Титан был открыт английским минералогом Уильямом Грегором в 1791 году. Грегор анализировал магнитные руды из песков Корнуолла, Англия, и выделил ильменит.
Четыре года спустя, в 1795 году, немецкий химик Мартин Генрих Клапрот выделил оксид титана из рутила, произведенного в Венгрии, и назвал этот новый элемент титаном.
Металлический титан впервые был получен в 1910 году Мэтью А. Хантером в Политехническом институте Ренсселера путем нагревания TiCl4 с натрием.
В 1932 году люксембургский химик Вильгельм Юстин Кролл использовал TiCl4 и Na для получения значительного количества титана. В начале Второй мировой войны он доказал в Бюро горных работ США, что титан может быть извлечён промышленным способом с использованием Ca вместо Mg в качестве восстановителя для восстановления TiCl4; этот метод известен как «процесс Кролла» и до сих пор широко применяется. Металлический титан был впервые произведён в промышленных масштабах компанией DuPont в Соединённых Штатах в 1948 году.
На сегодняшний день основными производителями титановой продукции являются Китай, США, Россия и Япония; их совокупный объём производства составляет более 90% мирового выпуска титана.
1. Основные характеристики титана и его сплавов
Честно говоря, титан не является редким металлом — это девятый по распространённости элемент в земной коре и четвёртый по распространённости конструкционный металл после алюминия, железа и магния. Однако к сожалению, руды с высоким содержанием титана редко встречаются в земной коре, а чистый титан вообще никогда не встречается в природе. Поскольку получение чистого титана крайне затруднено, он всегда остаётся «дорогим» материалом. Даже сегодня титан можно производить только партиями и прерывисто, в отличие от других конструкционных металлов, не имея непрерывного технологического процесса.
Среди 112 известных химических элементов периодической таблицы (рисунок 1) около 85 % составляют металлы или металлоиды. Существуют различные способы классификации металлов: чёрные и цветные металлы, лёгкие и тяжёлые металлы. Титан относится к цветным и лёгким металлам.
Рисунок 1 — Периодическая таблица
Атомный номер титана — 22. Его стандартная атомная масса составляет 47,90, плотность — 4,5 г/см³, а температура плавления достигает 1725 ℃. Титан является диморфным аллотропом: при температурах ниже 882,5 ℃ он имеет плотно упакованную гексагональную структуру α-титана, а выше 882,5 ℃ переходит в объемно-центрированную кубическую структуру β-титана.
Свойства металлов в основном зависят от металлических связей между атомами в кристаллической решётке, что означает, что свободно перемещаемые валентные электроны в решётке обуславливают его типичные металлические свойства, такие как электропроводность. Металлы могут образовывать сплавы путём пластической деформации, возникающей из-за смещения атомов в решётке, а также за счёт легирования примесными атомами, добавляемыми в решётку. Добавление других металлических элементов к чистому титану для улучшения его механических свойств при комнатной (или высокой) температуре и коррозионной стойкости называется титановым сплавом.
Титан и титановые сплавы обладают двумя выдающимися свойствами: высокой удельной прочностью и превосходной коррозионной стойкостью.
Удельная прочность является показателем, измеряющим соотношение между прочностью и плотностью материала. Он определяется как отношение прочности материала (обычно выражаемой пределом прочности при растяжении) к его плотности. Удельная прочность используется для оценки несущей способности материалов на единицу массы и является важным параметром при проектировании лёгких и высокопрочных конструкций. Сплавы титана известны своей малой плотностью и высокой удельной прочностью, что делает их особенно популярными в аэрокосмической промышленности.
Стойкость к коррозии относится к способности материала противостоять химическим или электрохимическим реакциям, которые могут вызывать деградацию, повреждение или разрушение материала. Стойкость к коррозии является очень важным свойством в материаловедении, особенно для применений, требующих эксплуатации в агрессивных средах или контакта с коррозионно-активными веществами. Коррозионная стойкость титанового сплава в основном обусловлена способностью формировать плотную, самовосстанавливающуюся оксидную пленку на своей поверхности. Эта пассивирующая пленка обеспечивает титановым сплавам в 100 раз более высокую коррозионную стойкость по сравнению со сталью. В океаническом машиностроении титановый сплав известен как «металл океана» и постепенно заменяет нержавеющую сталь благодаря своим характеристикам легкости, высокой прочности и устойчивости к коррозии.
EN
Горячие новости
