El titanio fue descubierto por el mineralogista inglés William Gregor en 1791. Gregor analizó arenas magnéticas de minerales en Cornualles, Inglaterra, y aisló la ilmenita.
Cuatro años después, en 1795, el químico alemán Martin Heinri Klaproth aisló el óxido de titanio a partir de rutilo producido en Hungría, y nombró este nuevo elemento Titanio.
El titanio metálico se obtuvo por primera vez en 1910 por Matthew A. Hunter en el Instituto Politécnico Rensselaer al calentar TiCl4 con sodio.
En 1932, el químico luxemburgués Wilhelm Justin Kroll utilizó TiCl4 y Na para producir una gran cantidad de titanio. A principios de la Segunda Guerra Mundial, demostró en la Oficina de Minas de Estados Unidos que el titanio podía extraerse comercialmente utilizando Ca en lugar de Mg como agente reductor para reducir TiCl4; este método es conocido como el "proceso Kroll" y aún se utiliza ampliamente hoy en día. El metal titanio fue producido comercialmente por primera vez por DuPont en Estados Unidos en 1948.
Hasta la fecha, China, Estados Unidos, Rusia y Japón son los principales productores de productos de titanio, cuya producción combinada representa más del 90 % de la producción mundial de titanio.
1. Características básicas del titanio y sus aleaciones
Para ser honestos, el titanio no es un metal raro; es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre y el cuarto metal estructural más abundante, solo después del aluminio, el hierro y el magnesio. Pero es una lástima que los minerales con alto contenido de titanio rara vez se encuentren en la corteza terrestre, y nunca se ha descubierto titanio puro. Dado que es muy difícil producir metal de titanio puro, el titanio siempre ha sido tan "caro". Incluso hoy en día, el titanio solo puede producirse por lotes e intermitentemente, sin un proceso de producción continuo como otros metales estructurales.
Entre los 112 elementos químicos conocidos en la tabla periódica (Figura 1), aproximadamente el 85 % son metales o metaloides. Existen diversas formas de clasificar los metales, como metales ferrosos y no ferrosos, metales ligeros y pesados. El titanio es un metal no ferroso y ligero.
El número atómico del titanio es 22. Su peso atómico estándar es 47,90, la densidad es de 4,5 g/cm³, y su punto de fusión alcanza los 1725 °C. El titanio es un alotropo dimorfo; a temperaturas inferiores a 882,5 °C, presenta una estructura hexagonal compacta α-titanio, y por encima de 882,5 °C, se transforma en una estructura cúbica centrada en el cuerpo β-titanio.
Las propiedades de los metales dependen principalmente de los enlaces metálicos entre átomos en la red cristalina, lo que significa que los electrones de valencia libremente móviles en la red dan lugar a sus propiedades metálicas típicas, como la conductividad eléctrica, y pueden formar aleaciones mediante deformaciones plásticas resultantes del deslizamiento atómico en la red, así como mediante la adición de átomos de impurezas a la red. La adición de otros elementos metálicos al titanio puro para mejorar sus propiedades mecánicas a temperatura ambiente (o alta temperatura) y su resistencia a la corrosión se denomina aleación de titanio.
El titanio y las aleaciones de titanio poseen dos propiedades sobresalientes: alta resistencia específica y excelente resistencia a la corrosión.
Resistencia Específica es un indicador que mide la relación entre la resistencia y la densidad de un material. Se define como el cociente entre la resistencia del material (generalmente expresada como resistencia a la tracción) y su densidad. La resistencia específica se utiliza para evaluar la capacidad de carga de los materiales por unidad de masa y es un parámetro importante en el diseño de estructuras ligeras y de alta resistencia. Las aleaciones de titanio son reconocidas por su bajo peso y alta resistencia específica, lo que las hace particularmente populares en la industria aeroespacial.
Resistencia a la corrosión hace referencia a la capacidad de un material para resistir reacciones químicas o electroquímicas, las cuales pueden causar degradación, daño o deterioro del material. La resistencia a la corrosión es una propiedad muy importante en la ciencia de materiales, especialmente para aplicaciones que requieren exposición a ambientes agresivos o medios corrosivos. La resistencia a la corrosión de la aleación de titanio se debe principalmente a su capacidad de formar una película delgada de óxido densa y autorreparable sobre su superficie. Esta película de pasivación proporciona a las aleaciones de titanio una resistencia a la corrosión 100 veces mayor que la del acero inoxidable. En ingeniería marina, la aleación de titanio es conocida como el "metal del océano" y ha ido reemplazando gradualmente al acero inoxidable debido a sus características de ligereza, alta resistencia y resistencia a la corrosión.
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