Титан

Титан (хімічний символ — Ti, від лат. Titanium) — це хімічний елемент 14-й групи (застарою класифікацією — побічної підгрупи четвертої групи, IVB), четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 22.

Титан є одним з найбільш розповсюдженим елементом в земній корі, займає 9 місце. Вміст у земній корі — 0,57% за масою, у морській воді — 0,001 мг/л.

Природні ресурси титану перевищюють запаси міді, цинку, олова, срібла, хрома та інших. З’єднання в яких міститься титан в природі зустрічаються дуже часто:

• В осадкових породах: вапняк – близько 0.04%, в пісчаннику – 0.15%.
• В глинистих породах та сланцях – 0.39%.
• В океанічних базальтах – 1.2% та платобазальтах – 1.5%.
• В гранітах 0.23%.

Для промислової обробки використовують такі утворення які містят титан в високій концентрації. Головною титановою рудою є ільменіт який містить до 36% титану, а найбільш багатою титановою рудою є рутил який містить до 60% Ті.

У промисловості одержання титану здійснюється такими ефективними способами:

– Магніє-термічний – передбачає видобуток руди, що містить Ti та його переробку в діоксид, під впливом високих температур та хлорування, що проводиться у середовищі вуглецю. Далі одержаний хлорид Ti відновлюється магнієм. Наступний етап – нагрівання металу у вакуумному апараті під високою теипературою. У результаті здійснюється випаровування магнію і магнієвого хлориду, а залишається губчастий вид металу з численними порами, що переплавляють.

– Гідридно-кальцієвий – спочатку одержують гідрид Ti та ділять його на Ті та Н2. Процедура проводиться без повітря та під впливом високої температури. Відбувається утворення оксиду кальцію, що піддається відмиванню з використанням слабо діючих кислот.

– Електролізний – хлорид або діоксид Ti піддають потужній силі струму. Підсумок процесу полягає у розкладанні з’єднань.

– Йодидний – діоксид Ti проходить взаємодію з йодними парами. Потім для отримання металу титановий йодид піддається впливу високих температур. Це максимально ефективний та дорогий метод. Метал виходить високої якості та без присутності домішок та додаткових елементів.

Міцність технічно чистого титану залежить від чистоти металу. Домішки вуглецю, кисню і водню знижують його пластичність, корозійну стійкість і зварюваність. Особливо шкідливі домішки водню. З нього виготовляють катані і пресовані труби, листи, дріт, поковки. Він має хорошу зварюваність, високі механічні властивості, стійкість до корозії та термостійкість, але його важко різати та має низькі антифрикційні властивості.

Сплави титану

Перевагою титанових сплавів у порівнянні з титаном є більш високі міцність і жароміцність при досить добрій пластичності, високій корозійній стійкості та малій щільності.

За технологічним призначенням їх поділяють на ливарні і такі, що піддаються деформуванню.

За міцністю титанові сплави поділяють на три групи:
– низької міцності з σ в= 300…700 МПа (ВТ1);
– середньої – з σв= 700…1000 МПа (ВТ3, ВТ4, ВТ5);
– високої міцності з σв> 1000 МПа (ВТ6, ВТ14, ВТ15) після гартування та старіння.

Використання титанових сплавів.

• В авіабудуванні, ракетобудуванні — каркасні деталі, обшивка, паливні баки, деталі реактивних двигунів, диски та лопатки компресорів, деталі повітрозабірника, деталі корпусів ракетних двигунів другого та третього ступеня тощо.

• У суднобудуванні – обшивка корпусів суден та підводних човнів, зварні труби, гребні гвинти, деталі насосів та ін.

• У хімічній промисловості: реактори для агресивних середовищ, насоси, змійовики, центрифуги та ін.

• У гальванотехніці: ванни для хромування, анодні кошики, теплообмінники, трубопроводи, підвіски та ін.

• У газовій та нафтовій промисловості: фільтри, сідла клапанів, резервуари, відстійники та ін.

• У криогенної техніки: деталі холодильників, насосів компресорів, теплообмінники та ін.

• У харчовій промисловості: сепаратори, холодильники, ємності для продуктів, цистерни та ін.

• У медичній промисловості: інструмент, зовнішні та внутрішні протези, внутрішньокісткові фіксатори, затискачі та ін.