في الجدول الدوري، يتم تحديد عنصر التيتانيوم الكيميائي باسم Ti (التيتانيوم) ويقع في مجموعة فرعية ثانوية من المجموعة الرابعة، في الفترة الرابعة تحت العدد الذري 22. وهو معدن صلب أبيض فضي وهو جزء من مجموعة كبيرة عدد المعادن. يمكنك شراء التيتانيوم على موقعنا.

تم اكتشاف التيتانيوم في نهاية القرن الثامن عشر من قبل الكيميائيين من إنجلترا وألمانيا ويليام جريجور ومارتن كلابروث، بشكل مستقل عن بعضهما البعض بفارق ست سنوات. أعطى مارتن كلابروث اسم العنصر تكريما للشخصيات اليونانية القديمة للجبابرة (مخلوقات ضخمة وقوية وخالدة). وكما اتضح فيما بعد، أصبح الاسم نبويًا، لكن الأمر استغرق أكثر من 150 عامًا لتتعرف البشرية على جميع خصائص التيتانيوم. وبعد ثلاثة عقود فقط أصبح من الممكن الحصول على العينة الأولى من معدن التيتانيوم. في ذلك الوقت، لم يتم استخدامه عمليا بسبب هشاشته. في عام 1925، وبعد سلسلة من التجارب، باستخدام طريقة اليوديد، استخرج الكيميائيان فان آركل ودي بوير التيتانيوم النقي.

نظرًا للخصائص القيمة للمعدن، اهتم المهندسون والمصممون به على الفور. لقد كان طفرة حقيقية. في عام 1940، طور كرول طريقة المغنيسيوم الحرارية للحصول على التيتانيوم من الخام. هذه الطريقة لا تزال ذات صلة اليوم.

الخصائص الفيزيائية والميكانيكية

التيتانيوم معدن مقاوم للحرارة إلى حد ما. نقطة انصهارها هي 1668 ± 3 درجة مئوية. في هذا المؤشر، فهو أدنى من المعادن مثل التنتالوم، التنغستن، الرينيوم، النيوبيوم، الموليبدينوم، التنتالوم، الزركونيوم. التيتانيوم معدن بارامغناطيسي. في المجال المغناطيسي، لا يتم ممغنطته، ولكن لا يتم دفعه خارجه. الصورة 2
يتمتع التيتانيوم بكثافة منخفضة (4.5 جم/سم³) وقوة عالية (تصل إلى 140 كجم/مم²). هذه الخصائص عمليا لا تتغير عند درجات الحرارة المرتفعة. وهو أثقل من الألومنيوم بمقدار 1.5 مرة (2.7 جم/سم3)، ولكنه أخف بمقدار 1.5 مرة من الحديد (7.8 جم/سم3). من حيث الخواص الميكانيكية، فإن التيتانيوم يتفوق بكثير على هذه المعادن. من حيث القوة، فإن التيتانيوم وسبائكه تتساوى مع العديد من درجات سبائك الفولاذ.

التيتانيوم مقاوم للتآكل مثل البلاتين. يتمتع المعدن بمقاومة ممتازة لظروف التجويف. فقاعات الهواء المتكونة في وسط سائل أثناء الحركة النشطة لجزء من التيتانيوم لا تدمره عمليا.

إنه معدن متين يمكنه مقاومة الكسر وتشوه البلاستيك. وهو أصلب 12 مرة من الألومنيوم و4 مرات أصعب من النحاس والحديد. مؤشر مهم آخر هو قوة الخضوع. مع زيادة هذا المؤشر، تتحسن مقاومة أجزاء التيتانيوم للأحمال التشغيلية.

في السبائك التي تحتوي على معادن معينة (خاصة النيكل والهيدروجين)، يكون التيتانيوم قادرًا على "تذكر" شكل المنتج الذي تم إنشاؤه عند درجة حرارة معينة. يمكن بعد ذلك تشويه هذا المنتج وسيحتفظ بهذا الوضع لفترة طويلة. إذا تم تسخين المنتج إلى درجة الحرارة التي تم تصنيعه فيها، فسوف يأخذ المنتج شكله الأصلي. هذه الخاصية تسمى "الذاكرة".

الموصلية الحرارية للتيتانيوم منخفضة نسبيًا ومعامل التمدد الخطي منخفض نسبيًا. ويترتب على ذلك أن المعدن موصل رديء للكهرباء والحرارة. ولكن في درجات الحرارة المنخفضة، فهو موصل فائق للكهرباء، مما يسمح له بنقل الطاقة عبر مسافات كبيرة. يتمتع التيتانيوم أيضًا بمقاومة كهربائية عالية.
يخضع معدن التيتانيوم النقي لأنواع مختلفة من المعالجة الباردة والساخنة. يمكن سحبها وتوصيلها وتزويرها ولفها إلى شرائح وصفائح ورقائق بسمك يصل إلى 0.01 مم. الأنواع التالية من المنتجات المدرفلة مصنوعة من التيتانيوم: شريط التيتانيوم, سلك التيتانيوم, أنابيب التيتانيوم, البطانات التيتانيوم, دائرة التيتانيوم, قضيب التيتانيوم.

الخواص الكيميائية

التيتانيوم النقي هو عنصر نشط كيميائيا. نظرًا لتكوين طبقة واقية كثيفة على سطحه، فإن المعدن مقاوم للغاية للتآكل. لا يخضع للأكسدة في الهواء، في مياه البحر المالحة، ولا يتغير في العديد من البيئات الكيميائية العدوانية (على سبيل المثال: حمض النيتريك المخفف والمركز، الماء الملكي). عند درجات الحرارة المرتفعة، يتفاعل التيتانيوم مع الكواشف بشكل أكثر نشاطًا. ويشتعل في الهواء عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية. عند اشتعاله، يعطي المعدن توهجًا ساطعًا. ويحدث تفاعل نشط أيضًا مع النيتروجين، مع تكوين طبقة نيتريد صفراء-بنية على سطح التيتانيوم.

تكون التفاعلات مع أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك في درجة حرارة الغرفة ضعيفة، ولكن عند تسخينها يذوب المعدن بشكل مكثف. ونتيجة للتفاعل، يتم تشكيل كلوريدات أقل وأحادي سلفات. تحدث تفاعلات ضعيفة أيضًا مع أحماض الفوسفوريك والنيتريك. يتفاعل المعدن مع الهالوجينات. التفاعل مع الكلور يحدث عند 300 درجة مئوية.
يحدث تفاعل نشط مع الهيدروجين عند درجة حرارة أعلى بقليل من درجة حرارة الغرفة. يمتص التيتانيوم الهيدروجين بنشاط. يمكن لجرام واحد من التيتانيوم أن يمتص ما يصل إلى 400 سم مكعب من الهيدروجين. يتحلل المعدن الساخن ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. يحدث التفاعل مع بخار الماء عند درجات حرارة أعلى من 800 درجة مئوية. ونتيجة للتفاعل، يتكون أكسيد المعدن ويتبخر الهيدروجين. عند درجات الحرارة المرتفعة، يمتص التيتانيوم الساخن ثاني أكسيد الكربون ويشكل كربيد وأكسيد.

طرق الحصول على

يعد التيتانيوم أحد العناصر الأكثر شيوعًا على الأرض. محتواه في أحشاء الكوكب من حيث الكتلة هو 0.57٪. لوحظ أعلى تركيز للمعدن في "القشرة البازلتية" (0.9%)، وفي الصخور الجرانيتية (0.23%)، وفي الصخور فوق المافية (0.03%). ويوجد حوالي 70 معدناً من التيتانيوم يوجد فيها على شكل حمض تيتانيك أو ثاني أكسيد. المعادن الرئيسية لخامات التيتانيوم هي: الإلمنيت، والأناتاز، والروتيل، والبروكيت، واللوباريت، واللوكوكسين، والبيروفسكايت، والسفين. المنتجون الرئيسيون للتيتانيوم في العالم هم المملكة المتحدة والولايات المتحدة وفرنسا واليابان وكندا وإيطاليا وإسبانيا وبلجيكا.
هناك عدة طرق للحصول على التيتانيوم. يتم استخدامها جميعًا في الممارسة العملية وهي فعالة جدًا.

1. عملية المغنيسيوم الحرارية.

يتم استخراج الخام المحتوي على التيتانيوم ومعالجته إلى ثاني أكسيد، والذي يتعرض للكلورة ببطء وفي درجات حرارة عالية جدًا. تتم عملية الكلورة في بيئة كربونية. يتم بعد ذلك اختزال كلوريد التيتانيوم المتكون نتيجة للتفاعل باستخدام المغنيسيوم. يتم تسخين المعدن الناتج في معدات التفريغ عند درجة حرارة عالية. ونتيجة لذلك، يتبخر المغنيسيوم وكلوريد المغنيسيوم، مما يترك التيتانيوم مع العديد من المسام والفراغات. يتم صهر إسفنجة التيتانيوم لإنتاج معدن عالي الجودة.

2. طريقة هيدريد الكالسيوم.

أولاً يتم الحصول على هيدريد التيتانيوم، ومن ثم يتم فصله إلى مكوناته: التيتانيوم والهيدروجين. تحدث العملية في مساحة خالية من الهواء عند درجات حرارة عالية. يتكون أكسيد الكالسيوم الذي يتم غسله بأحماض ضعيفة.
تُستخدم طرق هيدريد الكالسيوم والمغنيسيوم الحرارية بشكل شائع على نطاق صناعي. تتيح هذه الطرق الحصول على كمية كبيرة من التيتانيوم في فترة زمنية قصيرة وبأقل التكاليف المالية.

3. طريقة التحليل الكهربائي.

يتعرض كلوريد أو ثاني أكسيد التيتانيوم لتيار عالي. ونتيجة لذلك، تتحلل المركبات.

4. طريقة اليوديد.

يتفاعل ثاني أكسيد التيتانيوم مع بخار اليود. بعد ذلك، يتم تعريض يوديد التيتانيوم لدرجة حرارة عالية، مما ينتج عنه التيتانيوم. هذه الطريقة هي الأكثر فعالية، ولكنها أيضًا الأكثر تكلفة. يتم الحصول على التيتانيوم بدرجة نقاء عالية جدًا بدون شوائب أو إضافات.

تطبيق التيتانيوم

نظرا لخصائصه الجيدة المضادة للتآكل، يتم استخدام التيتانيوم لتصنيع المعدات الكيميائية. المقاومة الحرارية العالية للمعدن وسبائكه تسهل استخدامه في التكنولوجيا الحديثة. تعتبر سبائك التيتانيوم مادة ممتازة لصناعة الطائرات والصواريخ وبناء السفن.

الآثار مصنوعة من التيتانيوم. والأجراس المصنوعة من هذا المعدن معروفة بصوتها الاستثنائي والجميل جدًا. يدخل ثاني أكسيد التيتانيوم في مكونات بعض الأدوية، مثل: المراهم المضادة للأمراض الجلدية. هناك أيضًا طلب كبير على المركبات المعدنية التي تحتوي على النيكل والألومنيوم والكربون.

لقد وجد التيتانيوم وسبائكه تطبيقًا في مجالات مثل الصناعات الكيميائية والغذائية والمعادن غير الحديدية والإلكترونيات والهندسة النووية وهندسة الطاقة والطلاء الكهربائي. الأسلحة والدروع والأدوات الجراحية والمزروعات وأنظمة الري والمعدات الرياضية وحتى المجوهرات مصنوعة من التيتانيوم وسبائكه. أثناء عملية النيترة، يتم تشكيل فيلم ذهبي على سطح المعدن، وهو ليس أقل شأنا في الجمال حتى من الذهب الحقيقي.

تم اكتشاف العنصر 22 (التيتانيوم الإنجليزي، تيتان الفرنسي، تيتان الألماني) في نهاية القرن الثامن عشر، عندما لم يكن البحث والتحليل لمعادن جديدة لم يتم وصفها بعد في الأدبيات مفتونًا بالكيميائيين وعلماء المعادن فحسب، بل أيضًا بالعلماء الهواة. أحد هؤلاء الهواة، وهو الكاهن الإنجليزي جريجور، وجد رمالًا سوداء ممزوجة بالرمال البيضاء الناعمة في أبرشيته في وادي ميناشان في كورنوال. قام جريجور بإذابة عينة من الرمل في حمض الهيدروكلوريك؛ وفي الوقت نفسه، تم إطلاق 46٪ من الحديد من الرمال. قام جريجور بإذابة بقية العينة في حمض الكبريتيك، وتحولت المادة بأكملها تقريبًا إلى المحلول، باستثناء 3.5% من السيليكا. وبعد تبخر محلول حامض الكبريتيك بقي مسحوق أبيض بنسبة 46% من العينة. واعتبره جريجور نوعًا خاصًا من الجير، يذوب في الأحماض الزائدة ويترسب بالبوتاسيوم الكاوي. أثناء مواصلة دراسة المسحوق، توصل جريجور إلى أنه مركب من الحديد مع بعض المعادن غير المعروفة. بعد التشاور مع صديقه عالم المعادن هوكينز، نشر جريجور نتائج عمله في عام 1791، مقترحًا تسمية المعدن الجديد ميناتشين على اسم الوادي الذي تم العثور فيه على الرمال السوداء. ووفقا لهذا، تم تسمية المعدن الأصلي ميناكونيت. تعرف كلابروث على رسالة جريجور، وبدأ، بشكل مستقل عنه، في تحليل المعدن المعروف في ذلك الوقت باسم "الشيرل المجري الأحمر" (الروتيل). وسرعان ما تمكن من عزل أكسيد معدن غير معروف من المعدن، والذي أطلق عليه اسم التيتانيوم (تيتان) قياساً على العمالقة - سكان الأرض الأسطوريين القدماء. اختار كلابروث اسمًا أسطوريًا عمدًا بدلاً من تسمية العناصر وفقًا لخصائصها، كما اقترح لافوازييه ولجنة التسميات التابعة لأكاديمية باريس للعلوم، مما أدى إلى سوء فهم خطير. للاشتباه في أن ميناشين جريجور والتيتانيوم كانا نفس العنصر، أجرى كلابروث تحليلًا مقارنًا للميناكونيت والروتيل وحدد هوية كلا العنصرين. في روسيا في نهاية القرن التاسع عشر. تم عزل التيتانيوم من الإلمنيت ودراسته بالتفصيل من الجانب الكيميائي بواسطة تي.إي. لوفيتز؛ وفي الوقت نفسه، لاحظ بعض الأخطاء في تعريفات كلابروث. تم الحصول على التيتانيوم النقي كهربائيا في عام 1895 من قبل مويسان. في الأدب الروسي في أوائل القرن التاسع عشر. يُطلق على التيتانيوم أحيانًا اسم التيتانيوم (Dvigubsky، 1824)، وبعد خمس سنوات يظهر اسم التيتانيوم هناك.

سمي التيتانيوم في الأصل "جريجوريت" من قبل الكيميائي البريطاني القس ويليام جريجور، الذي اكتشفه في عام 1791. ثم تم اكتشاف التيتانيوم بشكل مستقل من قبل الكيميائي الألماني إم إتش كلابروث في عام 1793. أطلق عليه اسم العملاق على اسم جبابرة الأساطير اليونانية - "تجسيد القوة الطبيعية". لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1797 عندما اكتشف كلابروث أن التيتانيوم الخاص به كان عنصرًا اكتشفه جريجور سابقًا.

الخصائص والخصائص

التيتانيوم عنصر كيميائي رمزه Ti وعدده الذري 22. وهو معدن لامع ذو لون فضي وكثافة منخفضة وقوة عالية. إنه مقاوم للتآكل في مياه البحر والكلور.

يحدث العنصرفي عدد من الرواسب المعدنية، وخاصة الروتيل والإلمنيت، والتي تنتشر على نطاق واسع في القشرة الأرضية والغلاف الصخري.

يستخدم التيتانيوم لإنتاج سبائك خفيفة قوية. الخاصيتان الأكثر فائدة للمعدن هما مقاومة التآكل ونسبة صلابته إلى كثافته، وهي الأعلى بين أي عنصر معدني. وفي حالته الخالية من السبائك، يكون هذا المعدن قويًا مثل بعض أنواع الفولاذ، ولكنه أقل كثافة.

الخصائص الفيزيائية للمعادن

هذا معدن متينكثافة منخفضة، بلاستيكية تمامًا (خاصة في بيئة خالية من الأكسجين)، لامعة وبيضاء معدنية. نقطة انصهاره العالية نسبيًا التي تزيد عن 1650 درجة مئوية (أو 3000 درجة فهرنهايت) تجعله مفيدًا كمعدن مقاوم للحرارة. إنه مغناطيسي وله توصيل كهربائي وحراري منخفض إلى حد ما.

على مقياس موس، صلابة التيتانيوم هي 6. وفقا لهذا المؤشر، فهو أدنى قليلا من الفولاذ المتصلب والتنغستن.

يتمتع التيتانيوم النقي تجاريًا (99.2%) بقوة شد نهائية تبلغ حوالي 434 ميجا باسكال، وهي تشبه سبائك الفولاذ الشائعة منخفضة الجودة، لكن التيتانيوم أخف بكثير.

الخواص الكيميائية للتيتانيوم

مثل الألومنيوم والمغنيسيوم، يتأكسد التيتانيوم وسبائكه فورًا عند تعرضه للهواء. يتفاعل ببطء مع الماء والهواء في درجات الحرارة المحيطة، لأنه يشكل طلاء أكسيد سلبيالذي يحمي المعدن السائب من المزيد من الأكسدة.

التخميل الجوي يمنح التيتانيوم مقاومة ممتازة للتآكل تعادل تقريبًا البلاتين. التيتانيوم قادر على مقاومة الهجوم من أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة ومحاليل الكلوريد ومعظم الأحماض العضوية.

التيتانيوم هو أحد العناصر القليلة التي تحترق في النيتروجين النقي، ويتفاعل عند 800 درجة مئوية (1470 درجة فهرنهايت) لتكوين نيتريد التيتانيوم. نظرا لتفاعلها العالي مع الأكسجين والنيتروجين وبعض الغازات الأخرى، يتم استخدام خيوط التيتانيوم في مضخات التسامي التيتانيوم كممتصات لهذه الغازات. هذه المضخات غير مكلفة وتنتج بشكل موثوق ضغوطًا منخفضة للغاية في أنظمة التفريغ العالية جدًا.

المعادن الشائعة المحتوية على التيتانيوم هي أناتاز، بروكيت، إلمينيت، بيروفسكايت، روتيل والتيتانيت (سفين). ومن هذه المعادن الروتيل فقطوالإلمنيت مهمان اقتصاديًا، ولكن حتى هذه العناصر يصعب العثور عليها بتركيزات عالية.

تم العثور على التيتانيوم في النيازك وتم العثور عليه في الشمس والنجوم من النوع M مع درجات حرارة سطحية تبلغ 3200 درجة مئوية (5790 درجة فهرنهايت).

الطرق المعروفة حاليًا لاستخراج التيتانيوم من الخامات المختلفة تتطلب عمالة كثيفة ومكلفة.

الإنتاج والتصنيع

حاليًا، تم تطوير واستخدام حوالي 50 درجة من التيتانيوم وسبائك التيتانيوم. اليوم، تم التعرف على 31 فئة من فلز التيتانيوم وسبائكه، منها الفئات 1-4 نقية تجاريًا (خالية من السبائك). وهي تختلف في قوة الشد اعتمادًا على محتوى الأكسجين، حيث تكون الفئة 1 هي الأكثر ليونة (أقل قوة شد مع 0.18٪ أكسجين) والفئة 4 هي الأقل ليونة (أعلى قوة شد مع 0.40٪ أكسجين).

أما الفئات المتبقية فهي سبائك، ولكل منها خصائص محددة:

• بلاستيك؛
• قوة؛
• صلابة؛
• المقاومة الكهربائية
• مقاومة التآكل المحددة ومجموعاتها.

بالإضافة إلى هذه المواصفات، يتم تصنيع سبائك التيتانيوم أيضًا لتلبية المواصفات الفضائية والعسكرية (SAE-AMS، MIL-T)، ومعايير ISO والمواصفات الخاصة بكل بلد، بالإضافة إلى متطلبات المستخدم النهائي في مجالات الطيران والعسكرية والطبية والصناعية. التطبيقات.

يمكن بسهولة تشكيل منتج مسطح نقي تجاريًا (لوح، لوح)، لكن المعالجة يجب أن تأخذ في الاعتبار حقيقة أن المعدن لديه "ذاكرة" وميل للارتداد مرة أخرى. هذا ينطبق بشكل خاص على بعض السبائك عالية القوة.

غالبًا ما يستخدم التيتانيوم في صناعة السبائك:

• مع الألومنيوم
• مع الفاناديوم.
• بالنحاس (للتصلب) ؛
• بالحديد
• مع المنغنيز
• مع الموليبدينوم والمعادن الأخرى.

مجالات الاستخدام

تجد سبائك التيتانيوم في شكل صفائح وألواح وقضبان وأسلاك وصب في تطبيقات في الأسواق الصناعية والفضاءية والترفيهية والناشئة. يستخدم مسحوق التيتانيوم في الألعاب النارية كمصدر للجزيئات المحترقة الساطعة.

نظرًا لأن سبائك التيتانيوم تتمتع بنسبة قوة شد عالية إلى كثافة، ومقاومة عالية للتآكل، ومقاومة التعب، ومقاومة عالية للتشقق، والقدرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة بشكل معتدل، فإنها تستخدم في الطائرات والدروع والسفن البحرية والمركبات الفضائية والصواريخ.

بالنسبة لهذه التطبيقات، يتم خلط التيتانيوم مع الألومنيوم والزركونيوم والنيكل والفاناديوم وعناصر أخرى لإنتاج مجموعة متنوعة من المكونات، بما في ذلك الأعضاء الهيكلية الهامة وجدران الحماية ومعدات الهبوط وأنابيب العادم (المروحيات) والأنظمة الهيدروليكية. في الواقع، يتم استخدام حوالي ثلثي معدن التيتانيوم المنتج في محركات الطائرات وإطاراتها.

لأن سبائك التيتانيوم مقاومة للتآكل بمياه البحر، فهي تستخدم في أعمدة المروحة، وتزوير المبادلات الحرارية، وما إلى ذلك. وتستخدم هذه السبائك في العلب ومكونات أجهزة مراقبة ومراقبة المحيطات للعلوم والجيش.

تُستخدم سبائك محددة في آبار النفط والغاز وفي معالجة المعادن بالنيكل لقوتها العالية. تستخدم صناعة اللب والورق التيتانيوم في معدات المعالجة المعرضة لبيئات عدوانية مثل هيبوكلوريت الصوديوم أو غاز الكلور الرطب (في التبييض). وتشمل التطبيقات الأخرى اللحام بالموجات فوق الصوتية، واللحام الموجي.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام هذه السبائك في تطبيقات السيارات، وخاصة في سباقات السيارات والدراجات النارية حيث يعد الوزن المنخفض والقوة العالية والصلابة أمرًا ضروريًا.

يستخدم التيتانيوم في العديد من السلع الرياضية: مضارب التنس، ونوادي الجولف، وأعمدة اللاكروس؛ خوذات لعبة الكريكيت والهوكي واللاكروس وكرة القدم، بالإضافة إلى إطارات الدراجات ومكوناتها.

بسبب متانته، أصبح التيتانيوم أكثر شعبية في المجوهرات المصممة (خاصة خواتم التيتانيوم). إن خموله يجعله خيارًا جيدًا للأشخاص الذين يعانون من الحساسية أو أولئك الذين سيرتدون المجوهرات في بيئات مثل حمامات السباحة. يتم أيضًا خلط التيتانيوم مع الذهب لإنتاج سبيكة يمكن بيعها على شكل ذهب عيار 24 قيراطًا لأن 1% من سبائك Ti لا تكفي للحصول على درجة أقل. تبلغ صلابة السبيكة الناتجة تقريبًا صلابة الذهب عيار 14 قيراطًا وهي أقوى من الذهب الخالص عيار 24 قيراطًا.

تدابير وقائية

التيتانيوم غير سام حتى في الجرعات الكبيرة. سواء كان في شكل مسحوق أو برادة معدنية، فإنه يشكل خطرًا كبيرًا على الحريق، وإذا تم تسخينه في الهواء، فإنه يشكل خطرًا للانفجار.

خصائص وتطبيقات سبائك التيتانيوم

فيما يلي نظرة عامة على سبائك التيتانيوم الأكثر شيوعًا، مقسمة إلى فئات وخصائصها ومزاياها وتطبيقاتها الصناعية.

الصف السابع

الدرجة 7 تعادل ميكانيكيًا وفيزيائيًا التيتانيوم النقي من الدرجة 2، باستثناء إضافة عنصر البلاديوم الوسيط، مما يجعلها سبيكة. إنها تتمتع بقابلية لحام ومرونة ممتازة، وهي أكثر مقاومة للتآكل بين جميع السبائك من هذا النوع.

يتم استخدام الفئة 7 في العمليات الكيميائية ومكونات معدات التصنيع.

الصف 11

تشبه الفئة 11 إلى حد كبير الفئة 1، باستثناء إضافة البلاديوم لتحسين مقاومة التآكل، مما يجعلها سبيكة.

خصائص مفيدة أخرىتشمل الليونة المثلى والقوة والمتانة وقابلية اللحام الممتازة. يمكن استخدام هذه السبيكة بشكل خاص في التطبيقات التي يمثل فيها التآكل مشكلة:

• المعالجة الكيميائية
• إنتاج الكلورات.
• تحلية المياه؛
• التطبيقات البحرية.

تي 6Al-4V، فئة 5

سبائك Ti 6Al-4V، أو التيتانيوم من الدرجة 5، هي الأكثر استخدامًا. يمثل 50٪ من إجمالي استهلاك التيتانيوم في جميع أنحاء العالم.

سهولة الاستخدام تكمن في مزاياها العديدة. يمكن معالجة Ti 6Al-4V بالحرارة لزيادة قوته. هذه السبيكة لديها قوة عالية مع وزن منخفض.

هذه هي أفضل سبيكة للاستخدام في العديد من الصناعات، مثل الصناعات الفضائية والطبية والبحرية والكيميائية. يمكن استخدامه لإنشاء:

• توربينات الطائرات
• مكونات المحرك؛
• العناصر الهيكلية للطائرات؛
• السحابات الفضائية.
• أجزاء أوتوماتيكية عالية الأداء؛
• ادوات رياضية.

Ti 6AL-4V ELI، فئة 23

فئة 23 - التيتانيوم الجراحي. سبيكة Ti 6AL-4V ELI، أو الدرجة 23، هي نسخة أعلى نقاء من Ti 6Al-4V. يمكن أن تكون مصنوعة من لفات أو خيوط أو أسلاك أو أسلاك مسطحة. إنه الخيار الأفضل لأي موقف يتطلب مزيجًا من القوة العالية والوزن المنخفض والمقاومة الجيدة للتآكل والمتانة العالية. لديها مقاومة ممتازة للضرر.

يمكن استخدامه في التطبيقات الطبية الحيوية مثل المكونات القابلة للزرع نظرًا لتوافقه الحيوي ومقاومته الجيدة للتعب. ويمكن استخدامه أيضًا في العمليات الجراحية لتكوين الهياكل التالية:

• دبابيس ومسامير العظام.
• المشابك رباط.
• الدبابيس الجراحية؛
• الينابيع.
• أجهزة تقويم الأسنان؛
• الأوعية المبردة.
• أجهزة تثبيت العظام.

الصف الثاني عشر

يتمتع التيتانيوم من الدرجة 12 بقابلية لحام ممتازة وعالية الجودة. إنها سبيكة عالية القوة توفر قوة جيدة في درجات الحرارة المرتفعة. يتميز التيتانيوم من الدرجة 12 بخصائص مشابهة للفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300.

إن قدرتها على التشكيل بعدة طرق تجعلها مفيدة في العديد من التطبيقات. كما أن مقاومة السبائك العالية للتآكل تجعلها ذات قيمة كبيرة في تصنيع المعدات. يمكن استخدام الفئة 12 في الصناعات التالية:

• المبادلات الحرارية؛
• تطبيقات المعالجة المعدنية المائية؛
• إنتاج المواد الكيميائية في درجات حرارة مرتفعة؛
• المكونات البحرية والجوية.

تي 5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn عبارة عن سبيكة يمكنها توفير قابلية لحام جيدة مع المقاومة. كما أنها تتميز بثبات درجة الحرارة العالية وقوة عالية.

يستخدم Ti 5Al-2.5Sn بشكل أساسي في مجال الطيران وأيضًا في التطبيقات المبردة.

الأكثر أهمية بالنسبة للاقتصاد الوطني كانت ولا تزال السبائك والمعادن التي تجمع بين الخفة والقوة. ينتمي التيتانيوم على وجه التحديد إلى هذه الفئة من المواد، بالإضافة إلى أنه يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل.

التيتانيوم هو معدن انتقالي من المجموعة 4، الدورة 4. ويبلغ وزنها الجزيئي 22 فقط، مما يدل على خفة المادة. وفي الوقت نفسه، تتميز المادة بقوة استثنائية: من بين جميع المواد الهيكلية، يتمتع التيتانيوم بأعلى قوة نوعية. اللون أبيض فضي.

سيخبرك الفيديو أدناه ما هو التيتانيوم:

المفهوم والميزات

التيتانيوم شائع جدًا - فهو يحتل المرتبة العاشرة من حيث المحتوى الموجود في القشرة الأرضية. ومع ذلك، لم يكن من الممكن عزل المعدن النقي إلا في عام 1875. قبل ذلك، تم الحصول على المادة إما مع الشوائب، أو كانت مركباتها تسمى معدن التيتانيوم. أدى هذا الارتباك إلى استخدام المركبات المعدنية في وقت أبكر بكثير من استخدام المعدن نفسه.

ويرجع ذلك إلى خصوصية المادة: فالشوائب الأكثر أهمية تؤثر بشكل كبير على خصائص المادة، وفي بعض الأحيان تحرمها تمامًا من صفاتها المتأصلة.

وهكذا فإن أصغر نسبة من المعادن الأخرى تحرم التيتانيوم من مقاومته للحرارة، وهي إحدى صفاته القيمة. إضافة صغيرة من المواد غير المعدنية تحول المادة المتينة إلى هشة وغير صالحة للاستخدام.

قامت هذه الميزة على الفور بتقسيم المعدن الناتج إلى مجموعتين: تقني ونقي.

• أولاًيستخدم في الحالات التي تكون فيها القوة والخفة ومقاومة التآكل مطلوبة بشدة، لأن التيتانيوم لا يفقد الجودة الأخيرة أبدًا.
• مادة عالية النقاءيتم استخدامه عند الحاجة إلى مادة يمكن أن تعمل تحت أحمال ثقيلة جدًا ودرجات حرارة عالية، ولكنها أيضًا خفيفة الوزن. هذه بالطبع هندسة الطائرات والصواريخ.

السمة الخاصة الثانية للمادة هي تباين الخواص. تتغير بعض خواصه الفيزيائية تبعاً لتطبيق القوى، والتي يجب أخذها بعين الاعتبار أثناء التطبيق.

في ظل الظروف العادية، يكون المعدن خاملًا ولا يتآكل سواء في مياه البحر أو في هواء البحر أو المدينة. علاوة على ذلك، فهي المادة الأكثر خاملة بيولوجيًا، ولهذا السبب يتم استخدام الأطراف الاصطناعية وغرسات التيتانيوم على نطاق واسع في الطب.

وفي الوقت نفسه، مع ارتفاع درجة الحرارة، يبدأ التفاعل مع الأكسجين والنيتروجين وحتى الهيدروجين، وفي شكل سائل يمتص الغازات. هذه الميزة غير السارة تجعل من الصعب للغاية الحصول على المعدن نفسه وتصنيع السبائك بناءً عليه.

هذا الأخير ممكن فقط عند استخدام معدات التفريغ. حولت عملية الإنتاج المعقدة عنصرًا شائعًا إلى حد ما إلى عنصر مكلف للغاية.

العلاقة مع المعادن الأخرى

يحتل التيتانيوم موقعًا متوسطًا بين مادتين هيكليتين معروفتين - الألومنيوم والحديد، أو بالأحرى سبائك الحديد. في كثير من النواحي، يتفوق المعدن على "المنافسين":

• القوة الميكانيكية للتيتانيوم أعلى مرتين من قوة الحديد و 6 مرات أعلى من قوة الألومنيوم. وفي الوقت نفسه، تزداد القوة مع انخفاض درجة الحرارة؛
• مقاومة التآكل أعلى بكثير من مقاومة الحديد وحتى الألومنيوم.
• في درجات الحرارة العادية، التيتانيوم خامل. إلا أنه عند زيادته إلى 250 درجة مئوية يبدأ في امتصاص الهيدروجين مما يؤثر على خواصه. من حيث النشاط الكيميائي، فهو أدنى من المغنيسيوم، ولكن، للأسف، متفوق على الحديد والألمنيوم؛
• يوصل المعدن الكهرباء بشكل أضعف بكثير: مقاومته الكهربائية أعلى بخمس مرات من مقاومة الحديد، و20 مرة أعلى من مقاومة الألومنيوم، و10 مرات أعلى من مقاومة المغنيسيوم؛
• كما أن الموصلية الحرارية أقل بكثير: أقل بثلاث مرات من الحديد، وأقل بـ 12 مرة من الألومنيوم. ومع ذلك، فإن هذه الخاصية تسبب انخفاضًا كبيرًا في معامل التمدد الحراري.

المميزات والعيوب

في الواقع، التيتانيوم لديه العديد من العيوب. لكن الجمع بين القوة والخفة مطلوب بشدة بحيث لا تمنع طريقة التصنيع المعقدة ولا الحاجة إلى نقاء استثنائي مستهلكي المعادن.

تشمل المزايا التي لا شك فيها للمادة ما يلي:

• كثافة منخفضة، مما يعني وزنًا منخفضًا جدًا؛
• قوة ميكانيكية استثنائية لكل من معدن التيتانيوم نفسه وسبائكه. مع ارتفاع درجات الحرارة، تتفوق سبائك التيتانيوم على جميع سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم؛
• تصل نسبة القوة والكثافة - القوة النوعية - إلى 30-35، وهو ما يقرب من مرتين أعلى من أفضل الفولاذ الإنشائي؛
• عند تعرضه للهواء، يتم طلاء التيتانيوم بطبقة رقيقة من الأكسيد، مما يوفر مقاومة ممتازة للتآكل.

للمعادن أيضًا الكثير من العيوب:

• تنطبق مقاومة التآكل والخمول فقط على المنتجات ذات السطح غير النشط. على سبيل المثال، يشتعل غبار أو نشارة التيتانيوم ذاتيًا ويحترق عند درجة حرارة 400 درجة مئوية؛
• طريقة معقدة للغاية للحصول على معدن التيتانيوم توفر تكلفة عالية جدًا. المادة أغلى بكثير من الحديد، أو؛
• تتطلب القدرة على امتصاص غازات الغلاف الجوي عند ارتفاع درجة الحرارة استخدام معدات التفريغ عند صهر وإنتاج السبائك، مما يؤدي أيضًا إلى زيادة التكلفة بشكل كبير؛
• يحتوي التيتانيوم على خصائص ضعيفة مضادة للاحتكاك - فهو لا يعمل على الاحتكاك؛
• المعدن وسبائكه عرضة للتآكل الهيدروجيني، وهو أمر يصعب منعه؛
• من الصعب تصنيع التيتانيوم. اللحام صعب أيضًا بسبب انتقال الطور أثناء التسخين.

ورقة التيتانيوم (صورة)

الخصائص والخصائص

يعتمد بشكل كبير على النظافة. تصف البيانات المرجعية، بالطبع، المعدن النقي، لكن خصائص التيتانيوم التقنية قد تختلف بشكل ملحوظ.

• تنخفض كثافة المعدن عند تسخينه من 4.41 إلى 4.25 جم/سم3 ويغير انتقال الطور الكثافة بنسبة 0.15% فقط.
• درجة انصهار المعدن هي 1668 درجة مئوية. نقطة الغليان هي 3227 درجة مئوية. التيتانيوم مادة مقاومة للحرارة.
• في المتوسط، تبلغ قوة الشد 300-450 ميجا باسكال، ولكن يمكن زيادة هذا الرقم إلى 2000 ميجا باسكال عن طريق اللجوء إلى التصلب والشيخوخة، وكذلك إدخال عناصر إضافية.
• على مقياس HB، تبلغ الصلابة 103 وهذا ليس الحد الأقصى.
• السعة الحرارية للتيتانيوم منخفضة - 0.523 كيلوجول/(كجم ك).
• المقاومة الكهربائية النوعية - 42.1·10 -6 أوم·سم.
• التيتانيوم هو بارامغناطيسي. مع انخفاض درجة الحرارة، تقل قابليتها المغناطيسية.
• يتميز المعدن بشكل عام بالليونة والليونة. ومع ذلك، تتأثر هذه الخصائص بشدة بالأكسجين والنيتروجين الموجود في السبيكة. كلا العنصرين يجعل المادة هشة.

المادة مقاومة للعديد من الأحماض، بما في ذلك النيتريك والكبريتيك بتركيزات منخفضة وجميع الأحماض العضوية تقريبًا باستثناء حمض الفورميك. تضمن هذه الجودة أن التيتانيوم مطلوب في الصناعات الكيميائية والبتروكيماوية والورقية وما إلى ذلك.

الهيكل والتكوين

التيتانيوم، على الرغم من كونه معدنًا انتقاليًا وله مقاومة كهربائية منخفضة، إلا أنه لا يزال معدنًا ويوصل التيار الكهربائي، وهذا يعني بنية منظمة. عند تسخينها إلى درجة حرارة معينة، يتغير الهيكل:

• حتى 883 درجة مئوية، يكون الطور α بكثافة 4.55 جم/م3 مستقرًا. سم يتميز بشبكة سداسية كثيفة. يذوب الأكسجين في هذه المرحلة بتكوين محاليل خلالية ويثبت تعديل α - فهو يحرك حد درجة الحرارة؛
• فوق 883 درجة مئوية، تكون المرحلة β ذات الشبكة المكعبة التي تركز على الجسم مستقرة. كثافته أقل قليلاً - 4.22 جم / متر مكعب. انظر يتم تثبيت هذا الهيكل بواسطة الهيدروجين - عندما يذوب في التيتانيوم، تتشكل أيضًا المحاليل الخلالية والهيدريدات.

هذه الميزة تجعل عمل عالم المعادن صعبًا للغاية. عندما يتم تبريد التيتانيوم، تنخفض قابلية ذوبان الهيدروجين بشكل حاد، ويترسب هيدريد الهيدروجين، الطور γ، في السبيكة.

ويتسبب في حدوث شقوق باردة أثناء اللحام، لذا يضطر المصنعون إلى بذل جهد إضافي بعد صهر المعدن لتنظيفه من الهيدروجين.

سنخبرك أدناه أين يمكنك العثور على التيتانيوم وكيفية صنعه.

يصف هذا الفيديو التيتانيوم كمعدن:

الإنتاج والاستخراج

التيتانيوم شائع جدًا، لذلك لا توجد صعوبات مع الخامات التي تحتوي على المعدن، وبكميات كبيرة إلى حد ما. المواد الخام الأولية هي الروتيل والأناتاز والبروكيت - ثاني أكسيد التيتانيوم في تعديلات مختلفة، والإلمنيت والبيروفانيت - مركبات تحتوي على الحديد، وما إلى ذلك.

لكنها معقدة وتتطلب معدات باهظة الثمن. تختلف طرق الاستخراج إلى حد ما، لأن تكوين الخام مختلف. على سبيل المثال، يبدو مخطط الحصول على المعدن من خامات الإلمنيت كما يلي:

• الحصول على خبث التيتانيوم - يتم تحميل الصخور في فرن القوس الكهربائي مع عامل اختزال - أنثراسايت والفحم وتسخينه إلى 1650 درجة مئوية. وفي الوقت نفسه، يتم فصل الحديد، والذي يستخدم لإنتاج الحديد الزهر وثاني أكسيد التيتانيوم في الخبث ;
• تتم معالجة الخبث بالكلور في المنجم أو كلورة الملح. جوهر العملية هو تحويل ثاني أكسيد الصلب إلى رابع كلوريد التيتانيوم الغازي؛
• وفي أفران المقاومة في قوارير خاصة، يتم اختزال المعدن بالصوديوم أو المغنيسيوم من الكلوريد. والنتيجة هي كتلة بسيطة - إسفنجة من التيتانيوم. يعتبر هذا التيتانيوم التقني مناسبًا تمامًا لتصنيع المعدات الكيميائية، على سبيل المثال؛
• إذا كانت هناك حاجة لمعدن أنقى، فإنهم يلجأون إلى التكرير - في هذه الحالة، يتفاعل المعدن مع اليود من أجل الحصول على اليوديد الغازي، والأخير، تحت تأثير درجة الحرارة - 1300-1400 درجة مئوية، والتيار الكهربائي، يتحلل، ويطلق التيتانيوم النقي. يتم توفير تيار كهربائي من خلال سلك تيتانيوم ممتد في معوجة، حيث يتم ترسيب مادة نقية.

للحصول على سبائك التيتانيوم، يتم صهر إسفنجة التيتانيوم في فرن مفرغ لمنع ذوبان الهيدروجين والنيتروجين.

سعر التيتانيوم لكل 1 كجم مرتفع جدًا: اعتمادًا على درجة النقاء، يتكلف المعدن من 25 دولارًا إلى 40 دولارًا لكل 1 كجم.من ناحية أخرى، فإن جسم جهاز الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للأحماض سيكلف 150 روبل. ولن يستمر أكثر من 6 أشهر. سيكلف التيتانيوم حوالي 600 روبل، ولكن سيتم استخدامه لمدة 10 سنوات. هناك العديد من مرافق إنتاج التيتانيوم في روسيا.

مجالات الاستخدام

إن تأثير درجة التنقية على الخواص الفيزيائية والميكانيكية يجبرنا على النظر إليها من وجهة النظر هذه. وبالتالي، فإن التقنية، أي ليست أنقى المعادن، تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل، وخفة وقوة، والتي تحدد استخدامها:

• الصناعة الكيميائية– المبادلات الحرارية والأنابيب والمبيت وأجزاء المضخة والتجهيزات وما إلى ذلك. المادة لا غنى عنها في المناطق التي تتطلب مقاومة الأحماض والقوة؛
• صناعة النقل– تُستخدم المادة في صناعة المركبات من القطارات إلى الدراجات. في الحالة الأولى، يوفر المعدن كتلة أصغر من المركبات، مما يجعل الجر أكثر كفاءة، وفي الأخير يعطي الخفة والقوة، فليس من قبيل الصدفة أن يعتبر إطار دراجة من التيتانيوم هو الأفضل؛
• الشؤون البحرية– المبادلات الحرارية وكاتم صوت عادم الغواصات والصمامات والمراوح وما إلى ذلك مصنوعة من التيتانيوم.
• الخامس بناءيستخدم التيتانيوم على نطاق واسع - وهو مادة ممتازة لإنهاء الواجهات والأسقف. إلى جانب القوة، توفر السبيكة ميزة أخرى مهمة للهندسة المعمارية - القدرة على إعطاء المنتجات التكوين الأكثر غرابة؛ إن قدرة السبيكة على التشكيل غير محدودة.

المعدن النقي أيضًا مقاوم جدًا لدرجات الحرارة المرتفعة ويحتفظ بقوته. التطبيق واضح:

• تصنيع الصواريخ والطائرات - الغلاف مصنوع منه. أجزاء المحرك، عناصر التثبيت، أجزاء الهيكل وما إلى ذلك؛
• الطب – الخمول البيولوجي والخفة يجعلان من التيتانيوم مادة واعدة جدًا للأطراف الصناعية، بما في ذلك صمامات القلب؛
• التكنولوجيا المبردة - التيتانيوم هو أحد المواد القليلة التي تصبح أقوى مع انخفاض درجة الحرارة ولا تفقد ليونتها.

التيتانيوم هو مادة هيكلية ذات قوة عالية مع خفة وليونة. هذه الصفات الفريدة توفر لها دورًا متزايد الأهمية في الاقتصاد الوطني.

سيخبرك الفيديو أدناه بمكان الحصول على التيتانيوم للسكين:

- العنصر 4 من المجموعة 4 من الدورة. يُظهر المعدن الانتقالي خصائص أساسية وحمضية، وهو منتشر على نطاق واسع في الطبيعة - المركز العاشر. الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة للاقتصاد الوطني هو مزيج من صلابة المعدن العالية وخفة، مما يجعله عنصرا لا غنى عنه لبناء الطائرات. ستخبرك هذه المقالة عن العلامات والسبائك والخصائص الأخرى لمعدن التيتانيوم، وستقدم وصفًا عامًا وحقائق مثيرة للاهتمام حول هذا الموضوع.

في المظهر، يشبه المعدن الفولاذ إلى حد كبير، ولكن صفاته الميكانيكية أعلى. في الوقت نفسه، التيتانيوم خفيف الوزن - الوزن الجزيئي 22. تمت دراسة الخصائص الفيزيائية للعنصر جيدًا، لكنها تعتمد بشدة على نقاء المعدن، مما يؤدي إلى انحرافات كبيرة.

وبالإضافة إلى ذلك، خصائصه الكيميائية المحددة مهمة. التيتانيوم مقاوم للقلويات وحمض النيتريك، وفي نفس الوقت يتفاعل بعنف مع الهالوجينات الجافة، وفي درجات حرارة أعلى مع الأكسجين والنيتروجين. والأسوأ من ذلك أنه يبدأ في امتصاص الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة إذا كان هناك سطح نشط. وفي الذوبان يمتص الأكسجين والهيدروجين بشكل مكثف لدرجة أن الذوبان يجب أن يتم في الفراغ.

ميزة أخرى مهمة تحدد الخصائص الفيزيائية هي وجود مرحلتين من الحالة.

• درجة حرارة منخفضة– α-Ti له شبكة سداسية متماسكة، كثافة المادة 4.55 جم/مكعب. سم (عند 20 درجة مئوية).
• درجة حرارة عالية- يتميز β-Ti بشبكة مكعبة مركزية حول الجسم، وتكون كثافة الطور أقل بالمقابل - 4.32 جم/مكعب. انظر (عند 900 درجة مئوية).

درجة حرارة المرحلة الانتقالية هي 883 درجة مئوية.

في ظل الظروف العادية، يتم تغطية المعدن بغشاء أكسيد واقي. وفي غيابه يشكل التيتانيوم خطرا كبيرا. لذلك، يمكن أن ينفجر غبار التيتانيوم، ودرجة حرارة مثل هذا الفلاش هي 400 درجة مئوية. تعتبر نشارة التيتانيوم مادة خطرة على الحرائق ويتم تخزينها في بيئة خاصة.

يشرح الفيديو أدناه بنية وخصائص التيتانيوم:

خصائص وخصائص التيتانيوم

يعد التيتانيوم اليوم هو الأقوى بين جميع المواد التقنية الموجودة، لذلك، على الرغم من صعوبة الحصول عليه ومتطلبات السلامة العالية له، يتم استخدامه على نطاق واسع. الخصائص الفيزيائية للعنصر غير عادية تمامًا، ولكنها تعتمد بشكل كبير على النقاء. وبالتالي، يتم استخدام التيتانيوم النقي والسبائك بنشاط في بناء الصواريخ والطائرات، لكن التيتانيوم التقني غير مناسب لأنه بسبب الشوائب يفقد قوته عند درجات الحرارة المرتفعة.

كثافة المعادن

تختلف كثافة المادة حسب درجة الحرارة والطور.

• عند درجات الحرارة من 0 إلى نقطة الانصهار ينخفض ​​من 4.51 إلى 4.26 جم/متر مكعب. سم، وأثناء المرحلة الانتقالية يزيد بنسبة 0.15%، ثم ينخفض ​​مرة أخرى.
• كثافة المعدن السائل هي 4.12 جم/مكعب. سم، ثم يقل مع زيادة درجة الحرارة.

نقاط الانصهار والغليان

يقسم انتقال الطور جميع خصائص المعدن إلى صفات يمكن أن تظهرها المرحلتان α و β. وبالتالي، تشير الكثافة حتى 883 درجة مئوية إلى خصائص الطور α، وتشير نقاط الانصهار والغليان إلى معلمات الطور β.

• نقطة انصهار التيتانيوم (بالدرجات) هي 1668 +/- 5 درجة مئوية؛
• تصل درجة الغليان إلى 3227 درجة مئوية.

تتم مناقشة احتراق التيتانيوم في هذا الفيديو:

الميزات الميكانيكية

التيتانيوم أقوى بحوالي مرتين من الحديد وأقوى بـ 6 مرات من الألومنيوم، مما يجعله مادة هيكلية قيمة. تتعلق المؤشرات بخصائص المرحلة α.

• قوة الشد للمادة هي 300-450 ميجا باسكال. يمكن زيادة المؤشر إلى 2000 ميجاباسكال عن طريق إضافة بعض العناصر، وكذلك عن طريق اللجوء إلى المعالجة الخاصة - التصلب والشيخوخة.

ومن المثير للاهتمام أن التيتانيوم يحتفظ بقوته النوعية العالية حتى في أدنى درجات الحرارة. علاوة على ذلك، مع انخفاض درجة الحرارة، تزداد قوة الانحناء: عند +20 درجة مئوية يكون المؤشر 700 ميجا باسكال، وعند -196 - 1100 ميجا باسكال.

• مرونة المعدن منخفضة نسبيًا، وهو عيب كبير للمادة. معامل المرونة في الظروف العادية هو 110.25 جيجا باسكال. بالإضافة إلى ذلك، يتميز التيتانيوم بتباين الخواص: فالمرونة في اتجاهات مختلفة تصل إلى قيم مختلفة.
• صلابة المادة على مقياس HB هي 103. علاوة على ذلك فإن هذا المؤشر متوسط. اعتمادًا على نقاء المعدن وطبيعة الشوائب، قد تكون الصلابة أعلى.
• قوة الخضوع الاسمية هي 250-380 ميجا باسكال. كلما ارتفع هذا المؤشر، كلما كانت المنتجات المصنوعة من المادة مقاومة للأحمال بشكل أفضل وكلما زادت مقاومة التآكل. مؤشر التيتانيوم يتجاوز مؤشر الألومنيوم بمقدار 18 مرة.

بالمقارنة مع المعادن الأخرى التي لها نفس الشبكة، يتمتع المعدن بالليونة والقدرة على التحمل بشكل جيد للغاية.

السعة الحرارية

يحتوي المعدن على موصلية حرارية منخفضة، لذلك، في المجالات ذات الصلة - لا يتم استخدام إنتاج الأقطاب الحرارية، على سبيل المثال.

• الموصلية الحرارية هي 16.76 لتر، ث/(م × درجة). وهذا أقل بأربع مرات من الحديد وأقل بـ 12 مرة من الحديد.
• لكن معامل التمدد الحراري للتيتانيوم لا يكاد يذكر في درجات الحرارة العادية ويزداد مع زيادة درجة الحرارة.
• السعة الحرارية للمعدن هي 0.523 كيلوجول/(كجم ك).

الخصائص الكهربائية

كما يحدث غالبًا، تضمن الموصلية الحرارية المنخفضة أيضًا توصيلًا كهربائيًا منخفضًا.

• المقاومة الكهربائية للمعدن عالية جدًا - 42.1·10 -6 أوم·سم في الظروف العادية. فإذا افترضنا أن موصلية الفضة 100%، فإن موصلية التيتانيوم ستكون 3.8%.
• التيتانيوم عبارة عن مغناطيس بارامغناطيسي، أي أنه لا يمكن مغنطته في مجال ما، مثل الحديد، ولكن لا يمكن دفعه خارج المجال، لأنه لن يحدث ذلك. تتناقص هذه الخاصية خطيًا مع انخفاض درجة الحرارة، ولكن بعد تجاوز الحد الأدنى، فإنها تزيد قليلاً. القابلية المغناطيسية المحددة هي 3.2 10 -6 G -1 . ومن الجدير بالذكر أن القابلية، مثل المرونة، تشكل تباينًا وتختلف باختلاف الاتجاه.

عند درجة حرارة 3.8 كلفن، يصبح التيتانيوم موصلًا فائقًا.

المقاومة للتآكل

في ظل الظروف العادية، يتمتع التيتانيوم بخصائص عالية جدًا مضادة للتآكل. في الهواء، يتم تغطيته بطبقة من أكسيد التيتانيوم بسمك 5-15 ميكرون، مما يضمن خمولًا كيميائيًا ممتازًا. لا يتآكل المعدن في الهواء، وهواء البحر، ومياه البحر، والكلور الرطب، ومياه الكلور والعديد من الحلول والكواشف التكنولوجية الأخرى، مما يجعل المادة لا يمكن استبدالها في الصناعات الكيميائية وصناعة الورق والنفط.

عندما ترتفع درجة الحرارة أو يصبح المعدن شديد السحق، تتغير الصورة بشكل كبير. يتفاعل المعدن مع جميع الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي تقريبًا، وفي الحالة السائلة يمتصها أيضًا.

أمان

يعد التيتانيوم أحد أكثر المعادن الخاملة بيولوجيًا. وفي الطب يستخدم في صناعة الأطراف الصناعية، فهو مقاوم للتآكل وخفيف الوزن ومتين.

ثاني أكسيد التيتانيوم ليس آمنًا جدًا، على الرغم من استخدامه في كثير من الأحيان - في مستحضرات التجميل والصناعات الغذائية، على سبيل المثال. وفقا لبعض البيانات - جامعة كاليفورنيا، البحث الذي أجراه أستاذ علم الأمراض روبرت شيستل، تؤثر جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية على الجهاز الوراثي ويمكن أن تساهم في تطور السرطان. علاوة على ذلك، فإن المادة لا تخترق الجلد، لذا فإن استخدام واقيات الشمس التي تحتوي على ثاني أكسيد لا يشكل خطرا، لكن المادة التي تدخل الجسم - مع ملونات الطعام، والإضافات البيولوجية - يمكن أن تكون خطيرة.

التيتانيوم معدن قوي وصلب وخفيف الوزن بشكل فريد وله خصائص كيميائية وفيزيائية مثيرة للاهتمام. يعد هذا المزيج ذا قيمة كبيرة لدرجة أنه حتى الصعوبات المتعلقة بصهر وتنقية التيتانيوم لا توقف الشركات المصنعة.

سيخبرك هذا الفيديو بكيفية التمييز بين التيتانيوم والصلب:

معرفة