Metallprofil: Titanegenskaper och egenskaper

Titan är en stark och lätt eldfast metall. Titanlegeringar är avgörande för flygindustrin men används också på grund av sina många unika egenskaper i medicinska, kemiska och militära applikationer samt i sportartiklar.

Egenskaper:

• Atomic Symbol: Ti
• Atomnummer: 22
• Element Kategori: Övergångsmetall
• Densitet: 4. 506 / cm3
• Smältpunkt: 3034 ° F (1668 ° C )
• Kokpunkt: 5949 ° F (3287 ° C)

• Mohs Hårdhet: 6

Egenskaper:

Legeringar som innehåller titan är kända för sin höghållfasta, lätta och exceptionella korrosionsbeständighet.

Även om titan är lika stark som stål är titan ca 40% lättare, vilket tillsammans med dess motståndskraft mot kavitation och erosion gör det till en väsentlig strukturell metall för rymdtekniker.

Titan är också formidabelt i sitt motstånd mot korrosion av både vatten och kemiska medier. Det gör detta genom att bilda ett tunt lager av titandioxid (TiO2) på ytan som är extremt svårt för att dessa material tränger in.

Att ha en låg elasticitetsmodul innebär att titan inte är också mycket flexibel men återgår till sin ursprungliga form efter böjning, vilket resulterar i dess betydelse för att forma minneslegeringar.

Titan är icke-magnetisk och biokompatibel (giftfri, icke-allergiframkallande), vilket har lett till ökad användning inom det medicinska området.

Historia:

Användningen av titanmetall, i vilken form som helst, är bara riktigt utvecklad efter andra världskriget.

Faktum är att titan inte isolerades som en metall förrän den amerikanska kemisten Matthew Hunter producerade den genom att reducera titantetraklorid (TiCl4) med natrium i 1910; En metod som nu kallas Hunter-processen.

Kommersiell produktion kom dock inte förrän efter William Justin Kroll visade att titan också kunde reduceras från klorid med magnesium i 1930-talet.

Krollprocessen är den viktigaste kommersiella produktionsmetoden till denna dag.

Efter att en kostnadseffektiv produktionsmetod utvecklades var titans första stora användning i militära flygplan. Både sovjetiska och amerikanska militärflygplan och ubåtar (t.ex. Sovjet Alfa och Ubic Class-ubåtar och USAF F100 Super Saber och Lockheed A-12), konstruerade på 1950- och 1960-talet, började använda titanlegeringar. I början av 1960-talet började titanlegeringar också användas av kommersiella flygplanstillverkare.

Det medicinska fältet, särskilt dentala implantat och proteser, vaknade till titans nyttan efter att svenska läkaren Per-Ingvar Brånemarks studier från 1950-talet visade att titan inte utlöser något negativt immunsvar hos människor, vilket gör att metallen kan integreras i våra kroppar i en process som han kallade osseointegration .

Produktion:

Även om titan är det fjärde vanligaste metallelementet i jordskorpan (bakom aluminium, järn och magnesium) är titanmetall extremt känslig för förorening, särskilt genom syre, vilket står för dess relativt senaste utveckling och hög kostnad.

Huvudmalmerna i primärproduktionen av titan är ilmenit, vilket står för cirka 90% av produktionen och rutil, som står för resterande 10%.

Omkring 6 miljoner ton titanmineralkoncentrat framställdes 2010, men endast en liten del (ca 5%) titankoncentrat som produceras varje år slutligen hamnar i titanmetall. Istället används de flesta för produktion av titandioxid (TiO2), ett blekningspigment som används i färger, livsmedel, läkemedel och kosmetika.

I det första steget i Kroll-processen krossas titanmalm och upphettas med kokskol i en kloratmosfär för att producera titantetraklorid (TiCl4). Kloriden fångas sedan och skickas genom en kondensor, vilket ger en titankloridvätska som är mer 99% ren.

Titantetrakloriden skickas sedan direkt till kärl innehållande smält magnesium. För att undvika syreförorening görs detta inert genom tillsats av argongas.

Under den resulterande destillationsprocessen, vilken kan ta ett antal dagar, värms kärlet till 1832 ° F (1000 ° C). Magnesium reagerar med titankloriden, avlägsnar kloriden och producerar elementärt titan och magnesiumklorid.

Det fibrösa titan som produceras som ett resultat kallas titansvamp. För att producera titanlegeringar och titanhaltar med hög renhet kan titansvamp smälta med olika legeringselement med hjälp av elektronstråle, plasmabåg eller vakuumbågsmältning.

I hopp om att minska titans extraktionskostnader fortsätter elektrolytiska och andra processer för produktion av titanmetall aktivt att undersökas.

På grund av sin strategiska karaktär kan statistik om titanmetallproduktion vara svår att komma fram. Det uppskattas emellertid att den totala världs titan svampproduktionen var ca 150 000 ton 2010. De största producerande länderna är Kina, Japan, Ryssland, Kazakstan och USA. Stora titansvampproducenter inkluderar VSMPO (Ryssland), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanium Industry (Kina), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (Kina) och Osaka Titanium Technology Co. (Japan).

Tillämpningar:

Titanmetalllegeringar används främst i följande branscher:

• Flygteknik
• Militär
• Medicinsk
• Kemisk
• Sportartiklar

Under de senaste decennierna har flygplan tillverkare har i allt högre grad vänt sig till titan som en viktig strukturell komponent. Från de första användningarna i början av 1960-talet har den genomsnittliga titanhalten i Boeings kommersiella flygbolag ökat från cirka 2% kroppsvikt till cirka 15%. Mer …

Källor:

TIMET Video: Kroll Process.Finns på International Titanium Association webbplats: // www. titan. org
Den amerikanska geologiska undersökningen: Titan. // mineraler. usgs. gov / mineraler / pubar / råvaror / titan /
Vulcan, Tom. 2010. Titan: Guds metall . Hardassetinvestor. com.

Följ Terence på Google+