Titaani löydettiin vuonna 1791 englantilaisen mineraalitutkijan William Gregorin toimesta. Gregor analysoi magneettisia rautamalmihiekkoja Cornwalissa, Englannissa, ja eristi ilmeniitin.
Neljä vuotta myöhemmin, vuonna 1795, unkarilaisesta rutilesta saksalainen kemisti Martin Heinri Klaproth eristi titaanidioksidin ja nimesi uuden alkuaineen titaaniksi.
Metallinen titaani valmistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1910 Matthew A. Hunterin toimesta Rensselaer Polytechnic Instituutissa kuumentamalla TiCl4:n ja natriumin seosta.
Vuonna 1932 luxemburgilainen kemisti Wilhelm Justin Kroll käytti TiCl4:ää ja Na:ta tuottaakseen suuren määrän titaania. Toisen maailmansodan alussa hän osoitti Yhdysvaltojen kaivostutkimuslaitoksessa, että titaania voitiin kaupallisesti eristää käyttämällä Ca:ta Mg:n sijaan pelkistimenä pelkistämään TiCl4:ää. Tätä menetelmää kutsutaan "Krollin prosessiksi", ja sitä käytetään edelleen laajalti tänä päivänä. Titaanimetallia tuotettiin kaupallisesti ensimmäisen kerran DuPontin toimesta Yhdysvalloissa vuonna 1948.
Tähän mennessä Kiina, Yhdysvallat, Venäjä ja Japani ovat titaanituotteiden tärkeimmät tuottajat, ja niiden yhdistetty tuotanto vastaa yli 90 % maailman titaanituotannosta.
1. Titaanin ja sen seosten perusominaisuudet
Rehellisesti sanottuna titaani ei ole harvinainen metalli; se on yleisimmiltä maankuoren alkuaineilta mitattuna yhdeksänneksi runsain ja rakennemetalleista neljänneksi runsain, vain alumiinin, raudan ja magnesiumin jälkeen. On kuitenkin valitettavaa, että korkean titaanipitoisuuden malmit ovat harvinaisia maankuoressa, eikä puhdasta titaania ole koskaan löydetty luonnosta. Koska puhdasta titaanimetallia on erittäin vaikea valmistaa, titaani on aina ollut niin 'kallis'. Jopa nykyään titaania voidaan tuottaa vain eräkohtaisesti ja epäsäännöllisesti, eikä siitä ole jatkuvaa tuotantoprosessia kuten muilla rakennemetalleilla.
Jaksollisessa järjestelmässä (kuva 1) tunnetuista 112 kemiallisesta alkuaineesta noin 85 % on metalleja tai metallien kaltaisia alkuaineita. Metallien luokitteluun on useita tapoja, kuten rautametallit ja värimetallit, kevytmetallit ja raskasmetallit. Titaani on värimetalli ja kevytmetalli.
Kuva 1 jaksollinen järjestelmä
Titaniumn järjestysluku on 22. Sen standardi atomipaino on 47,90, tiheys on 4,5 g/cm³ ja sulamispiste on jopa 1725 ℃. Titanium on dimuuttinen allotrooppinen muoto: lämpötiloissa alle 882,5 ℃ se on tiiviisti pakattu heksagonaalinen rakenne α-titanium, ja yli 882,5 ℃ siitä tulee keskeltä sijoittunut kuutiollinen rakenne β-titanium.
Metallien ominaisuudet riippuvat pääasiassa metallisidoksista hilassa olevien atomien välillä, mikä tarkoittaa, että hilaan jäävät vapaasti liikkuvat valenssielektronit johtavat tyypillisiin metalli-ominaisuuksiin, kuten sähkönjohtavuuteen. Metalleja voidaan seostaa myös muovautumalla, joka johtuu atomien liukumisesta hilassa, sekä lisäämällä epäpuhtausatomeja hilarakenteeseen. Muiden metallialkuaineiden lisääminen puhdas titaniumiin sen mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi huone- (tai korkeassa) lämpötilassa sekä korroosionkestävyyden parantamiseksi kutsutaan titaniumseokseksi.
Titaniumilla ja titaniumseoksilla on kaksi erinomaista ominaisuutta: korkea ominaislujuus ja erinomainen korroosionkestävyys.
Ominaislujuus on indikaattori, joka mittaa materiaalin lujuuden ja tiheyden välistä suhdetta. Se määritellään materiaalin lujuuden (yleensä vetolujuus) ja tiheyden suhteena. Ominaislujuutta käytetään materiaalien kantavuuden arvioimiseen yksikkömasta kohti, ja se on tärkeä parametri kevyiden ja korkealujuisten rakenteiden suunnittelussa. Titaaniseokset tunnetaan niiden keveydestä ja korkeasta ominaislujuudesta, mikä tekee niistä erityisen suosittuja ilmailu- ja avaruusteollisuudessa.
Korroosionkestävyys viittaa materiaalin kykyyn kestää kemiallisia tai sähkökemiallisia reaktioita, jotka voivat aiheuttaa materiaalin hajoamista, vahinkoa tai heikkenemistä. Korroosion kestävyys on erittäin tärkeä ominaisuus materiaalitieteessä, erityisesti sovelluksissa, joissa materiaali altistuu koville ympäristöille tai korroosiivisille aineille. Titaaniseosten korroosion kestävyys perustuu pääasiassa kykyyn muodostaa tiheä, itsekorjaantuva hapettuneen ohut kalvo sen pinnalle. Tämä passivoitumiskalvo antaa titaaniseoksille 100-kertaisen korroosion kestävyyden ruostumattomaan teräkseen verrattuna. Meritekniikassa titaaniseosta tunnetaan nimellä "merimetalli", ja se on asteittain korvannut ruostumattoman teräksen keveytensä, korkean lujuutensa ja korroosion kestävyytensä ansiosta.
EN
Uutiskanava
