Titan được phát hiện bởi nhà khoáng vật học người Anh William Gregor vào năm 1791. Gregor đã phân tích các cát quặng từ tính ở Cornwall, nước Anh, và tách ra được ilmenite.
Bốn năm sau, vào năm 1795, từ quặng rutile sản xuất tại Hungary, nhà hóa học người Đức Martin Heinri Klaproth đã tách được oxit titan, và đặt tên nguyên tố mới này là Titanium.
Titan kim loại lần đầu tiên được điều chế vào năm 1910 bởi Matthew A. Hunter tại Viện Công nghệ Rensselaer bằng cách đun nóng TiCl4 với natri。
Năm 1932, nhà hóa học Luxembourg Wilhelm Justin Kroll đã sử dụng TiCl4 và Na để sản xuất ra lượng lớn titan. Vào đầu Chiến tranh Thế giới thứ hai, ông đã chứng minh tại Cục Mỏ Hoa Kỳ rằng titan có thể được chiết xuất thương mại bằng cách dùng Ca thay cho Mg làm chất khử để khử TiCl4, phương pháp này được biết đến với tên gọi “quy trình Kroll”, và cho đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi. Kim loại titan lần đầu tiên được sản xuất thương mại bởi DuPont tại Hoa Kỳ vào năm 1948.
Cho đến nay, Trung Quốc, Hoa Kỳ, Nga và Nhật Bản là các nhà sản xuất chính các sản phẩm titan, tổng sản lượng của họ chiếm hơn 90% sản lượng titan toàn cầu.
1. Đặc điểm cơ bản của titan và các hợp kim của nó
Thành thật mà nói, Titan không phải là kim loại hiếm, nó là nguyên tố phổ biến thứ chín trong vỏ Trái Đất và là kim loại cấu trúc phổ biến thứ tư, chỉ sau nhôm, sắt và magiê. Nhưng điều đáng tiếc là quặng có hàm lượng titan cao rất hiếm khi được tìm thấy trong vỏ Trái Đất, và titan nguyên chất chưa từng được phát hiện. Vì việc sản xuất kim loại titan nguyên chất rất khó khăn, nên Titan luôn luôn "đắt đỏ". Ngay cả hiện nay, titan chỉ có thể được sản xuất theo mẻ và gián đoạn, chứ chưa có quy trình sản xuất liên tục như các kim loại cấu trúc khác.
Trong số 112 nguyên tố hóa học đã biết trong bảng tuần hoàn (Hình 1), khoảng 85% là kim loại hoặc á kim. Có nhiều cách phân loại kim loại, chẳng hạn như kim loại đen và kim loại màu, kim loại nhẹ và kim loại nặng. Titan là kim loại màu và kim loại nhẹ.
Số nguyên tử của titan là 22. Trọng lượng nguyên tử tiêu chuẩn là 47,90, khối lượng riêng là 4,5g/cm³, và điểm nóng chảy lên tới 1725℃. Titan là một dạng thù hình lưỡng hình, ở nhiệt độ dưới 882,5℃, nó có cấu trúc sáu phương xếp chặt α-titan, và trên 882,5℃, nó chuyển thành cấu trúc lập phương tâm khối β-titan.
Tính chất của kim loại chủ yếu phụ thuộc vào liên kết kim loại giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể, điều này có nghĩa là các electron hóa trị tự do di chuyển được trong mạng tinh thể dẫn đến các tính chất kim loại điển hình như tính dẫn điện, và có thể tạo hợp kim thông qua biến dạng dẻo do sự trượt nguyên tử trong mạng tinh thể cũng như bằng cách pha tạp các nguyên tử tạp chất vào mạng tinh thể. Việc thêm các nguyên tố kim loại khác vào titan nguyên chất để cải thiện tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng (hoặc nhiệt độ cao) và khả năng chống ăn mòn được gọi là hợp kim titan.
Titan và các hợp kim titan có hai tính chất nổi bật: độ bền riêng cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
Độ Bền Riêng là chỉ số đo lường mối quan hệ giữa độ bền và khối lượng riêng của một vật liệu. Nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa độ bền của vật liệu (thường được biểu thị bằng giới hạn bền kéo) và khối lượng riêng của nó. Độ Bền Riêng được sử dụng để đánh giá khả năng chịu tải của vật liệu trên mỗi đơn vị khối lượng và là thông số quan trọng trong thiết kế các kết cấu nhẹ và có độ bền cao. Các hợp kim titan được biết đến với đặc tính nhẹ và Độ Bền Riêng cao, điều này làm cho chúng đặc biệt phổ biến trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ.
Khả năng chống ăn mòn là khả năng của vật liệu chống lại các phản ứng hóa học hoặc điện hóa, những phản ứng này có thể gây ra sự suy giảm, hư hại hoặc thoái hóa vật liệu. Khả năng chống ăn mòn là một tính chất rất quan trọng trong khoa học vật liệu, đặc biệt đối với các ứng dụng yêu cầu tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt hoặc môi trường ăn mòn. Khả năng chống ăn mòn của hợp kim titan chủ yếu là do nó có thể hình thành một lớp màng oxit mỏng, đặc và tự phục hồi trên bề mặt của nó. Lớp màng thụ động này mang lại cho hợp kim titan khả năng chống ăn mòn cao gấp 100 lần so với thép không gỉ. Trong kỹ thuật đại dương, hợp kim titan được biết đến với tên gọi "kim loại đại dương" và đang dần thay thế thép không gỉ nhờ các đặc tính nhẹ, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn.
EN
Tin Tức Nổi Bật
