Il titanio è stato scoperto dal mineralogista inglese William Gregor nel 1791. Gregor ha analizzato sabbie di minerali magnetici a Cornovaglia, in Inghilterra, isolando l'ilmenite.
Quattro anni dopo, nel 1795, il chimico tedesco Martin Heinri Klaproth isolò l'ossido di titanio da rutilo prodotto in Ungheria, denominando questo nuovo elemento Titanio.
Il titanio metallico fu ottenuto per la prima volta nel 1910 da Matthew A. Hunter presso il Rensselaer Polytechnic Institute riscaldando TiCl4 con sodio.
Nel 1932, il chimico lussemburghese Wilhelm Justin Kroll utilizzò TiCl4 e Na per produrre una grande quantità di titanio. All'inizio della seconda guerra mondiale, dimostrò presso l'Ufficio Minerario degli Stati Uniti che il titanio poteva essere estratto commercialmente usando Ca al posto di Mg come riducente per ridurre TiCl4; questo metodo è noto come "processo Kroll" ed è ancora ampiamente utilizzato oggi. Il metallo titanio fu prodotto commercialmente per la prima volta da DuPont negli Stati Uniti nel 1948.
Ad oggi, Cina, Stati Uniti, Russia e Giappone sono i principali produttori di prodotti in titanio, la cui produzione combinata rappresenta oltre il 90% della produzione mondiale di titanio.
1. Caratteristiche fondamentali del titanio e delle sue leghe
A essere onesti, il titanio non è un metallo raro: è l'elemento più abbondante al nono posto nella crosta terrestre e il quarto tra i metalli strutturali per abbondanza, subito dopo alluminio, ferro e magnesio. Ma è un peccato che i minerali con alto contenuto di titanio siano raramente presenti nella crosta terrestre, e che il titanio puro non sia mai stato scoperto. Poiché è molto difficile produrre metallo di titanio puro, il titanio è sempre stato così "costoso". Ancora oggi, il titanio può essere prodotto solo in lotti e in modo intermittente, senza un processo di produzione continuo come avviene per altri metalli strutturali.
Tra i 112 elementi chimici noti nella tavola periodica (Figura 1), circa l'85% sono metalli o semimetalli. Esistono diversi modi per classificare i metalli, ad esempio metalli ferrosi e metalli non ferrosi, metalli leggeri e metalli pesanti. Il titanio è un metallo non ferroso e un metallo leggero.
Figura 1 tavola periodica
Il numero atomico del titanio è 22. Il suo peso atomico standard è 47,90, la densità è di 4,5 g/cm³ e il punto di fusione raggiunge i 1725 °C. Il titanio è un allotropo dimorfo: a temperature inferiori a 882,5 °C presenta una struttura esagonale compatta α-titanio, mentre al di sopra di 882,5 °C si trasforma in una struttura cubica a corpo centrato β-titanio.
Le proprietà dei metalli dipendono principalmente dai legami metallici tra gli atomi nel reticolo cristallino, il che significa che la presenza di elettroni di valenza liberamente mobili nel reticolo determina le tipiche proprietà metalliche, come la conducibilità elettrica. Tali proprietà possono essere modificate mediante deformazioni plastiche causate dallo scorrimento atomico nel reticolo o attraverso l'aggiunta di atomi di impurezze al reticolo. L'aggiunta di altri elementi metallici al titanio puro per migliorarne le proprietà meccaniche a temperatura ambiente (o alta temperatura) e la resistenza alla corrosione è detta lega al titanio.
Il titanio e le sue leghe possiedono due proprietà eccezionali: elevata resistenza specifica ed eccellente resistenza alla corrosione.
Resistenza specifica è un indicatore che misura la relazione tra la resistenza e la densità di un materiale. È definito come il rapporto tra la resistenza di un materiale (solitamente espressa come resistenza a trazione) e la sua densità. La resistenza specifica viene utilizzata per valutare la capacità portante dei materiali per unità di massa ed è un parametro importante nella progettazione di strutture leggere e ad alta resistenza. Le leghe di titanio sono note per la loro leggerezza e alta resistenza specifica, il che le rende particolarmente popolari nel settore aerospaziale.
Resistenza alla corrosione si riferisce alla capacità di un materiale di resistere a reazioni chimiche o elettrochimiche, che potrebbero causare degrado, danni o deterioramento del materiale. La resistenza alla corrosione è una proprietà molto importante nella scienza dei materiali, in particolare per applicazioni che prevedono l'esposizione a ambienti aggressivi o mezzi corrosivi. La resistenza alla corrosione delle leghe di titanio è dovuta principalmente alla capacità di formare un sottile film ossido denso e autoriparante sulla propria superficie. Questo film di passivazione conferisce alle leghe di titanio una resistenza alla corrosione pari a 100 volte quella dell'acciaio inossidabile. Nell'ingegneria offshore, la lega di titanio è conosciuta come "metallo dell'oceano" e ha gradualmente sostituito l'acciaio inossidabile grazie alle sue caratteristiche di leggerezza, elevata resistenza e resistenza alla corrosione.
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