت الکتریکیو خواص غیر مغناطیسی
در صنایع مختلف، اتصال دهنده های یک شکل ساخته شده از تیتانیوم شروع به استفاده می کنند. گسترش بیشتر استفاده از تیتانیوم برای ساخت ابزار جراحی، عمدتاً به دلیل مقاومت در برابر خوردگی آن امکان پذیر است. ابزارهای تیتانیومی از این نظر نسبت به ابزارهای جراحی معمولی برتری دارند. جوشاندن مکرریا اتوکلاو
در زمینه جراحی، تیتانیوم بهتر از ویتالیوم و فولادهای زنگ نزن است. وجود تیتانیوم در بدن کاملا قابل قبول است. صفحه و پیچ های ساخته شده از تیتانیوم برای چسباندن استخوان ها به مدت چندین ماه در بدن حیوان بود و استخوان در نخ های پیچ ها و به سوراخ صفحه رشد کرد.
مزیت تیتانیوم همچنین در این واقعیت است که بافت ماهیچه ای روی صفحه تشکیل می شود.