Il metallo titanio è tutto. Indicazioni per l'uso. Proprietà termodinamiche del titanio

Tutto quello che devi sapere sul titanio, oltre a cromo e tungsteno

Molte persone sono interessate alla domanda: qual è il metallo più duro del mondo? Questo è titanio. Questa sostanza solida sarà al centro della maggior parte dell’articolo. Facciamo anche conoscenza un po' con metalli duri come il cromo e il tungsteno.

9 fatti interessanti sul titanio

1. Esistono diverse versioni del motivo per cui il metallo ha preso il nome. Una teoria è che prese il nome dai Titani, impavide creature soprannaturali. Secondo un'altra versione il nome deriverebbe da Titania, la regina delle fate.
2. Il titanio fu scoperto alla fine del XVIII secolo da un chimico tedesco e inglese.
3. Il titanio non è stato utilizzato nell'industria per molto tempo a causa della sua naturale fragilità.
4. All'inizio del 1925, dopo una serie di esperimenti, i chimici ottennero il titanio nella sua forma pura.
5. I trucioli di titanio sono altamente infiammabili.
6. È uno dei metalli più leggeri.
7. Il titanio può sciogliersi solo a temperature superiori a 3200 gradi.
8. Bolle ad una temperatura di 3300 gradi.
9. Il titanio ha un colore argento.

Storia della scoperta del titanio

Il metallo, che in seguito fu chiamato titanio, fu scoperto da due scienziati: l'inglese William Gregor e il tedesco Martin Gregor Klaproth. Gli scienziati hanno lavorato in parallelo e non si sono intersecati tra loro. La differenza tra le scoperte è di 6 anni.

William Gregor diede un nome alla sua scoperta: manakin.

Più di 30 anni dopo fu ottenuta la prima lega di titanio, che si rivelò estremamente fragile e non poteva essere utilizzata da nessuna parte. Si ritiene che solo nel 1925 il titanio sia stato isolato nella sua forma pura, diventando uno dei metalli più apprezzati nell'industria.

È stato dimostrato che lo scienziato russo Kirillov riuscì a estrarre il titanio puro nel 1875. Ha pubblicato una brochure che descrive in dettaglio il suo lavoro. Tuttavia, la ricerca di un russo poco conosciuto è passata inosservata.

Informazioni generali sul titanio

Le leghe di titanio sono una salvezza per meccanici e ingegneri. Ad esempio, il corpo di un aereo è realizzato in titanio. Durante il volo raggiunge velocità molte volte superiori a quella del suono. La cassa in titanio si riscalda fino a temperature superiori a 300 gradi e non si scioglie.

Il metallo chiude la top ten dei “Metalli più comuni in natura”. Grandi giacimenti sono stati scoperti in Sud Africa, Cina e molto titanio in Giappone, India e Ucraina.

La quantità totale delle riserve mondiali di titanio supera i 700 milioni di tonnellate. Se i tassi di produzione rimarranno gli stessi, ci sarà abbastanza titanio per altri 150-160 anni.

Il più grande produttore del metallo più duro al mondo è l'impresa russa VSMPO-Avisma, che soddisfa un terzo del fabbisogno mondiale.

Proprietà del titanio

1. Resistenza alla corrosione.
2. Elevata resistenza meccanica.
3. Bassa densità.

Il peso atomico del titanio è 47,88 amu, il numero di serie nella tavola periodica chimica è 22. Esternamente è molto simile all'acciaio.

La densità meccanica del metallo è 6 volte maggiore di quella dell'alluminio, 2 volte superiore a quella del ferro. Può combinarsi con ossigeno, idrogeno, azoto. Se accoppiato al carbonio, il metallo forma carburi incredibilmente duri.

La conduttività termica del titanio è 4 volte inferiore a quella del ferro e 13 volte inferiore a quella dell'alluminio.

Processo di estrazione del titanio

Nella terra dei Titani un gran numero di Tuttavia, estrarlo dalle profondità costa un sacco di soldi. Per la produzione viene utilizzato il metodo dello ioduro, il cui autore è considerato Van Arkel de Boer.

Il metodo si basa sulla capacità del metallo di combinarsi con lo iodio; dopo la decomposizione di questo composto si può ottenere titanio puro, privo di impurità estranee.

Le cose più interessanti realizzate in titanio:

• protesi in medicina;
• schede per dispositivi mobili;
• sistemi missilistici per l'esplorazione spaziale;
• condutture, pompe;
• tende da sole, cornicioni, rivestimenti esterni di edifici;
• la maggior parte delle parti (telaio, finiture).

Aree di applicazione del titanio

Il titanio è utilizzato attivamente nella sfera militare, nella medicina e nella gioielleria. Gli venne dato il nome non ufficiale di “metallo del futuro”. Molti dicono che aiuta a trasformare i sogni in realtà.

Il metallo più duro al mondo veniva inizialmente utilizzato in ambito militare e della difesa. Oggi, il principale consumatore di prodotti in titanio è l'industria aeronautica.

Titanio – universale materiale da costruzione. Per molti anni è stato utilizzato per creare turbine aeronautiche. Nei motori degli aerei, gli elementi della ventola, i compressori e i dischi sono realizzati in titanio.

Il progetto di un aereo moderno può contenere fino a 20 tonnellate di lega di titanio.

Le principali aree di applicazione del titanio nella costruzione di aeromobili:

• prodotti di forma spaziale (bordi di porte, portelli, rivestimenti, pavimenti);
• unità e componenti soggetti a carichi pesanti (supporti alari, carrello di atterraggio, cilindri idraulici);
• parti del motore (alloggiamento, pale del compressore).

Grazie al titanio l'uomo è riuscito a oltrepassare la barriera del suono e ad irrompere nello spazio. È stato utilizzato per creare sistemi missilistici con equipaggio. Titano può resistere alle radiazioni cosmiche, ai cambiamenti di temperatura e alla velocità di movimento.

Questo metallo ha una bassa densità, che è importante nel settore della costruzione navale. I prodotti realizzati in titanio sono leggeri, il che significa che il peso è ridotto e la manovrabilità, la velocità e la portata aumentano. Se lo scafo della nave è rivestito di titanio, non sarà necessario verniciarlo per molti anni: il titanio non arrugginisce nell'acqua di mare (resistenza alla corrosione).

Molto spesso, questo metallo viene utilizzato nella costruzione navale per la produzione di motori a turbina, caldaie a vapore e tubi di condensatori.

Industria petrolifera e titanio

La perforazione ultraprofonda è considerata un'area promettente per l'uso delle leghe di titanio. Per studiare ed estrarre risorse sotterranee è necessario penetrare in profondità nel sottosuolo, oltre 15mila metri. I tubi di perforazione in alluminio, ad esempio, si romperanno a causa della loro stessa gravità, e solo le leghe di titanio possono raggiungere profondità davvero elevate.

Non molto tempo fa, il titanio iniziò ad essere utilizzato attivamente per creare pozzi piattaforme marine. Gli specialisti utilizzano le leghe di titanio come attrezzatura:

• impianti per la produzione di petrolio;
• recipienti ad alta pressione;
• pompe per acque profonde, condutture.

Titanio nello sport, nella medicina

Il titanio è estremamente apprezzato in ambito sportivo per la sua resistenza e leggerezza. Diversi decenni fa, venne realizzata una bicicletta con leghe di titanio, la prima attrezzatura sportiva realizzata con il materiale più duro al mondo. Una bicicletta moderna è costituita da un corpo in titanio, dagli stessi freni e molle del sedile.

Le mazze da golf in titanio sono state create in Giappone. Questi dispositivi sono leggeri e durevoli, ma estremamente costosi.

La maggior parte degli oggetti presenti nello zaino di alpinisti e viaggiatori sono realizzati in titanio: stoviglie, set da cucina, rastrelliere per rinforzare le tende. Le piccozze in titanio sono un'attrezzatura sportiva molto popolare.

Questo metallo è molto richiesto nell'industria medica. La maggior parte sono realizzati in titanio strumenti chirurgici– leggero e confortevole.

Un altro campo di applicazione del metallo del futuro è la creazione di protesi. Il titanio “si combina” perfettamente con il corpo umano. I medici chiamavano questo processo “vera parentela”. Le strutture in titanio sono sicure per muscoli e ossa e raramente causano lesioni reazione allergica, non vengono distrutti dai liquidi presenti nel corpo. Le protesi in titanio sono durevoli e possono sopportare enormi carichi fisici.

Il titanio è un metallo straordinario. Aiuta una persona a raggiungere vette senza precedenti vari campi vita. È amato e venerato per la sua forza, leggerezza e lunghi anni di servizio.

Il cromo è uno dei metalli più duri.

Fatti interessanti sul cromo

1. Deriva il nome del metallo Parola greca“chroma”, che significa vernice.
2. Nell'ambiente naturale, il cromo non si trova nella sua forma pura, ma solo sotto forma di minerale di ferro cromo, doppio ossido.
3. I maggiori giacimenti di metallo si trovano in Sud Africa, Russia, Kazakistan e Zimbabwe.
4. Densità del metallo – 7200 kg/m3.
5. Il cromo si scioglie ad una temperatura di 1907 gradi.
6. Bolle ad una temperatura di 2671 gradi.
7. Il cromo assolutamente puro senza impurità è caratterizzato da duttilità e viscosità. Se combinato con ossigeno, azoto o idrogeno, il metallo diventa fragile e molto duro.
8. Questo metallo bianco-argenteo fu scoperto dal francese Louis Nicolas Vauquelin alla fine del XVIII secolo.

Proprietà del metallo cromo

Il cromo ha una durezza molto elevata e può tagliare il vetro. Non viene ossidato dall'aria o dall'umidità. Se il metallo viene riscaldato, l'ossidazione avverrà solo in superficie.

Ogni anno vengono consumate più di 15.000 tonnellate di cromo puro. L'azienda inglese Bell Metals è considerata leader nella produzione di cromo puro.

Gli Stati Uniti consumano più cromo Paesi occidentali Europa e Giappone. Il mercato del cromo è volatile e i prezzi abbracciano un’ampia gamma.

Aree di utilizzo del cromo

Molto spesso utilizzato per creare leghe e rivestimenti galvanici (cromatura per il trasporto).

Il cromo viene aggiunto all'acciaio, che migliora le proprietà fisiche del metallo. Queste leghe sono le più richieste nella metallurgia ferrosa.

Il tipo di acciaio più popolare è costituito da cromo (18%) e nichel (8%). Tali leghe hanno un'eccellente resistenza all'ossidazione e alla corrosione e sono durevoli anche alle alte temperature.

I forni di riscaldamento sono realizzati in acciaio, che contiene un terzo di cromo.

Cos'altro è fatto dal cromo?

1. Canne per armi da fuoco.
2. Corpo sottomarini.
3. Mattoni, utilizzati nella metallurgia.

Un altro metallo estremamente duro è il tungsteno.

Fatti interessanti sul tungsteno

1. Il nome del metallo tradotto dal tedesco ("Wolf Rahm") significa "schiuma di lupo".
2. È il metallo più refrattario al mondo.
3. Il tungsteno ha una tinta grigio chiaro.
4. Il metallo fu scoperto alla fine del XVIII secolo (1781) dallo svedese Karl Scheele.
5. Il tungsteno si scioglie a una temperatura di 3422 gradi, bolle a 5900.
6. Il metallo ha una densità di 19,3 g/cm³.
7. Massa atomica – 183,85, elemento del gruppo VI nel sistema periodico di Mendeleev (numero di serie – 74).

Processo di estrazione del tungsteno

Il tungsteno appartiene ad un ampio gruppo di metalli rari. Include anche rubidio e molibdeno. Questo gruppo è caratterizzato da una bassa prevalenza di metalli in natura e da una piccola scala di consumo.

La produzione del tungsteno si compone di 3 fasi:

• separare il metallo dal minerale, accumulandolo in soluzione;
• isolamento del composto, sua purificazione;
• separazione del metallo puro da un composto chimico finito.
• I materiali di partenza per la produzione del tungsteno sono la scheelite e la wolframite.

Applicazioni del tungsteno

Il tungsteno è la base delle leghe più resistenti. Viene utilizzato per realizzare motori aeronautici, parti di dispositivi elettrici per il vuoto e filamenti incandescenti.
L'elevata densità del metallo consente di utilizzare il tungsteno per creare missili balistici, proiettili, contrappesi e proiettili di artiglieria.

I composti a base di tungsteno vengono utilizzati per la lavorazione di altri metalli, nell'industria mineraria (trivellazione di pozzi), pitture e vernici e nel settore tessile (come catalizzatore per la sintesi organica).

Dai complessi composti di tungsteno producono:

• fili – utilizzati nei forni di riscaldamento;
• nastri, fogli, piastre, fogli - per laminazione e forgiatura piana.

Titanio, cromo e tungsteno sono in cima alla lista dei "metalli più duri del mondo". Sono utilizzati in molte aree dell'attività umana: aviazione e missilistica, militare, edilizia e, allo stesso tempo, questa non è l'intera gamma di applicazioni dei metalli.

TITANIO E SUE LEGHE

Il titanio appartiene al gruppo dei metalli refrattari; il suo punto di fusione è 1668°C. Il titanio ha due modifiche allotropiche α e ß. La modificazione α è a bassa temperatura ed esiste quando riscaldata a 882,5°C, ha un reticolo esagonale. Alla temperatura di 882,5°C la modificazione α si trasforma nella modificazione ß, che ha un reticolo cubico a corpo centrato. Durante la transizione dell'α-titanio al ß-titanio, il volume del metallo diminuisce leggermente e la conduttività elettrica aumenta bruscamente. I principali vantaggi del titanio sono la densità (4,5 g/cm3), l'elevata resistenza alla corrosione e l'elevata resistenza meccanica. Nonostante il titanio sia chimicamente molto attivo e reagisca facilmente con un gran numero di elementi, ha un'elevata resistenza alla corrosione grazie all'effetto protettivo di un film di ossido forte e denso formato sulla sua superficie. Nella maggior parte degli ambienti corrosivi, il titanio e le sue leghe hanno una resistenza maggiore rispetto agli acciai e all'alluminio resistenti agli acidi. Introducendo elementi di lega è possibile ottenere leghe ad elevata resistenza meccanica. I principali elementi di lega sono Al, Sn, Mn, Cr, Mo, V. Gli elementi di lega influenzano la stabilità delle modifiche allotropiche del titanio. In base all'influenza degli elementi di lega sulle trasformazioni allotropiche, le leghe di titanio sono classificate in base alla struttura come segue: 1) leghe α-titanio, la cui struttura è costituita dalla fase α (ad esempio lega VT5-1); 2) α+ß - leghe nella cui struttura sono presenti entrambe le fasi (VTZ-1, VT6); 3) ß - leghe, la cui struttura è costituita da una fase ß meccanicamente stabile (VT15); le leghe bifase (α+ß) e le leghe ß, a differenza delle leghe α, vengono rinforzate mediante trattamento termico. Le leghe di titanio non solo hanno una maggiore resistenza meccanica, ma anche una maggiore resistenza alla corrosione rispetto al titanio puro. Il titanio e le sue leghe si prestano bene alla formatura a caldo e a freddo, sono ben saldabili in ambiente inerte, ma hanno basse proprietà antiattrito e, rispetto all'acciaio, sono meno facilmente lavorabili mediante taglio. Le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nella tecnologia aeronautica e missilistica, nell'industria chimica, nella metallurgia non ferrosa e in altri settori in cui l'uso delle leghe di titanio è determinato dalle loro preziose proprietà anticorrosive. Pertanto, gli scambiatori di calore in titanio funzionanti con acido nitrico hanno un tasso di corrosione 60 volte inferiore rispetto a scambiatori di calore simili in acciaio inossidabile. Le attrezzature per l'industria del cloro, le eliche, ecc. sono realizzate in titanio.

Il titanio (Ti) (Titanio) è un elemento chimico con numero di serie 22 nella tavola periodica degli elementi D.I. Mendeleev, peso atomico 47,88, metallo bianco-argenteo leggero. Densità 4,51 g/s m³, punto di fusione=1668+ (-)5°С, punto di ebollizione=3260°С.

Per densità e capacità termica specifica Il titanio occupa una posizione intermedia tra i due principali metalli strutturali: alluminio e ferro. Vale anche la pena notare che la sua resistenza meccanica è circa il doppio di quella del ferro puro e quasi sei volte quella dell'alluminio. Ma il titanio può assorbire attivamente ossigeno, azoto e idrogeno, che riducono drasticamente le proprietà plastiche del metallo. Con il carbonio, il titanio forma carburi refrattari ad elevata durezza.

Il titanio ha una bassa conduttività termica, che è 13 volte inferiore a quella dell'alluminio e 4 volte inferiore a quella del ferro. Il coefficiente di dilatazione termica a temperatura ambiente è relativamente piccolo; aumenta con l'aumentare della temperatura.

I moduli elastici del titanio sono bassi e presentano una significativa anisotropia. Con un aumento della temperatura fino a 350°C i moduli elastici diminuiscono quasi linearmente. Il piccolo valore del modulo elastico del titanio è il suo svantaggio significativo, perché in alcuni casi, per ottenere strutture sufficientemente rigide, è necessario utilizzare sezioni di manufatti maggiori rispetto a quelle che conseguono dalle condizioni di resistenza.

Il titanio ha una resistività elettrica abbastanza elevata che, a seconda del contenuto di impurità, varia da 42·10-8 a 80·10-6 Ohm·cm. A temperature inferiori a 0,45 K diventa un superconduttore.

Il titanio è un metallo paramagnetico. Per le sostanze paramagnetiche, la suscettibilità magnetica solitamente diminuisce quando vengono riscaldate. Il titanio rappresenta un'eccezione a questa regola: la sua suscettibilità aumenta significativamente con la temperatura.

Per i gradi tecnici di titanio VT-00 e VT1-0, la densità è di circa 4,32 g/s m³. Il titanio e le leghe di titanio combinano leggerezza, robustezza, elevata resistenza alla corrosione, basso coefficiente di dilatazione termica e capacità di operare in un ampio intervallo di temperature (da -290°C a 600°C).

Il metallo ha una serie di proprietà utili che lo rendono uno dei materiali principali in alcuni settori. Il titanio laminato viene utilizzato nella produzione di razzi e aerei, nell'industria chimica, nella costruzione navale e nell'ingegneria meccanica.

Ad esempio, lamiere e barre di titanio vengono utilizzate per creare gli scafi dei sottomarini nucleari;
i tubi in titanio sono utilizzati nell'industria chimica per le loro elevate caratteristiche anticorrosive e inerzia chimica ai reagenti;
il filo di titanio viene utilizzato come filo di apporto per creare telai, stampi e corpi di leghe di titanio per scopi strategici.

Filo di titanio spesso utilizzato nel settore medico, in particolare in odontoiatria. Le proprietà utili dei prodotti laminati in titanio comprendono elevata resistenza meccanica, resistenza alla corrosione (resistente a molti ambienti chimicamente attivi), resistenza al calore (t pl = 1668 °C), nonché bassa densità (4,505 g/cm3). Fisico di base e Proprietà chimiche il titanio può essere visto in questa tabella. Ma il titanio ha anche i suoi svantaggi. Uno dei principali svantaggi è l’alto costo di produzione. La fusione del titanio può essere effettuata solo sotto vuoto o in un ambiente di gas inerte, perché questo metallo interagisce attivamente (soprattutto allo stato liquido) con tutti i gas che compongono l'atmosfera. Inoltre, i prodotti in titanio hanno scarse proprietà antiattrito, un'elevata tendenza all'infragilimento da idrogeno e alla corrosione salina, scarsa lavorabilità e saldabilità.

La base per la produzione del titanio tecnico e delle sue leghe è la spugna di titanio prodotta con il metodo termico al magnesio. La spugna di titanio è una sostanza grigia porosa con una densità apparente di 1,5-2,0 g/cm3 e una viscosità molto elevata.

A seconda del contenuto di impurità, il titanio tecnico è suddiviso in diversi gradi: GR1 (il titanio più puro), GR2 (più contaminato).

Leghe di titanio

In termini di utilizzo come materiale strutturale, il titanio è al 4° posto, secondo solo a Al, Fe e Mg. Gli alluminuri di titanio sono molto resistenti all'ossidazione e al calore, il che a sua volta ne ha determinato l'uso nella produzione aeronautica e automobilistica come materiali strutturali. La sicurezza biologica del titanio lo rende un materiale eccellente per l'industria alimentare e la chirurgia ricostruttiva.

Il titanio e le sue leghe hanno trovato ampia applicazione nella tecnologia grazie alla loro elevata resistenza meccanica, che viene mantenuta ad alte temperature, resistenza alla corrosione, resistenza al calore, resistenza specifica, bassa densità e altre proprietà utili. L'elevato costo del titanio e delle sue leghe è in molti casi compensato dalle loro maggiori prestazioni, e in alcuni casi sono l'unico materiale con cui è possibile realizzare apparecchiature o strutture in grado di funzionare in determinate condizioni specifiche.

Le leghe di titanio giocano grande ruolo nella tecnologia aeronautica, dove si sforzano di ottenere la struttura più leggera unita alla resistenza necessaria. Il titanio è leggero rispetto ad altri metalli, ma allo stesso tempo può funzionare a temperature elevate (vedi Fig. 2). Le leghe di titanio vengono utilizzate per realizzare l'involucro, le parti di fissaggio, il kit di alimentazione, le parti del telaio e varie unità. Questi materiali vengono utilizzati anche nella costruzione di motori a reazione per aerei. Ciò consente di ridurre il loro peso del 10-25%. Le leghe di titanio vengono utilizzate per produrre dischi e pale del compressore, parti di prese d'aria e palette guida e dispositivi di fissaggio.

Il titanio e le sue leghe vengono utilizzati anche nella scienza missilistica. Grazie al funzionamento a breve termine dei motori e al rapido passaggio di strati densi dell'atmosfera nella scienza missilistica, i problemi di resistenza alla fatica, resistenza statica e parzialmente scorrimento vengono in larga misura eliminati.

A causa della sua resistenza termica non sufficientemente elevata, il titanio tecnico non è adatto per l'uso nell'aviazione, ma a causa della sua resistenza alla corrosione eccezionalmente elevata, in alcuni casi è indispensabile nell'industria chimica e nella costruzione navale. Pertanto, viene utilizzato nella produzione di compressori e pompe per il pompaggio di mezzi aggressivi come l'acido solforico e cloridrico e i loro sali, tubazioni, valvole di intercettazione, autoclavi, vari tipi contenitori, filtri, ecc. Solo il titanio ha resistenza alla corrosione in ambienti come cloro umido, soluzioni acquose e acide di cloro, pertanto le apparecchiature per l'industria del cloro sono realizzate con questo metallo. Gli scambiatori di calore sono realizzati in titanio e funzionano in ambienti corrosivi, ad esempio acido nitrico (non fumatori). Nella costruzione navale, il titanio viene utilizzato per la fabbricazione di eliche, placcature di navi, sottomarini, siluri, ecc. I gusci non si attaccano al titanio e alle sue leghe, il che aumenta notevolmente la resistenza della nave durante il movimento.

Le leghe di titanio sono promettenti per l’uso in molte altre applicazioni, ma la loro diffusione nella tecnologia è ostacolata dal costo elevato e dalla scarsità del titanio.

I composti di titanio sono anche ampiamente utilizzati in vari settori. Il carburo di titanio ha un'elevata durezza e viene utilizzato nella produzione di utensili da taglio e abrasivi. Il biossido di titanio bianco (TiO2) viene utilizzato nelle vernici (come il bianco di titanio) e nella produzione di carta e plastica. I composti organo-titanio (ad esempio tetrabutossititanio) vengono utilizzati come catalizzatore e indurente nell'industria chimica e delle pitture e vernici. I composti inorganici del titanio sono utilizzati come additivi nell'industria chimica, elettronica e della vetroresina. Il diboruro di titanio è un componente importante dei materiali superduri per la lavorazione dei metalli. Il nitruro di titanio viene utilizzato per rivestire gli strumenti

Attualmente è nota una varietà abbastanza ampia di leghe di titanio, che differiscono per composizione chimica, proprietà meccaniche e tecnologiche. Gli elementi leganti più comunemente utilizzati nelle leghe di titanio sono: alluminio, vanadio, molibdeno, manganese, cromo, silicio, stagno, zirconio, ferro.

La lega di titanio VT5 contiene, oltre al titanio, il 5% di alluminio. Ha proprietà di resistenza più elevate rispetto al titanio, ma la sua producibilità è bassa. La lega è forgiata, laminata, stampata e saldata bene.

Le aste in titanio, il filo in titanio e i tubi in titanio sono prodotti in titanio (lega) VT5. Viene utilizzato nella fabbricazione di parti che operano a temperature fino a 400 °C.

La lega di titanio VT5-1, oltre al 5% di alluminio, contiene il 2-3% di stagno. Lo stagno migliora le sue proprietà tecnologiche. Dalla lega di titanio VT5-1 vengono prodotti tutti i tipi di semilavorati ottenuti mediante trattamento a pressione: lastre di titanio, piastre, forgiati, stampati, profili, tubi di titanio e filo di titanio. È destinato alla fabbricazione di prodotti che operano in un ampio intervallo di temperature: da criogenico a 450 °C.

Le leghe di titanio OT4 e OT4-1 contengono alluminio e manganese oltre al titanio. Hanno un'elevata plasticità tecnologica (sono ben deformati negli stati caldo e freddo) e sono ben saldati con tutti i tipi di saldatura. Il titanio di questi marchi viene utilizzato principalmente per la produzione di lastre, nastri e strisce di titanio, nonché barre di titanio, forgiati, profili e tubi di titanio. Le leghe di titanio OT4 e OT4-1 vengono utilizzate per produrre parti mediante saldatura, stampaggio e piegatura, operando fino a una temperatura di 350 °C. Queste leghe presentano degli svantaggi: 1) resistenza e resistenza al calore relativamente basse; 2) maggiore tendenza all'infragilimento da idrogeno. Nella lega PT3V il manganese è sostituito dal vanadio.

La lega di titanio VT20 è stata sviluppata come lega in fogli più durevole rispetto a VT5-1. Il rafforzamento della lega VT20 è dovuto alla sua lega, oltre all'alluminio, con zirconio e piccole quantità di molibdeno e vanadio. La duttilità tecnologica della lega VT20 è bassa a causa dell'elevato contenuto di alluminio. Il titanio VT20 ha un'elevata resistenza al calore. Si salda bene, la resistenza del giunto saldato è uguale alla resistenza del metallo base. La lega è destinata alla fabbricazione di prodotti che funzionano a lungo a temperature fino a 500 °C.

La lega di titanio VT3-1 appartiene al sistema Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Di solito è ricotto isotermicamente. Questa ricottura fornisce la massima stabilità termica e la massima duttilità. AlloyVT3-1 è una delle leghe più utilizzate nella produzione. È progettato per il funzionamento a lungo termine a 400 - 450 °C; È una lega resistente al calore con una resistenza a lungo termine piuttosto elevata. Da esso vengono fornite barre, profili, piastre, forgiati, stampati di titanio.

Titanio e sue leghe

Il titanio fonde ad una temperatura di 1660°C, è allotropico, contiene impurità nocive N, C, O, H. La pellicola di TiO2 protegge il titanio dall'ossidazione e dalla corrosione dell'acqua e di alcuni acidi. Si scioglie, versa, salda in un ambiente di argon e subisce OMD. Lamiere, tubi, profili e fili sono realizzati in titanio. Le sue leghe con Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si hanno maggiore resistenza, resistenza al calore e resistenza alla corrosione.Le leghe di titanio sono trattati con il calore.

Le leghe di titanio sono deformate, fuse, realizzate con polveri, indurite, temperate e ben lavorate.

Leghe di titanio per lavorazione plastica:

− ά – leghe: VT5, VT-5-1, OT-4;

− leghe ά – β: VT-6, VT14, VT8; VT15

Leghe da fusione: VT5L, VT6L, VT14L, VT3-1L

Le leghe di titanio in polvere sono ottenute da polveri mediante pressatura; sono durevoli e duttili.

Le leghe di titanio vengono utilizzate per realizzare il rivestimento di aerei, navi, sottomarini, corpi di razzi, motori, parti di turbine, compressori, eliche, bombole per gas liquefatti, contenitori per prodotti chimici e molti altri prodotti. Le leghe di titanio possono essere sottoposte a ricottura, tempra, invecchiamento e trattamenti chimici. La ricottura delle leghe α viene effettuata a 800 - 850 0С e le leghe α + β - a 750 -800 0С. La ricottura sotto vuoto consente di ridurre il contenuto di idrogeno, il che porta ad un aumento della resistenza agli urti e ad una riduzione dei danni e delle fessurazioni.

Con un'elevata concentrazione dell'elemento di lega e tempra, compaiono una fase martensitica α׀׀ con un reticolo ortorombico e una fase ω con una struttura esagonale. Durante il processo di invecchiamento delle leghe temprate, il loro indurimento avviene a causa della decomposizione delle fasi α׀׀ e β. Le leghe di titanio lavorato sono ben lavorate mediante pressione a caldo, saldabili e hanno un'elevata resistenza alla corrosione.

Le caratteristiche caratteristiche del titanio sono la bassa densità (4,51 kg/dm3), l'elevata resistenza, che dura fino a 6000°C, e la resistenza alla corrosione. Determinano l'ambito della sua applicazione. Le leghe di titanio combinano un'elevata resistenza (σВ = 800-1500 MPa) con una buona duttilità (δ = 12-25%), resistenza al calore relativamente buona fino a 600-7000C, elevata resistenza alla corrosione in molti ambienti aggressivi eccetto HCL, HF. Le leghe di α-titanio non invecchiano e vengono utilizzate in installazioni criogeniche fino a temperature dell'elio (-2720°C). Uno degli svantaggi delle leghe di titanio è la loro scarsa lavorabilità con utensili da taglio.

Titanio. L'invenzione del titanio. Titanio e sue leghe.

Lo scopritore del titanio è considerato il monaco inglese di 28 anni William Gregor. Nel 1790, mentre conduceva indagini mineralogiche nella sua parrocchia, notò la prevalenza e le proprietà insolite della sabbia nera nella valle di Menacan, nel sud-ovest dell'Inghilterra, e iniziò a studiarla. Nella sabbia, il sacerdote scoprì granelli di un minerale nero lucido, attratto da un normale magnete. Il titanio più puro ottenuto nel 1925 da Van Arkel e de Boer utilizzando il metodo dello ioduro si è rivelato un metallo duttile e fabbricabile con molte proprietà preziose che hanno attirato l'attenzione di una vasta gamma di progettisti e ingegneri. Nel 1940 Kroll propose un metodo termico al magnesio per estrarre il titanio dai minerali, che è ancora oggi il metodo principale. Nel 1947 furono prodotti i primi 45 kg di titanio commercialmente puro.

Nella tavola periodica degli elementi di Mendeleev, il titanio ha il numero di serie 22. La massa atomica del titanio naturale, calcolata dai risultati degli studi sui suoi isotopi, è 47.926. Quindi, il nucleo di un atomo di titanio neutro contiene 22 protoni. Il numero di neutroni, cioè di particelle neutre prive di carica, è diverso: solitamente 26, ma può variare da 24 a 28. Pertanto, il numero di isotopi del titanio è diverso. Attualmente sono noti in totale 13 isotopi dell'elemento n. Il titanio e altri elementi del sottogruppo IVB hanno proprietà molto simili agli elementi del sottogruppo IIIB (gruppo scandio), sebbene differiscano da quest'ultimo per la capacità di mostrare una maggiore valenza. La somiglianza del titanio con scandio, ittrio e con elementi del sottogruppo VB - vanadio e niobio è espressa nel fatto che nei minerali naturali il titanio si trova spesso insieme a questi elementi. Con alogeni monovalenti (fluoro, bromo, cloro e iodio) può formare di- e tetra-composti, con zolfo ed elementi del suo gruppo (selenio, tellurio) - mono- e disolfuri, con ossigeno - ossidi, diossidi e triossidi.

Il titanio forma anche composti con idrogeno (idruri), azoto (nitruri), carbonio (carburi), fosforo (fosfuri), arsenico (arsidi), nonché composti con molti metalli - composti intermetallici. Il titanio forma non solo composti semplici ma anche numerosi composti complessi; molti dei suoi composti con sostanze organiche sono noti. Come si può vedere dall'elenco dei composti a cui può partecipare il titanio, è chimicamente molto attivo. E allo stesso tempo, il titanio è uno dei pochi metalli con una resistenza alla corrosione eccezionalmente elevata: è praticamente eterno nell'aria, nell'acqua fredda e bollente, ed è molto resistente nell'acqua di mare, nelle soluzioni di molti sali, inorganici e acidi organici. In termini di resistenza alla corrosione nell'acqua di mare, supera tutti i metalli, ad eccezione di quelli nobili: oro, platino, ecc., La maggior parte dei tipi di acciaio inossidabile, nichel, rame e altre leghe. In acqua e in molti ambienti aggressivi il titanio puro non è soggetto a corrosione. Il titanio resiste alla corrosione erosiva che si verifica a seguito di una combinazione di effetti chimici e meccanici sul metallo. Sotto questo aspetto non è inferiore alle migliori qualità di acciai inossidabili, leghe a base di rame e altri materiali strutturali. Il titanio resiste bene anche alla corrosione per fatica, che spesso si manifesta sotto forma di violazioni dell'integrità e della resistenza del metallo (fessure, corrosione locale, ecc.). Il comportamento del titanio in molti ambienti aggressivi, come nitrico, cloridrico, solforico, acqua regia e altri acidi e alcali, provoca sorpresa e ammirazione per questo metallo.

Il titanio è un metallo molto refrattario. Per molto tempo si è creduto che si sciogliesse a 1800 ° C, ma a metà degli anni '50. Gli scienziati inglesi Deardorff e Hayes stabilirono il punto di fusione del titanio elementare puro. La temperatura era di 1668±3° C. In termini di refrattarietà il titanio è secondo solo a metalli come tungsteno, tantalio, niobio, renio, molibdeno, metalli del gruppo del platino, zirconio e tra i principali metalli strutturali è al primo posto. La caratteristica più importante del titanio come metallo è la sua unicità caratteristiche fisico-chimiche: bassa densità, elevata resistenza, durezza, ecc. La cosa principale è che queste proprietà non cambiano in modo significativo alle alte temperature.

Il titanio è un metallo leggero, la sua densità a 0° C è di soli 4,517 g/cm8, e a 100° C – 4,506 g/cm3. Il titanio appartiene al gruppo dei metalli con peso specifico inferiore a 5 g/cm3. Ciò include tutti i metalli alcalini (sodio, cadio, litio, rubidio, cesio) con un peso specifico di 0,9–1,5 g/cm3, magnesio (1,7 g/cm3), alluminio (2,7 g/cm3) ecc. Il titanio è più di 1,5 volte più pesante dell'alluminio, e in questo ovviamente perde, ma è 1,5 volte più leggero del ferro (7,8 g/cm3). Tuttavia, occupando una posizione intermedia tra alluminio e ferro in termini di densità specifica, il titanio è molte volte superiore a loro nelle sue proprietà meccaniche.) Il titanio ha una durezza significativa: è 12 volte più duro dell'alluminio, 4 volte più duro del ferro e del rame. Un'altra caratteristica importante di un metallo è la sua resistenza allo snervamento. Più è alto, migliore è la resistenza delle parti realizzate con questo metallo ai carichi operativi. Il limite di snervamento del titanio è quasi 18 volte superiore a quello dell'alluminio. La resistenza specifica delle leghe di titanio può essere aumentata di 1,5–2 volte. È alto proprietà meccaniche sono ben conservati a temperature fino a diverse centinaia di gradi. Il titanio puro è adatto a tutti i tipi di lavorazione a caldo e a freddo: può essere forgiato come il ferro, trafilato e persino trasformato in filo, laminato in fogli, nastri e lamine fino a 0,01 mm di spessore.

A differenza della maggior parte dei metalli, il titanio ha una resistenza elettrica significativa: se si considera la conduttività elettrica dell'argento pari a 100, la conduttività elettrica del rame è 94, dell'alluminio - 60, del ferro e del platino -15 e del titanio - solo 3,8. Il titanio è un metallo paramagnetico; non si magnetizza come il ferro in un campo magnetico, ma non ne viene espulso come il rame. La sua suscettibilità magnetica è molto debole, questa proprietà può essere utilizzata nella costruzione. Il titanio ha una conduttività termica relativamente bassa, solo 22,07 W/(mK), che è circa 3 volte inferiore alla conduttività termica del ferro, 7 volte inferiore a quella del magnesio, 17–20 volte inferiore a quella dell'alluminio e del rame. Di conseguenza, il coefficiente di dilatazione termica lineare del titanio è inferiore a quello di altri materiali strutturali: a 20 C è 1,5 volte inferiore a quello del ferro, 2 volte inferiore a quello del rame e quasi 3 volte inferiore a quello dell'alluminio. Pertanto, il titanio è un cattivo conduttore di elettricità e calore.

Oggi le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nella tecnologia aeronautica. Le leghe di titanio furono utilizzate per la prima volta su scala industriale nelle strutture dei motori a reazione degli aerei. L'uso del titanio nella progettazione dei motori a reazione consente di ridurne il peso del 10...25%. In particolare, i dischi e le pale del compressore, le parti della presa d'aria, le palette di guida e gli elementi di fissaggio sono realizzati in leghe di titanio. Le leghe di titanio sono indispensabili per gli aerei supersonici. L'aumento della velocità di volo degli aerei ha portato ad un aumento della temperatura della pelle, per cui le leghe di alluminio non soddisfano più i requisiti imposti dagli aerei a velocità supersoniche. La temperatura della guaina in questo caso raggiunge i 246...316 °C. In queste condizioni, le leghe di titanio si sono rivelate il materiale più accettabile. Negli anni '70 l'uso delle leghe di titanio per le cellule degli aerei civili aumentò notevolmente. Nell'aereo TU-204 a medio raggio, la massa totale delle parti realizzate in leghe di titanio è di 2570 kg. L'uso del titanio negli elicotteri si sta gradualmente espandendo, principalmente per parti del sistema del rotore, della trasmissione e dei sistemi di controllo. Le leghe di titanio occupano un posto importante nella scienza missilistica.
A causa della loro elevata resistenza alla corrosione nell'acqua di mare, il titanio e le sue leghe vengono utilizzati nella costruzione navale per la produzione di eliche, placcatura di navi marittime, sottomarini, siluri, ecc. I gusci non si attaccano al titanio e alle sue leghe, il che aumenta notevolmente la resistenza della nave durante il movimento. A poco a poco, i campi di applicazione del titanio si stanno espandendo. Il titanio e le sue leghe vengono utilizzati nell'industria chimica, petrolchimica, della pasta di legno e della carta e alimentare, nella metallurgia non ferrosa, nell'ingegneria energetica, nell'elettronica, nell'ingegneria nucleare, nella galvanica, nella produzione di armi, per la fabbricazione di piastre corazzate, strumenti chirurgici, impianti chirurgici, impianti di desalinizzazione, parti di auto da corsa, attrezzature sportive (mazze da golf, attrezzatura da alpinismo), parti di orologi e persino gioielli. La nitrurazione del titanio porta alla formazione di una pellicola dorata sulla sua superficie, che non è inferiore in bellezza all'oro vero.

Titanio e sue leghe hanno un'elevata resistenza alla corrosione in atm. condizioni, acqua dolce e di mare, soluzioni della maggior parte dei cloruri, ipocloriti, biossido di cloro e molti altri. sali minerali sia a temperature normali che elevate. Il titanio e le sue leghe hanno anche un'elevata resistenza alla corrosione nell'ossidazione acida. mezzi (azoto e acidi cromici, ecc.) e in soluzioni alcaline. Negli acidi non ossidanti (solforico, cloridrico), il titanio è soddisfacente. resistenza alla corrosione a temperature normali e concentrazioni fino all'8-10%. Con un aumento della temperatura, della concentrazione di acidi e alcali, la velocità di corrosione del titanio aumenta notevolmente. Per l'acido solforico si osservano due velocità massime di corrosione, corrispondenti a concentrazioni del 40 e 75%. Nell'acido solforico al 40% il processo di corrosione avviene con rilascio di idrogeno; questa tipologia è caratterizzata dalla massima conduttività elettrica e dalla massima concentrazione di ioni idrogeno. In una soluzione al 75%, il processo di corrosione è accompagnato dalla riduzione dell'acido solforico a H3S e zolfo libero, e ad alte concentrazioni (80-90%) vengono rilasciati S02 e zolfo libero. Nel fosforo il titanio è relativamente più resistente e mantiene un’elevata resistenza alla corrosione fino ad una soluzione al 30%; all’aumentare della concentrazione aumenta la velocità di corrosione. Gli additivi degli agenti ossidanti (K2Cr207; HNOs; Fe+ + +; Cu++) riducono drasticamente la velocità di corrosione del titanio e delle sue leghe nel sale e negli acidi solforici.

Titanio: α- titanio- esagonale, β- titanio- cubico...

Titanio– uno dei macroelementi misteriosi e poco studiati nella scienza e nella vita umana. Anche se non per niente viene chiamato elemento “cosmico”, perché... è utilizzato attivamente nei settori avanzati della scienza, della tecnologia, della medicina e di molte altre cose: è un elemento del futuro.

Questo metallo è di colore grigio-argento (vedi foto) ed è insolubile in acqua. Ha una bassa densità chimica, quindi è caratterizzato da leggerezza. Allo stesso tempo, è molto resistente e facile da lavorare grazie alla sua fusibilità e duttilità. L'elemento è chimicamente inerte per la presenza di una pellicola protettiva sulla superficie. Il titanio non è infiammabile, ma la sua polvere è esplosiva.

La scoperta di questo elemento chimico appartiene al grande appassionato di minerali, l'inglese William McGregor. Ma il titanio deve ancora il suo nome al chimico Martin Heinrich Klaproth, che lo scoprì indipendentemente da McGregor.

La speculazione sui motivi per cui questo metallo veniva chiamato “titanio” è romantica. Secondo una versione, il nome è associato agli antichi dei greci Titani, i cui genitori erano il dio Urano e la dea Gaia, ma secondo la seconda deriva dal nome della regina delle fate, Titania.

Comunque sia, questo macronutriente è il nono più abbondante in natura. Fa parte dei tessuti della flora e della fauna. Nell'acqua di mare ce n'è molto (fino al 7%), ma nel suolo ne contiene solo lo 0,57%. La Cina è la più ricca di riserve di titanio, seguita dalla Russia.

Azione titanica

L'effetto di un macroelemento sul corpo è determinato dalle sue proprietà fisico-chimiche. Le sue particelle sono molto piccole, possono penetrare struttura cellulare e influenzarne il lavoro. Si ritiene che per la sua inerzia il macroelemento non reagisca chimicamente con le sostanze irritanti e quindi non sia tossico. Tuttavia, entra in contatto con le cellule dei tessuti, degli organi, del sangue, della linfa attraverso l'azione fisica, che porta alla loro danno meccanico. Pertanto, l'elemento può, con la sua azione, causare danni al DNA a singolo e doppio filamento, danneggiare i cromosomi, che possono portare al rischio di sviluppare il cancro e un malfunzionamento del codice genetico.

Si è scoperto che le particelle di macronutrienti non sono in grado di passare attraverso la pelle. Pertanto, entrano nell'uomo solo con cibo, acqua e aria.

Il titanio viene assorbito meglio tratto gastrointestinale(1-3%), ma dopo Vie aeree Solo circa l'1% viene assorbito, ma il suo contenuto nel corpo è concentrato come nei polmoni (30%). A cosa è collegato questo? Dopo aver analizzato tutte le cifre sopra riportate, possiamo giungere a diverse conclusioni. In primo luogo, il titanio è generalmente scarsamente assorbito dall'organismo. In secondo luogo, il titanio viene escreto attraverso il tratto gastrointestinale attraverso le feci (0,52 mg) e l'urina (0,33 mg), ma nei polmoni tale meccanismo è debole o completamente assente, poiché con l'età in una persona la concentrazione di titanio in questo organo aumenta praticamente 100 volte. Qual è la ragione di una concentrazione così elevata con un assorbimento così debole? Molto probabilmente ciò è dovuto al costante attacco della polvere al nostro corpo, che contiene sempre un componente di titanio. Inoltre, in questo caso è necessario tenere conto della nostra ecologia e della presenza di impianti industriali vicino alle aree popolate.

Rispetto ai polmoni, in altri organi, come la milza, le ghiandole surrenali e la tiroide, il contenuto di macronutrienti rimane invariato per tutta la vita. La presenza dell'elemento si osserva anche nella linfa, nella placenta, nel cervello, nella femmina latte materno, ossa, unghie, capelli, cristallino, tessuti epiteliali.

Essendo nelle ossa, il titanio partecipa alla loro fusione dopo le fratture. Anche azione positiva osservato nei processi di ripristino che si verificano nelle articolazioni mobili danneggiate delle ossa durante l'artrite e l'artrosi. Questo metallo è un forte antiossidante. Indebolendo l'effetto dei radicali liberi sulla pelle e sulle cellule del sangue, protegge l'intero corpo dai radicali liberi invecchiamento prematuro e indossare.

Concentrandosi nelle parti del cervello responsabili della vista e dell'udito, ha un effetto positivo sul loro funzionamento. La presenza di metallo nelle ghiandole surrenali e ghiandola tiroidea implica la sua partecipazione alla produzione di ormoni coinvolti nel metabolismo. È anche coinvolto nella produzione dell'emoglobina e nella produzione dei globuli rossi. Riducendo il contenuto di colesterolo e urea nel sangue, ne monitora la normale composizione.

L'effetto negativo del titanio sul corpo è dovuto al fatto che esso è un metallo pesante. Una volta nel corpo, non si divide né si decompone, ma si deposita negli organi e nei tessuti di una persona, avvelenandola e interferendo con i processi vitali. Non è soggetto a corrosione ed è quindi resistente agli alcali e agli acidi succo gastrico incapace di influenzarlo.

I composti di titanio hanno la capacità di bloccare le radiazioni a onde corte radiazioni ultraviolette e non vengono assorbiti attraverso la pelle, quindi possono essere utilizzati per proteggere la pelle dalle radiazioni ultraviolette.

È stato dimostrato che il fumo aumenta notevolmente l'immissione di metallo dall'aria nei polmoni. Non è questo un motivo per smettere? cattiva abitudine!

Norma quotidiana: qual è la necessità di un elemento chimico?

Norma quotidiana macroelemento è dovuto al fatto che il corpo umano contiene circa 20 mg di titanio, di cui 2,4 mg nei polmoni. Ogni giorno l'organismo acquisisce 0,85 mg della sostanza con il cibo, 0,002 mg con l'acqua e 0,0007 mg con l'aria. La norma giornaliera per il titanio è molto arbitraria, poiché le conseguenze della sua influenza sugli organi non sono state completamente studiate. È approssimativamente pari a circa 300-600 mcg al giorno. Non ci sono dati clinici sulle conseguenze del superamento di questa norma: tutto è nella fase di studi sperimentali.

Carenza di titanio

Le condizioni in cui si osserverebbe la mancanza di metallo non sono state identificate, quindi gli scienziati sono giunti alla conclusione che non esistono in natura. Ma la sua carenza si osserva nella maggior parte dei casi malattie gravi, che può peggiorare le condizioni del paziente. Questo svantaggio può essere eliminato con preparazioni contenenti titanio.

L'effetto dell'eccesso di titanio sul corpo

Non è stato identificato un eccesso del macroelemento di un'assunzione una tantum di titanio nel corpo. Se, supponiamo, una persona ingoia una spilla di titanio, a quanto pare non è necessario parlare di avvelenamento. Molto probabilmente, a causa della sua inerzia, l'elemento non entrerà in contatto, ma verrà allontanato naturalmente.

Il pericolo maggiore è causato da un aumento sistematico della concentrazione di macroelementi negli organi respiratori. Ciò porta a danni alle vie respiratorie e sistemi linfatici. Esiste anche una connessione diretta tra il grado di silicosi e il contenuto dell'elemento negli organi respiratori. Maggiore è il suo contenuto, più grave è la malattia.

Un eccesso di metalli pesanti si osserva nelle persone che lavorano negli impianti chimici e metallurgici. Il cloruro di titanio è il più pericoloso: entro 3 anni lavorativi inizia la manifestazione di gravi malattie croniche.

Tali malattie sono trattate con farmaci e vitamine speciali.

Quali sono le fonti?

L'elemento entra nel corpo umano principalmente attraverso il cibo e l'acqua. La maggior parte si trova nei legumi (piselli, fagioli, lenticchie, fagioli) e nei cereali (segale, orzo, grano saraceno, avena). La sua presenza è stata rilevata nei latticini e nei piatti a base di carne, nonché nelle uova. Questo elemento è concentrato più nelle piante che negli animali. Il suo contenuto è particolarmente elevato nelle alghe: i cladofori cespugliosi.

Tutti i prodotti alimentari contenenti colorante alimentare E171 contengono diossido di questo metallo. Viene utilizzato nella produzione di salse e condimenti. Il danno di questo integratore è discutibile, poiché l'ossido di titanio è praticamente insolubile nell'acqua e nel succo gastrico.

Indicazioni per l'uso

Esistono indicazioni per l'uso dell'elemento, nonostante il fatto che questo elemento cosmico sia stato poco studiato, è utilizzato attivamente in tutti i settori della medicina. Grazie alla sua robustezza, resistenza alla corrosione e inerzia biologica, è ampiamente utilizzato nel campo delle protesi per la realizzazione di impianti. Viene utilizzato in odontoiatria, neurochirurgia e ortopedia. Grazie alla sua durabilità, viene utilizzato per realizzare strumenti chirurgici.

Il biossido di questa sostanza viene utilizzato nel trattamento di malattie della pelle come cheilite, herpes, acne, infiammazione della mucosa orale. Rimuovono l'emangioma facciale.

Il nichelide metallico è coinvolto nell'eliminazione del cancro laringeo localmente avanzato. Viene utilizzato per la sostituzione dell'endoprotesi della laringe e della trachea. È anche usato per trattare ferite infette in combinazione con soluzioni antibiotiche.

Il macroelemento glicerosolvato aqua complex favorisce la guarigione delle ferite ulcerative.

Molte opportunità sono aperte agli scienziati di tutto il mondo per studiare l'elemento del futuro, poiché le sue proprietà fisiche e chimiche sono elevate e possono portare benefici illimitati all'umanità.

DEFINIZIONE

Titanio sotto forma di lingotto - metallo duro bianco-argento (Fig. 1), malleabile e duttile, facilmente malleabile lavorazione. Tuttavia, anche una piccola percentuale di impurità modifica drasticamente le sue proprietà meccaniche, rendendolo più duro e fragile.

Riso. 1. Titano. Aspetto.

Le principali costanti del titanio sono riportate nella tabella seguente.

Tabella 1. Proprietà fisiche e densità del titanio.

Il titanio ha una struttura esagonale compatta, che alle alte temperature si trasforma in una struttura cubica a corpo centrato.

Prevalenza del titanio in natura

Il titanio è il nono titanio più abbondante nella crosta terrestre. elementi chimici. Il suo contenuto è dello 0,63% (massa). Il titanio si presenta in natura esclusivamente sotto forma di composti. Dai minerali di titanio valore più alto hanno rutilo TiO 2 , ilmenite FeTiO 3 , perovskite CaTiO 3 .

Breve descrizione delle proprietà chimiche e della densità del titanio

A temperature normali, il titanio in forma compatta (cioè sotto forma di lingotti, fili spessi, ecc.) nell'aria è resistente alla corrosione. Ad esempio, a differenza delle leghe a base di ferro, non arrugginisce nemmeno in acqua di mare. Ciò è spiegato dalla formazione di un film di ossido protettivo sottile, ma continuo e denso sulla superficie. Quando riscaldato, il film viene distrutto e l'attività del titanio aumenta notevolmente. Pertanto, in un'atmosfera di ossigeno, il titanio compatto si accende solo a una temperatura di calore bianco (1000 o C), trasformandosi in polvere di ossido di TiO 2. Le reazioni con azoto e idrogeno procedono approssimativamente alle stesse temperature, ma molto più lentamente, e si formano nitruro di titanio TiN e idruro di titanio TiH 4.

Ti + O2 = TiO2;

2Ti + N2 = 2TiN;

Ti+2H2 = TiH4.

La superficie del titanio influisce in modo significativo sulla velocità delle reazioni di ossidazione: sottili trucioli di titanio si accendono quando introdotti in una fiamma e le polveri piroforiche molto fini si accendono spontaneamente nell'aria.

La reazione con gli alogeni inizia con un basso riscaldamento e, di regola, è accompagnata dal rilascio di una quantità significativa di calore e si formano sempre tetraalogenuri. Solo in interazione con lo iodio richiede temperature più elevate (200 o C).

Ti + 2Cl2 = TiCl4;

Ti + 2Br2 = TiBr4.

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

Esercizio	Determina la densità dell'idrogeno di una miscela di elio e ossigeno con volumi rispettivamente di 300 dm 3 e 100 dm 3.
Soluzione	Troviamo le frazioni volumetriche delle sostanze nella miscela: j = V gas / V miscela_gas ; j (O 2) = V (O 2) / V miscela_gas ; j(O2) = 100 / (300 + 100) = 100 / 400 = 0,25. j (He) = V(He) / V miscela_gas ; j(He) = 300 / (300 + 100) = 300 / 400 = 0,75. Le frazioni volumetriche dei gas coincideranno con quelle molari, cioè con frazioni di quantità di sostanze, ciò è una conseguenza della legge di Avogadro. Troviamo il peso molecolare condizionale della miscela: M r condizionale (miscela) = j (O 2) × M r (O 2) + j (He) × M r (He); M r condizionale (miscela) = 0,25 × 32 + 0,75 × 20 = 8 + 15 = 23. Troviamo la densità relativa della miscela rispetto all'ossigeno: D H2 (miscela) = M r condizionale (miscela) / M r (O 2); D H 2 (miscela) = 23/2 = 11,5.
Risposta	La densità relativa dell'idrogeno di una miscela composta da elio e ossigeno è 11,5.

ESEMPIO 2

Esercizio	Determinare la densità dell'idrogeno di una miscela di gas in cui la frazione di massa di anidride solforosa è del 60% e quella di anidride carbonica è del 40%.
Soluzione	Le frazioni volumetriche dei gas coincideranno con quelle molari, cioè con frazioni di quantità di sostanze, ciò è una conseguenza della legge di Avogadro. Troviamo il peso molecolare condizionale della miscela: M r condizionale (miscela) = j (SO 2) × M r (SO 2) + j (CO 2) × M r (CO 2);

Molti sono interessati al titanio, un po' misterioso e non completamente studiato, un metallo le cui proprietà sono alquanto ambigue. Il metallo è sia il più forte che il più fragile.

Il metallo più forte e fragile

È stato scoperto da due scienziati con una differenza di 6 anni: l'inglese W. Gregor e il tedesco M. Klaproth. Il nome titano è associato, da un lato, ai mitici titani, soprannaturali e impavidi, e dall'altro a Titania, la regina delle fate.
Si tratta di uno dei materiali più diffusi in natura, ma il processo per ottenere il metallo puro è particolarmente complesso.

22 elemento chimico della tavola di D. Mendeleev Il titanio (Ti) appartiene al gruppo 4 del periodo 4.

Il colore del titanio è bianco-argento con una lucentezza pronunciata. Il suo bagliore brilla di tutti i colori dell'arcobaleno.

Questo è uno dei metalli refrattari. Fonde ad una temperatura di +1660 °C (±20°). Il titanio è paramagnetico: non è magnetizzato in un campo magnetico e non ne viene espulso.
Il metallo è caratterizzato da bassa densità e alta resistenza. Ma la particolarità di questo materiale è che anche le minime impurità di altri elementi chimici ne modificano radicalmente le proprietà. In presenza di una percentuale insignificante di altri metalli, il titanio perde la sua resistenza al calore e il minimo di sostanze non metalliche nella sua composizione rende la lega fragile.
Questa caratteristica determina la presenza di 2 tipologie di materiale: puro e tecnico.

1. Il titanio puro viene utilizzato laddove è richiesta una sostanza molto leggera in grado di sopportare carichi pesanti e intervalli di temperature ultra elevati.
2. Il materiale tecnico viene utilizzato laddove vengono valorizzati parametri quali leggerezza, robustezza e resistenza alla corrosione.

La sostanza ha la proprietà dell'anisotropia. Ciò significa che il metallo può modificare le sue caratteristiche fisiche in base alla forza applicata. Dovresti prestare attenzione a questa funzione quando pianifichi l'uso del materiale.

Il titanio perde forza alla minima presenza di impurità di altri metalli

Studi condotti sulle proprietà del titanio in condizioni normali confermare la sua inerzia. La sostanza non reagisce agli elementi presenti nell'atmosfera circostante.
La modifica dei parametri inizia quando la temperatura sale a +400°C e oltre. Il titanio reagisce con l'ossigeno, può accendersi nell'azoto e assorbe i gas.
Queste proprietà rendono difficile ottenere una sostanza pura e le sue leghe. La produzione del titanio si basa sull'uso di costose apparecchiature per il vuoto.

Titanio e concorrenza con altri metalli

Questo metallo viene costantemente paragonato alle leghe di alluminio e ferro. Molte proprietà chimiche del titanio sono significativamente migliori rispetto a quelle dei concorrenti:

1. In termini di resistenza meccanica, il titanio è 2 volte maggiore del ferro e l'alluminio 6 volte. La sua forza aumenta con la diminuzione della temperatura, cosa che non si osserva tra i concorrenti.
   Le caratteristiche anticorrosive del titanio superano notevolmente quelle degli altri metalli.
2. A temperature ambiente il metallo è completamente inerte. Ma quando la temperatura sale sopra i +200°C, la sostanza comincia ad assorbire idrogeno, modificando le sue caratteristiche.
3. A temperature più elevate, il titanio reagisce con altri elementi chimici. Ha un'elevata resistenza specifica, 2 volte superiore alle proprietà delle migliori leghe di ferro.
4. Le proprietà anticorrosive del titanio superano notevolmente quelle dell'alluminio e dell'acciaio inossidabile.
5. La sostanza non conduce bene l'elettricità. Il titanio ha una resistività elettrica 5 volte superiore a quella del ferro, 20 volte superiore a quella dell'alluminio e 10 volte superiore a quella del magnesio.
6. Il titanio è caratterizzato da una bassa conduttività termica, ciò è dovuto al suo basso coefficiente di dilatazione termica. È 3 volte inferiore a quello del ferro e 12 volte inferiore a quello dell'alluminio.
   

Come si ottiene il titanio?

Il materiale è al 10° posto nella distribuzione in natura. Esistono circa 70 minerali contenenti titanio sotto forma di acido titanico o biossido di titanio. I più comuni e contenenti un'alta percentuale di derivati ​​metallici sono:

• ilmenite;
• rutilo;
• anatasio;
• perovskite;
• brookite.

I principali giacimenti di minerali di titanio si trovano negli Stati Uniti, in Gran Bretagna, in Giappone, grandi giacimenti sono stati scoperti in Russia, Ucraina, Canada, Francia, Spagna e Belgio.

L’estrazione del titanio è un processo costoso e ad alta intensità di manodopera

L'estrazione del metallo da essi è molto costosa. Gli scienziati hanno sviluppato 4 metodi per produrre il titanio, ognuno dei quali è funzionale ed efficacemente utilizzato nell'industria:

1. Metodo Magnesio-termico. Le materie prime estratte contenenti impurità di titanio vengono lavorate e si ottiene il biossido di titanio. Questa sostanza è soggetta a clorazione in miniera o in cloratori a sale ad elevata temperatura condizioni di temperatura. Il processo è molto lento e viene effettuato in presenza di un catalizzatore di carbonio. In questo caso, il biossido solido viene convertito in una sostanza gassosa: tetracloruro di titanio. Il materiale risultante viene ridotto con magnesio o sodio. La lega formata durante la reazione viene riscaldata in un'unità sotto vuoto a temperature ultra elevate. Come risultato della reazione, il magnesio e i suoi composti con cloro evaporano. Alla fine del processo si ottiene un materiale spugnoso. Viene fuso e si ottiene titanio di alta qualità.
2. Metodo dell'idruro di calcio. Il minerale è sottoposto ad una reazione chimica per produrre idruro di titanio. La fase successiva è la separazione della sostanza nei suoi componenti. Titanio e idrogeno vengono rilasciati durante il riscaldamento nelle unità a vuoto. Alla fine del processo si ottiene l'ossido di calcio che viene lavato con acidi deboli. I primi due metodi si riferiscono a produzione industriale. Ti permettono di ricevere appena possibile titanio puro a un costo relativamente basso.
3. Metodo dell'elettrolisi. I composti di titanio sono esposti a corrente elevata. A seconda della materia prima, i composti sono suddivisi in componenti: cloro, ossigeno e titanio.
4. Metodo o raffinazione dello ioduro. Il biossido di titanio ottenuto dai minerali viene cosparso di vapore di iodio. Come risultato della reazione si forma ioduro di titanio, che viene riscaldato ad alta temperatura - +1300...+1400°C ed esposto a elettro-shock. In questo caso, dal materiale di partenza vengono isolati i seguenti componenti: iodio e titanio. Il metallo ottenuto con questo metodo non ha impurità o additivi.

Aree di utilizzo

L'uso del titanio dipende dal grado di purificazione dalle impurità. La presenza anche di una piccola quantità di altri elementi chimici nella composizione di una lega di titanio ne modifica radicalmente le caratteristiche fisiche e meccaniche.

Il titanio con una certa quantità di impurità è chiamato titanio tecnico. Lui ha alte prestazioni resistenza alla corrosione, è un materiale leggero e molto resistente. Il suo utilizzo dipende da questi e altri indicatori.

• Nell'industria chimica Scambiatori di calore, tubi di vario diametro, raccordi, alloggiamenti e parti per pompe sono realizzati in titanio e sue leghe per vari scopi. La sostanza è indispensabile nei luoghi in cui sono richieste elevata robustezza e resistenza agli acidi.
• Con i trasporti Il titanio viene utilizzato per la produzione di parti e assemblaggi per biciclette, automobili, vagoni ferroviari e treni. L'utilizzo del materiale riduce il peso del materiale rotabile e delle automobili e conferisce leggerezza e resistenza alle parti della bicicletta.
• Il titanio è di grande importanza nel Dipartimento della Marina. Da esso vengono realizzate parti ed elementi di scafo per sottomarini, eliche per imbarcazioni ed elicotteri.
• Nel settore edile Viene utilizzata una lega di zinco-titanio. Viene utilizzato come materiale di finitura per facciate e tetti. Questa lega molto resistente ha una proprietà importante: può essere utilizzata per realizzare parti architettoniche dalla configurazione più fantastica. Può assumere qualsiasi forma.
• Il titanio è stato ampiamente utilizzato nell’ultimo decennio nell'industria petrolifera. Le sue leghe sono utilizzate nella fabbricazione di apparecchiature per perforazione ultraprofonda. Il materiale viene utilizzato per fabbricare attrezzature per la produzione offshore di petrolio e gas.

Il titanio ha una gamma molto ampia di applicazioni

Il titanio puro ha le sue aree di applicazione. È necessario dove la resistenza a alte temperature e allo stesso tempo deve essere mantenuta la resistenza del metallo.

È usato dentro :

• industria aeronautica e spaziale per la produzione di parti di rivestimento, alloggiamenti, elementi di fissaggio, carrelli di atterraggio;
• medicina per protesi e fabbricazione di valvole cardiache e altri dispositivi;
• tecnologia per lavorare nell'area criogenica (qui viene utilizzata la proprietà del titanio - man mano che la temperatura diminuisce, la resistenza del metallo aumenta e la sua duttilità non viene persa).

In termini percentuali, l'uso del titanio per la produzione di vari materiali si presenta così:

• Il 60% viene utilizzato per la produzione di vernici;
• la plastica consuma il 20%;
• Il 13% viene utilizzato nella produzione di carta;
• l'ingegneria meccanica consuma il 7% del titanio prodotto e delle sue leghe.

Le materie prime e il processo per la produzione del titanio sono costosi, i costi della sua produzione sono compensati e ripagati dalla durata dei prodotti realizzati con questa sostanza, dalla sua capacità di non cambiare la sua aspetto per tutto il periodo di esercizio.