Titan upptäcktes av den engelske mineralogen och mineralogen William Gregor år 1791. Gregor analyserade magnetiska malmgrus i Cornwall, England, och isolerade ilmenit.
Tre år senare, år 1795, isolerade den tyske kemisten Martin Heinri Klaproth titanoxid från rutil som producerades i Ungern, och gav det nya elementet namnet Titan.
Metalliskt titan framställdes första gången 1910 av Matthew A. Hunter vid Rensselaer Polytechnic Institute genom att värma TiCl4 med natrium.
År 1932 använde den luxemburgske kemisten Wilhelm Justin Kroll TiCl4 och Na för att producera stora mängder titan. I början av andra världskriget bevisade han vid U.S. Bureau of Mines att titan kunde extraheras kommersiellt genom att använda Ca istället för Mg som reduktionsmedel för att reducera TiCl4, en metod som är känd som "Krolls process", och som fortfarande används allmänt idag. Titanmetall tillverkades kommersiellt för första gången av DuPont i Förenta staterna år 1948.
Hittills är Kina, Förenta staterna, Ryssland och Japan de främsta tillverkarna av titanprodukter, och deras kombinerade produktion utgör över 90 % av världens titanproduktion.
1. Grundläggande egenskaper hos titan och dess legeringar
För att vara ärlig är titan inte ett sällsynt metall; det är det nionde vanligaste elementet i jordskorpan och det fjärde vanligaste strukturella metallen, endast efter aluminium, järn och magnesium. Men det är synd att malm med högt titaninnehåll sällan påträffas i jordskorpan, och ren titan har aldrig upptäckts. Eftersom det är mycket svårt att framställa rent titanmetall är titan alltid så "dyr". Även idag kan titan endast produceras i omgångar och intermittenter, inte med en kontinuerlig process som andra strukturella metaller.
Av de 112 kända kemiska grundämnena i det periodiska systemet (figur 1) är cirka 85 % metaller eller metalloider. Det finns olika sätt att klassificera metaller, till exempel järnmetaller och icke-järnmetaller, lättmetaller och tungmetaller. Titan är en icke-järnmetall och en lättmetall.
Figur 1 det periodiska systemet
Titans atomnummer är 22. Dess standardmolekylvikt är 47,90, densiteten är 4,5 g/cm³ och smältpunkten är upp till 1725 ℃. Titan är en dimorf allotrop; vid temperaturer under 882,5 ℃ har det en tätt packad hexagonal struktur, α-titan, och ovanför 882,5 ℃ övergår det till en kubisk centrumsymmetrisk struktur, β-titan.
Metallers egenskaper beror främst på de metalliska bindningarna mellan atomer i kristallgittret, vilket innebär att de fria valenselektronerna i gittret ger upphov till deras typiska metalliska egenskaper, såsom elektrisk ledningsförmåga. Metaller kan legeras genom plastiska deformationer som orsakas av atomsprång i gittret samt genom att dopa in impuritetsatomer i gittret. När man adderar andra metallelement till rent titan för att förbättra dess mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet vid rumstemperatur (eller hög temperatur) kallas det för titanlegering.
Titan och titanlegeringar har två framstående egenskaper: hög specifik styrka och utmärkt korrosionsbeständighet.
Specifik styrka är en indikator som mäter sambandet mellan ett materials styrka och densitet. Den definieras som förhållandet mellan ett materials styrka (vanligtvis uttryckt som brottgräns) och dess densitet. Specifik styrka används för att bedöma materialens bärförmåga under enhetsmassa och är en viktig parameter vid konstruktion av lättviktiga och hållfasta strukturer. Titanlegeringar är kända för sin lättvikt och höga specifika styrka, vilket gör dem särskilt populära inom flyg- och rymdindustrin.
Korrosionsbeständighet avser ett materials förmåga att motstå kemiska eller elektrokemiska reaktioner, vilka kan orsaka nedbrytning, skador eller försämring av materialet. Korrosionsmotstånd är en mycket viktig egenskap inom materialvetenskapen, särskilt för tillämpningar som innebär exponering för hårda miljöer eller korrosiva medier. Titanlegeringars korrosionsmotstånd beror främst på att de kan bilda en tät, självreparerande oxidhinna på sin yta. Denna passivfilm ger titanlegeringar upp till 100 gånger bättre korrosionsmotstånd än rostfritt stål. Inom havsteknik kallas titanlegering ofta för "havsmetalet" och har successivt ersatt rostfritt stål på grund av sina egenskaper när det gäller lättvikt, hög hållfasthet och korrosionsmotstånd.
EN
Senaste Nytt
