تیتانیوم در سال ۱۷۹۱ توسط معدن‌شناس انگلیسی ویلیام گرگور کشف شد. گرگور ترکیبات مغناطیسی ماسه‌های معدنی در کرنوال، انگلستان را تجزیه و تحلیل کرد و ایلمنیت را جدا کرد.
چهار سال بعد، در سال ۱۷۹۵، شیمیدان آلمانی مارتین هاینری کلاپروث از طریق روتیل تولید شده در مجارستان، اکسید تیتانیوم را جدا کرد و این عنصر جدید را تیتانیوم نامید.
تیتانیوم فلزی برای اولین بار در سال ۱۹۱۰ توسط متیو ای. هانتر در مؤسسه فناوری رنسلیر با حرارت دادن TiCl4 همراه با سدیم تهیه شد.
در سال 1932، شیمیدان لوکزامبورگی ویلهلم جاستین کرول از TiCl4 و Na برای تولید مقدار زیادی تیتانیوم استفاده کرد. در آغاز جنگ جهانی دوم، او در اداره معادن ایالات متحده ثابت کرد که می‌توان تیتانیوم را به صورت تجاری با استفاده از Ca به جای Mg به عنوان عامل کاهش‌دهنده برای کاهش TiCl4 استخراج کرد؛ این روش به نام «فرآیند کرول» شناخته می‌شود و هنوز هم به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می‌شود. فلز تیتانیوم برای اولین بار در سال 1948 توسط شرکت DuPont در ایالات متحده به صورت تجاری تولید شد.
تاکنون، چین، ایالات متحده، روسیه و ژاپن عمده تولیدکنندگان محصولات تیتانیوم هستند و تولید ترکیبی آنها بیش از 90 درصد از تولید جهانی تیتانیوم را تشکیل می‌دهد.
1. ویژگی‌های اساسی تیتانیوم و آلیاژهای آن
صادقانه بگویم، تیتانیوم فلز نادری نیست، بلکه نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین و چهارمین فلز ساختمانی فراوان پس از آلومینیوم، آهن و منیزیم است. اما متاسفانه معادن با محتوای بالای تیتانیوم به ندرت در پوسته زمین یافت می‌شوند و تیتانیوم خالص هرگز در طبیعت کشف نشده است. از آنجا که تولید فلز خالص تیتانیوم بسیار دشوار است، تیتانیوم همواره «گران» بوده است. حتی امروزه نیز تیتانیوم تنها به صورت دسته‌ای و غیرپیوسته تولید می‌شود و فرآیند تولید پیوسته‌ای مانند سایر فلزات ساختمانی ندارد.
از میان ۱۱۲ عنصر شیمیایی شناخته‌شده در جدول تناوبی (شکل ۱)، حدود ۸۵ درصد فلز یا شبه‌فلز هستند. روش‌های مختلفی برای طبقه‌بندی فلزات وجود دارد، مانند فلزات آهنی و غیرآهنی، فلزات سبک و سنگین. تیتانیوم یک فلز غیرآهنی و فلز سبک است.
عدد اتمی تیتانیوم 22 است. وزن اتمی استاندارد آن 47.90، چگالی آن 4.5 گرم بر سانتیمتر مکعب و دمای نقطه ذوب آن تا 1725 درجه سانتیگراد می‌باشد. تیتانیوم یک آلوتروپ دو شکلی است؛ در دماهای پایین‌تر از 882.5 درجه سانتیگراد، ساختار آن از نوع هگزاگونال متراکم α-تیتانیوم و در دماهای بالاتر از 882.5 درجه سانتیگراد به ساختار مکعبی مرکزدار بدنی β-تیتانیوم تبدیل می‌شود.
خواص فلزات عمدتاً به پیوندهای فلزی بین اتم‌ها در شبکه بلوری بستگی دارد که به این معناست که الکترون‌های ظرفیت آزاد در شبکه، باعث ایجاد خواص فلزی معمول مانند هدایت الکتریکی می‌شوند. این خواص از طریق تغییر شکل پلاستیک ناشی از لغزش اتمی در شبکه و همچنین آلیاژ کردن با افزودن اتم‌های ناخالصی به شبکه قابل اصلاح هستند. افزودن عناصر فلزی دیگر به تیتانیوم خالص برای بهبود خواص مکانیکی آن در دمای محیط (دمای بالا) و مقاومت در برابر خوردگی، آلیاژ تیتانیوم نامیده می‌شود.
تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم دو خاصیت ب sobresaliente دارند: استحکام ویژه بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی.
استحکام ویژه شاخصی است که رابطه بین استحکام و چگالی یک ماده را اندازه‌گیری می‌کند. این شاخص به صورت نسبت استحکام یک ماده (معمولاً به صورت استحکام کششی بیان می‌شود) به چگالی آن تعریف می‌شود. استحکام ویژه برای ارزیابی توانایی باربرداری مواد در واحد جرم استفاده می‌شود و پارامتری مهم در طراحی سازه‌های سبک‌وزن و با استحکام بالا محسوب می‌شود. آلیاژهای تیتانیوم به دلیل سبکی و استحکام ویژه بالا شناخته شده‌اند، که همین امر باعث محبوبیت خاص آنها در صنعت هوافضا شده است.
مقاوم در برابر خوردگی به توانایی یک ماده در مقاومت در برابر واکنش‌های شیمیایی یا الکتروشیمیایی اشاره دارد، این واکنش‌ها ممکن است منجر به تخریب، آسیب یا فساد ماده شوند. مقاومت در برابر خوردگی ویژگی بسیار مهمی در علم مواد است، به‌ویژه برای کاربردهایی که نیازمند قرار گرفتن در معرض محیط‌های سخت یا مواد خورنده هستند. مقاومت خوردگی آلیاژ تیتانیوم عمدتاً به دلیل تشکیل یک لایه نازک اکسیدی متراکم و خودتعمیرشونده بر روی سطح آن است. این لایه پسیو شده باعث می‌شود که آلیاژهای تیتانیوم مقاومت در برابر خوردگی ۱۰۰ برابر بیشتری نسبت به فولاد ضدزنگ داشته باشند. در مهندسی دریایی، آلیاژ تیتانیوم به عنوان «فلز اقیانوس» شناخته می‌شود و به دلیل ویژگی‌های سبکی، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی، به تدریج جایگزین فولاد ضدزنگ شده است.
EN
اخبار داغ
