Tytan został odkryty przez angielskiego mineraloga Williama Gregora w 1791 roku. Gregor analizował magnetyczne piaski rudy w Kornwalii, w Anglii, i wyizolował ilmenit.
Cztery lata później, w 1795 roku, niemiecki chemik Martin Heinri Klaproth, wykorzystując rutyl pochodzący z Węgier, wyizolował tlenek tytanu i nazwał ten nowy pierwiastek tytanem.
Metaliczny tytan został po raz pierwszy uzyskany w 1910 roku przez Matthew A. Huntera na Rensselaer Polytechnic Institute poprzez ogrzewanie TiCl4 z sodem.
W 1932 roku luksemburski chemik Wilhelm Justin Kroll wykorzystał TiCl4 i Na do wytwarzania dużej ilości tytanu. Na początku II wojny światowej udowodnił w amerykańskim Biurze Górnictwa, że tytan może być pozyskiwany komercyjnie poprzez zastosowanie Ca zamiast Mg jako reduktora do redukcji TiCl4; metoda ta znana jest jako „proces Krolla” i jest nadal powszechnie stosowana do dziś. Metaliczny tytan został po raz pierwszy wyprodukowany komercyjnie przez DuPont w Stanach Zjednoczonych w 1948 roku.
Do chwili obecnej Chiny, Stany Zjednoczone, Rosja i Japonia są głównymi producentami wyrobów tytanowych, a ich łączna produkcja stanowi ponad 90% światowej produkcji tytanu.
1. Podstawowe właściwości tytanu i jego stopów
Szczególnie mówiąc, tytan nie jest metalem rzadkim – jest dziewiątym pod względem obfitości pierwiastkiem w skorupie ziemskiej oraz czwartym najobficiej występującym metalem konstrukcyjnym, ustępując jedynie aluminium, żelazu i magnezowi. Jednakże szkoda, że rudy o wysokiej zawartości tytanu rzadko występują w skorupie ziemskiej, a czysty tytan nigdy nie został odkryty w stanie naturalnym. Ze względu na dużą trudność w produkcji metalu w postaci czystej, tytan zawsze pozostaje „drogi”. Nawet obecnie tytan można wytwarzać tylko partiami i w sposób przerywany, bez ciągłego procesu produkcyjnego, jak w przypadku innych metali konstrukcyjnych.
Spośród 112 znanych pierwiastków chemicznych w układzie okresowym (Rysunek 1) około 85% to metale lub półmetale. Istnieje wiele sposobów klasyfikacji metali, takich jak metale czarne i metale kolorowe, metale lekkie i ciężkie. Tytan jest metalem kolorowym i metalem lekkim.
Liczba atomowa tytanu wynosi 22. Jego standardowa masa atomowa to 47,90, gęstość 4,5 g/cm³, a temperatura topnienia sięga 1725℃. Tytan jest alotropem dimorficznym – w temperaturach poniżej 882,5℃ ma strukturę heksagonalną gęsto upakowaną α-tytanu, a powyżej 882,5℃ przechodzi w strukturę regularną centrowaną objętościowo β-tytanu.
Właściwości metali zależą głównie od wiązań metalicznych między atomami w sieci krystalicznej, co oznacza, że swobodnie poruszające się elektrony walencyjne w sieci powodują typowe cechy metaliczne, takie jak przewodnictwo elektryczne. Można je stopować poprzez plastyczne odkształcenia wynikające z poślizgu atomów w sieci, a także przez domieszkowanie atomami zanieczyszczeń do sieci. Dodawanie innych pierwiastków metalicznych do czystego tytanu w celu poprawy jego właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej (wysokiej temperaturze) oraz odporności na korozję nazywa się stopem tytanowym.
Tytan i stopy tytanu charakteryzują się dwiema wybitnymi właściwościami: wysoką wytrzymałością właściwą oraz doskonałą odpornością na korozję.
Współczynnik wytrzymałości jest wskaźnikiem mierzącym zależność między wytrzymałością a gęstością materiału. Definiuje się go jako stosunek wytrzymałości materiału (zwykle wyrażonej jako wytrzymałość na rozciąganie) do jego gęstości. Wytrzymałość właściwa służy do oceny nośności materiałów przy jednostkowej masie i jest ważnym parametrem przy projektowaniu lekkich konstrukcji o wysokiej wytrzymałości. Stopy tytanu są cenione za niską wagę i wysoką wytrzymałość właściwą, co czyni je szczególnie popularnymi w przemyśle lotniczym.
Odporność na korozję odnosi się do zdolności materiału do odpierania reakcji chemicznych lub elektrochemicznych, które mogą prowadzić do degradacji, uszkodzenia lub pogorszenia stanu materiału. Odporność na korozję jest bardzo ważną właściwością w nauce o materiałach, szczególnie w zastosowaniach wymagających działania w trudnych warunkach lub w obecności substancji korozyjnych. Odporność na korozję stopów tytanu wynika głównie z ich zdolności do tworzenia gęstej, samonaprawiającej się cienkiej warstwy tlenkowej na powierzchni. Ta warstwa pasywna zapewnia stopom tytanu odporność na korozję aż 100 razy wyższą niż stalom nierdzewnym. W inżynierii morskiej stopy tytanu są znane jako "metal oceaniczny" i stopniowo zastępują stal nierdzewną dzięki swoim cechom takim jak lekkość, wysoka wytrzymałość oraz odporność na korozję.
EN
Gorące wiadomości
