Titaan werd ontdekt in 1791 door de Engelse mineraloog William Gregor. Gregor analyseerde magnetische ertszanden in Cornwall, Engeland, en isoleerde ilmeniet.
Vier jaar later, in 1795, isoleerde de Duitse chemicus Martin Heinrich Klaproth titaanoxide uit in Hongarije geproduceerde rutil en gaf hij dit nieuwe element de naam Titanium.
Metallic titaan werd voor het eerst bereid in 1910 door Matthew A. Hunter aan het Rensselaer Polytechnic Institute, door TiCl4 te verhitten met natrium.
In 1932 gebruikte de Luxemburgse chemicus Wilhelm Justin Kroll TiCl4 en Na om grote hoeveelheden titaan te produceren. Aan het begin van de Tweede Wereldoorlog bewees hij bij het Amerikaanse Bureau of Mines dat titaan commercieel kon worden gewonnen door Ca in plaats van Mg te gebruiken als reductor voor de reductie van TiCl4. Deze methode staat bekend als het "Kroll-proces" en wordt nog steeds veelvuldig gebruikt tot op vandaag. Titaanmetaal werd voor het eerst commercieel geproduceerd door DuPont in de Verenigde Staten in 1948.
Tot nu toe zijn China, de Verenigde Staten, Rusland en Japan de belangrijkste producenten van titaanproducten; hun gecombineerde productie vertegenwoordigt meer dan 90% van de wereldwijde titaanproductie.
1. Basiskenmerken van titaan en zijn legeringen
Om eerlijk te zijn is titaan geen zeldzame metalen, het is het negende meest voorkomende element in de aardkorst en het op één na meest voorkomende constructiemetaal, alleen achter aluminium, ijzer en magnesium. Maar het is jammer dat ertsen met een hoog titaangehalte zelden in de aardkorst worden aangetroffen, en zuiver titaan is nooit ontdekt. Omdat het zeer moeilijk is om zuiver titaan te produceren, is titaan altijd zo 'duur'. Zelfs nu kan titaan alleen in batches en intermittenterwijl worden geproduceerd, zonder een continu productieproces zoals bij andere constructiemetalen.
Van de 112 bekende chemische elementen in het periodiek systeem (Figuur 1) zijn ongeveer 85% metalen of halfmetalen. Er zijn verschillende manieren om metalen te classificeren, zoals ferrometalen en non-ferrometalen, lichte metalen en zware metalen. Titaan is een non-ferrometaal en een licht metaal.
Figuur 1 periodiek systeem
Het atoomnummer van titaan is 22. De standaard atoommassa is 47,90, de dichtheid is 4,5 g/cm³ en het smeltpunt bedraagt tot 1725 ℃. Titaan is een dimorfe allotroop: bij temperaturen onder 882,5 ℃ heeft het een dicht opgepakte hexagonale structuur, α-titaan, en boven 882,5 ℃ verandert het in een ruimtecentrering kubische structuur, β-titaan.
De eigenschappen van metalen hangen voornamelijk af van de metaalbinding tussen atomen in het rooster, wat betekent dat de vrij bewegelijke valentie-elektronen in het rooster leiden tot hun typische metaaleigenschappen, zoals elektrische geleidbaarheid. Deze kunnen worden gelegeerd door plastische vervorming als gevolg van atomaire verschuiving in het rooster, evenals door het toevoegen van onzuivere atomen aan het rooster. Het toevoegen van andere metaalelementen aan puur titaan om de mechanische eigenschappen en corrosieweerstand bij kamertemperatuur (of hoge temperatuur) te verbeteren, wordt titaanlegering genoemd.
Titaan en titaanlegeringen hebben twee opvallende eigenschappen: een hoge specifieke sterkte en uitstekende corrosieweerstand.
Specifieke Sterkte is een indicator die de relatie meet tussen de sterkte en dichtheid van een materiaal. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van de sterkte van een materiaal (meestal uitgedrukt als treksterkte) tot zijn dichtheid. Specifieke sterkte wordt gebruikt om de belastbaarheid van materialen per massaeenheid te beoordelen en is een belangrijke parameter bij het ontwerpen van lichte en hoogwaardige constructies. Titaniumlegeringen staan bekend om hun lage gewicht en hoge specifieke sterkte, waardoor ze vooral populair zijn in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Corrosiebestendigheid verwijst naar het vermogen van een materiaal om chemische of elektrochemische reacties te weerstaan, deze reacties kunnen degradatie, schade of achteruitgang van het materiaal veroorzaken. Corrosiebestendigheid is een zeer belangrijke eigenschap in de materiaalkunde, met name voor toepassingen die blootstelling aan agressieve omgevingen of corrosieve media vereisen. De corrosiebestendigheid van titaanlegeringen komt voornamelijk doordat het een dichte, zichzelf herstellende oxidefilm kan vormen op het oppervlak. Deze passiveringslaag geeft titaanlegeringen een 100 keer hogere corrosiebestendigheid dan roestvrij staal. In zeevaarttechniek staat titaanlegering bekend als het "oceanemetaal" en heeft het roestvrij staal geleidelijk vervangen vanwege zijn lichte gewicht, hoge sterkte en corrosiebestendige eigenschappen.
EN
Hot News
