Die Atommasse von Titan. Titan und Titanlegierungen

Titan- einer der mysteriösen, wenig untersuchten Makronährstoffe in der Wissenschaft und im menschlichen Leben. Obwohl es nicht umsonst das "kosmische" Element genannt wird, weil. Es wird aktiv in den fortgeschrittenen Bereichen der Wissenschaft, Technologie, Medizin und auf viele andere Arten eingesetzt - dies ist ein Element der Zukunft.

Dieses Metall hat eine silbergraue Farbe (siehe Foto) und ist in Wasser unlöslich. Er hat eine geringe chemische Dichte, daher zeichnet er sich durch Leichtigkeit aus. Gleichzeitig ist es aufgrund seiner Schmelzbarkeit und Duktilität sehr fest und leicht zu verarbeiten. Das Element ist aufgrund des Vorhandenseins eines Schutzfilms auf der Oberfläche chemisch inert. Titan ist nicht brennbar, aber sein Staub ist explosiv.

Die Entdeckung dieses chemischen Elements gehört dem großen Liebhaber von Mineralien, dem Engländer William MacGregor. Seinen Namen verdankt Titan aber nach wie vor dem Chemiker Martin Heinrich Klaproth, der es unabhängig von McGregor entdeckte.

Vermutungen über die Gründe, warum dieses Metall „Titan“ genannt wurde, sind romantisch. Nach einer Version ist der Name mit den antiken griechischen Göttern Titans verbunden, deren Eltern der Gott Uranos und die Göttin Gaia waren, aber nach der zweiten stammt er vom Namen der Königin der Feen - Titania.

Wie dem auch sei, dieser Makronährstoff ist der neunthäufigste in der Natur vorkommende. Es ist Teil des Gewebes von Vertretern der Flora und Fauna. Es ist viel davon im Meerwasser (bis zu 7%), aber im Boden enthält es nur 0,57%. China ist das reichste an Titanreserven, gefolgt von Russland.

Titan-Action

Die Wirkung eines Makroelements auf den Körper beruht auf seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften. Seine Partikel sind sehr klein, sie können in die Zellstruktur eindringen und ihre Arbeit beeinträchtigen. Es wird angenommen, dass der Makronährstoff aufgrund seiner Trägheit nicht chemisch mit Reizstoffen interagiert und daher nicht toxisch ist. Es tritt jedoch durch physikalische Einwirkung mit den Zellen von Geweben, Organen, Blut und Lymphe in Kontakt, was zu deren führt mechanischer Schaden. So kann ein Element durch seine Wirkung zu Schäden an einzel- und doppelsträngiger DNA, Chromosomenschäden führen, was zu einem Krebsrisiko und einer Fehlfunktion des genetischen Codes führen kann.

Es stellte sich heraus, dass Makronährstoffpartikel die Haut nicht passieren können. Daher gelangen sie nur mit Nahrung, Wasser und Luft in eine Person.

Titan wird besser über den Magen-Darm-Trakt (1-3%) aufgenommen, aber nur etwa 1% wird über die Atemwege aufgenommen, aber sein Gehalt im Körper konzentriert sich wie in der Lunge (30%). Womit ist es verbunden? Nach der Analyse aller oben genannten Zahlen können wir zu mehreren Schlussfolgerungen kommen. Erstens wird Titan im Allgemeinen schlecht vom Körper aufgenommen. Zweitens wird Titan durch den Magen-Darm-Trakt über Kot (0,52 mg) und Urin (0,33 mg) ausgeschieden, aber in der Lunge ist dieser Mechanismus schwach oder fehlt vollständig, da mit zunehmendem Alter die Titankonzentration in diesem Organ bei einer Person um fast 100 ansteigt mal. Was ist der Grund für eine so hohe Konzentration bei einer so schwachen Absorption? Dies liegt höchstwahrscheinlich an dem ständigen Angriff auf unseren Staubkörper, in dem sich immer eine Titankomponente befindet. Darüber hinaus müssen in diesem Fall unsere Ökologie und die Verfügbarkeit von Industrieanlagen in der Nähe von Siedlungen berücksichtigt werden.

Im Vergleich zur Lunge bleibt in anderen Organen wie Milz, Nebennieren, Schilddrüse der Gehalt des Makronährstoffs lebenslang unverändert. Das Vorhandensein des Elements wird auch in Lymphe, Plazenta, Gehirn und Frau beobachtet Muttermilch, Knochen, Nägel, Haare, Augenlinse, Epithelgewebe.

In den Knochen ist Titan an deren Fusion nach Frakturen beteiligt. Auch bei den regenerativen Prozessen, die in beschädigten beweglichen Knochengelenken bei Arthritis und Arthrose auftreten, wird eine positive Wirkung beobachtet. Dieses Metall ist ein starkes Antioxidans. Es schwächt die Wirkung freier Radikale auf Haut und Blutzellen und schützt den gesamten Körper vor vorzeitiger Alterung und Abnutzung.

Es konzentriert sich auf die Teile des Gehirns, die für das Sehen und Hören verantwortlich sind, und wirkt sich positiv auf deren Funktion aus. Das Vorhandensein des Metalls in den Nebennieren und der Schilddrüse impliziert seine Beteiligung an der Produktion von Hormonen, die am Stoffwechsel beteiligt sind. Es ist auch an der Produktion von Hämoglobin, der Produktion von roten Blutkörperchen, beteiligt. Durch die Reduzierung des Cholesterin- und Harnstoffgehalts im Blut überwacht es dessen normale Zusammensetzung.

Die negative Wirkung von Titan auf den Körper ist darauf zurückzuführen, dass es ist ein Schwermetall. Einmal im Körper, spaltet es sich nicht und zersetzt sich nicht, sondern setzt sich in den Organen und Geweben einer Person ab, vergiftet sie und stört lebenswichtige Prozesse. Es korrodiert nicht und ist beständig gegen Laugen und Säuren, so dass Magensaft nicht darauf einwirken kann.

Titanverbindungen haben die Fähigkeit, Kurzwellen zu blockieren UV-Strahlung und werden nicht durch die Haut aufgenommen, so dass sie zum Schutz der Haut vor ultravioletter Strahlung verwendet werden können.

Es ist erwiesen, dass Rauchen die Aufnahme von Metall in die Lunge aus der Luft um ein Vielfaches erhöht. Ist das nicht ein Grund aufzuhören schlechte Angewohnheit!

Tagessatz - wozu braucht man ein chemisches Element?

Die tägliche Norm eines Makronährstoffs ergibt sich aus der Tatsache, dass der menschliche Körper etwa 20 mg Titan enthält, wovon sich 2,4 mg in der Lunge befinden. Täglich nimmt der Körper 0,85 mg der Substanz mit der Nahrung, 0,002 mg mit Wasser und 0,0007 mg mit der Luft auf. Der Tagessatz für Titan ist sehr bedingt, da die Folgen seines Einflusses auf die Organe nicht vollständig untersucht wurden. Ungefähr sind es etwa 300-600 mcg pro Tag. Es gibt keine klinischen Daten zu den Folgen einer Überschreitung dieser Norm - alles befindet sich im Stadium von Pilotstudien.

Mangel an Titan

Bedingungen, unter denen ein Metallmangel beobachtet werden würde, wurden nicht identifiziert, daher sind Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass sie in der Natur nicht vorkommen. Sein Mangel wird jedoch bei den meisten schweren Krankheiten beobachtet, die den Zustand des Patienten verschlechtern können. Dieser Nachteil kann mit titanhaltigen Präparaten beseitigt werden.

Die Wirkung von überschüssigem Titan auf den Körper

Ein Überschuss des Makroelements einer einmaligen Aufnahme von Titan in den Körper wurde nicht festgestellt. Angenommen, eine Person hat eine Titannadel verschluckt, dann muss anscheinend nicht über Vergiftung gesprochen werden. Höchstwahrscheinlich kommt das Element aufgrund seiner Trägheit nicht in Kontakt, sondern wird auf natürliche Weise entfernt.

Eine große Gefahr entsteht durch einen systematischen Anstieg der Konzentration des Makroelements im Atmungssystem. Dies führt zu einer Schädigung des Atmungs- und Lymphsystems. Es besteht auch ein direkter Zusammenhang zwischen dem Grad der Silikose und dem Gehalt des Elements im Atmungssystem. Je höher der Gehalt, desto schwerer die Krankheit.

Überschuss Schwermetall bei Personen beobachtet, die in chemischen und metallurgischen Unternehmen arbeiten. Titanchlorid ist am gefährlichsten - in 3 Arbeitsjahren beginnt die Manifestation schwerer chronischer Krankheiten.

Solche Krankheiten werden mit speziellen Medikamenten und Vitaminen behandelt.

Was sind die Quellen?

Das Element gelangt hauptsächlich mit Nahrung und Wasser in den menschlichen Körper. Vor allem in Hülsenfrüchten (Erbsen, Bohnen, Linsen, Bohnen) und Getreide (Roggen, Gerste, Buchweizen, Hafer). Seine Anwesenheit in Molkerei und Fleischgerichte und auch in Eiern. Pflanzen enthalten mehr von diesem Element als Tiere. Sein Gehalt ist besonders hoch in Algen - buschige Cladophora.

Alle Lebensmittel, die die Lebensmittelfarbe E171 enthalten, enthalten dieses Metalldioxid. Es wird zur Herstellung von Saucen und Gewürzen verwendet. Die Schädlichkeit dieses Zusatzstoffes steht in Frage, da Titanoxid in Wasser und Magensaft praktisch unlöslich ist.

Hinweise zur Verwendung

Es gibt Hinweise auf die Verwendung des Elements, obwohl dieses kosmische Element noch wenig erforscht ist, wird es in allen Bereichen der Medizin aktiv eingesetzt. Aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und biologischen Trägheit wird es im Bereich der Prothetik häufig zur Herstellung von Implantaten verwendet. Es wird in der Zahnmedizin, Neurochirurgie, Orthopädie verwendet. Aufgrund seiner Haltbarkeit wird es hergestellt chirurgische Instrumente.

Dioxid dieser Substanz wird zur Behandlung von Hautkrankheiten wie Cheilitis, Herpes, Akne und Entzündungen der Mundschleimhaut eingesetzt. Sie entfernen das Hämangiom des Gesichts.

Metallnickelid ist an der Beseitigung von lokal fortgeschrittenem Kehlkopfkrebs beteiligt. Es wird zum Endoprothesenersatz des Kehlkopfes und der Luftröhre verwendet. Es wird auch zur Behandlung infizierter Wunden in Kombination mit antibiotischen Lösungen verwendet.

Der Makronährstoff Glycerosolvat Aquakomplex fördert die Heilung von ulzerativen Wunden.

Wissenschaftlern auf der ganzen Welt stehen viele Möglichkeiten offen, das Element der Zukunft zu untersuchen, da seine physikalisch-chemischen Eigenschaften hoch sind und der Menschheit unbegrenzten Nutzen bringen können.

18,8 kJ/mol

422,6 kJ/mol

sechseckig
dicht gepackt (α-Ti)

(300 K) 21,9 W/(mK)

Geschichte

Die Entdeckung von TiO 2 wurde fast gleichzeitig und unabhängig voneinander von dem Engländer W. Gregor und dem deutschen Chemiker M. G. Klaproth gemacht. W. Gregor, der die Zusammensetzung von magnetischem eisenhaltigem Sand (Creed, Cornwall, England) untersuchte, isolierte eine neue „Erde“ (Oxid) eines unbekannten Metalls, das er Menaken nannte. 1795 entdeckte der deutsche Chemiker Klaproth im Mineral Rutil ein neues Element und nannte es Titan. Zwei Jahre später stellte Klaproth fest, dass Rutil und Menakenerde Oxide desselben Elements sind, hinter denen der von Klaproth vorgeschlagene Name „Titan“ stand. Nach 10 Jahren fand die Entdeckung von Titan zum dritten Mal statt. Der französische Wissenschaftler L. Vauquelin entdeckte Titan in Anatas und bewies, dass Rutil und Anatas identische Titanoxide sind.

Die erste Probe von metallischem Titan wurde 1825 von J. Ya. Berzelius erhalten. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Titan und der Komplexität seiner Reinigung erhielten die Niederländer A. van Arkel und I. de Boer 1925 eine reine Ti-Probe durch thermische Zersetzung von Titaniodid TiI 4 -Dampf.

Herkunft des Namens

Das Metall erhielt seinen Namen zu Ehren der Titanen, der Figuren der antiken griechischen Mythologie, der Kinder von Gaia. Der Name des Elements wurde von Martin Klaproth in Übereinstimmung mit seinen Ansichten gegeben Chemische Nomenklatur im Gegensatz zur französischen Schule der Chemie, wo sie versuchten, das Element nach seinem Namen zu benennen chemische Eigenschaften. Da der deutsche Forscher selbst die Unmöglichkeit feststellte, die Eigenschaften eines neuen Elements nur durch sein Oxid zu bestimmen, wählte er einen mythologischen Namen dafür, in Analogie zu dem von ihm früher entdeckten Uran.

Laut einer anderen Version, die Ende der 1980er Jahre in der Zeitschrift Tekhnika-Molodezhi veröffentlicht wurde, verdankt das neu entdeckte Metall seinen Namen jedoch nicht den mächtigen Titanen aus der antiken griechischen Mythologie, sondern Titania, der Königin der Feen in der germanischen Mythologie (Oberon's Ehefrau in Shakespeares „Ein Sommernachtstraum“). Dieser Name wird mit der außergewöhnlichen „Leichtigkeit“ (geringe Dichte) des Metalls in Verbindung gebracht.

In der Natur sein

Titan ist das zehnthäufigste in der Natur. Der Gehalt in der Erdkruste beträgt 0,57 Massen-%, im Meerwasser 0,001 mg/l. 300 g/t in ultrabasischen Gesteinen, 9 kg/t in basischen Gesteinen, 2,3 kg/t in sauren Gesteinen, 4,5 kg/t in Tonen und Schiefern. In der Erdkruste ist Titan fast immer vierwertig und kommt nur in Sauerstoffverbindungen vor. Es kommt nicht in freier Form vor. Titan hat unter Witterungs- und Niederschlagsbedingungen eine geochemische Affinität zu Al 2 O 3 . Es ist in Bauxiten der Verwitterungskruste und in marinen Tonsedimenten angereichert. Die Übertragung von Titan erfolgt in Form von mechanischen Bruchstücken von Mineralien und in Form von Kolloiden. In manchen Tonen reichern sich bis zu 30 Gew.-% TiO 2 an. Titanmineralien sind witterungsbeständig und bilden große Konzentrationen in Seifen. Mehr als 100 titanhaltige Mineralien sind bekannt. Die wichtigsten davon sind: Rutil TiO 2 , Ilmenit FeTiO 3 , Titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , Perowskit CaTiO 3 , Titanit CaTiSiO 5 . Es gibt primäre Titanerze - Ilmenit-Titanmagnetit und Placer - Rutil-Ilmenit-Zirkon.

Geburtsort

Titanvorkommen befinden sich in Südafrika, Russland, der Ukraine, China, Japan, Australien, Indien, Ceylon, Brasilien, Südkorea, Kasachstan .

Reserven und Produktion

Im Jahr 2002 wurden 90 % des abgebauten Titans zur Herstellung von Titandioxid TiO 2 verwendet. Die Weltproduktion von Titandioxid betrug 4,5 Millionen Tonnen pro Jahr. Die bestätigten Reserven an Titandioxid (ohne Russland) betragen etwa 800 Mio. Tonnen Für das Jahr 2006 belaufen sich die Reserven an Ilmenit-Erzen laut US Geological Survey in Bezug auf Titandioxid und ohne Russland auf 603-673 Mio. Tonnen und Rutil - 49,7- 52,7 Millionen Tonnen. Somit reichen die nachgewiesenen Titanvorräte der Welt (ohne Russland) bei der derzeitigen Produktionsrate für mehr als 150 Jahre.

Russland verfügt nach China über die zweitgrößten Titanvorkommen der Welt. Die Mineralressourcenbasis von Titan in Russland besteht aus 20 Lagerstätten (von denen 11 primäre und 9 Schwemmlande sind), die ziemlich gleichmäßig über das Land verteilt sind. Die größte der erkundeten Lagerstätten (Jaregskoje) liegt 25 km von der Stadt Uchta (Republik Komi) entfernt. Die Reserven der Lagerstätte werden auf 2 Milliarden Tonnen Erz mit einem durchschnittlichen Titandioxidgehalt von etwa 10 % geschätzt.

Der weltweit größte Produzent von Titan - Russisches Unternehmen"VSMPO-AVISMA".

Kassenbon

Ausgangsstoff für die Herstellung von Titan und seinen Verbindungen ist in der Regel Titandioxid mit relativ geringen Verunreinigungen. Insbesondere kann es sich um ein Rutilkonzentrat handeln, das bei der Aufbereitung von Titanerzen gewonnen wird. Allerdings sind die Rutil-Reserven weltweit sehr begrenzt, und häufiger wird der sogenannte synthetische Rutil oder die Titanschlacke verwendet, die bei der Verarbeitung von Ilmenit-Konzentraten anfallen. Um Titanschlacke zu erhalten, wird Ilmenitkonzentrat in einem Lichtbogenofen reduziert, während Eisen in eine Metallphase (Gusseisen) getrennt wird und nicht reduzierte Titanoxide und Verunreinigungen eine Schlackenphase bilden. Reiche Schlacke wird nach dem Chlorid- oder Schwefelsäureverfahren aufbereitet.

Das Konzentrat aus Titanerzen wird einer Schwefelsäure- oder pyrometallurgischen Verarbeitung unterzogen. Das Produkt der Schwefelsäurebehandlung ist Titandioxidpulver TiO 2 . Unter Verwendung des pyrometallurgischen Verfahrens wird das Erz mit Koks gesintert und mit Chlor behandelt, wodurch ein Paar Titantetrachlorid TiCl 4 erhalten wird:

Bei 850 ° C gebildete TiCl 4 -Dämpfe werden mit Magnesium reduziert:

Der entstehende Titanschwamm wird eingeschmolzen und gereinigt. Titan wird durch das Jodidverfahren oder durch Elektrolyse raffiniert, wobei Ti von TiCl 4 getrennt wird. Um Titanbarren zu erhalten, wird eine Lichtbogen-, Elektronenstrahl- oder Plasmabearbeitung verwendet.

Physikalische Eigenschaften

Titan ist ein helles, silbrig weißes Metall. Es existiert in zwei kristallinen Modifikationen: α-Ti mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter (a=2,951 Å; c=4,679 Å; z=2; Raumgruppe C6mmc), β-Ti mit kubisch raumzentrierter Packung (a=3.269 Å; z=2; Raumgruppe Ich bin3m), Übergangstemperatur α↔β 883 °C, ΔH-Übergang 3,8 kJ/mol. Schmelzpunkt 1660 ± 20 °C, Siedepunkt 3260 °C, Dichte von α-Ti und β-Ti ist jeweils 4,505 (20 °C) und 4,32 (900 °C) g/cm³, Atomdichte 5,71 10 22 at/cm³ . Kunststoff, in einer inerten Atmosphäre geschweißt. Widerstand 0,42 µOhm m um 20 °C

Hat eine hohe Viskosität Bearbeitung neigt dazu, am Schneidwerkzeug zu haften, und erfordert daher das Aufbringen spezieller Beschichtungen auf dem Werkzeug, verschiedene Schmiermittel.

Bei normaler Temperatur ist es mit einem schützenden Passivierungsfilm aus TiO 2 -Oxid bedeckt, wodurch es in den meisten Umgebungen (außer alkalisch) korrosionsbeständig ist.

Titanstaub neigt zur Explosion. Flammpunkt 400 °C. Titanspäne sind brennbar.

Chemische Eigenschaften

Titan ist beständig gegen verdünnte Lösungen vieler Säuren und Laugen (außer H 3 PO 4 und konzentrierte H 2 SO 4).

Reagiert leicht auch mit schwachen Säuren in Gegenwart von Komplexbildnern, z. B. mit Flusssäure unter Bildung eines komplexen Anions 2−.

Beim Erhitzen an Luft auf 1200°C entzündet sich Ti unter Bildung von Oxidphasen mit variabler TiOx-Zusammensetzung. Aus Lösungen von Titansalzen fällt das Hydroxid TiO(OH) 2 ·xH 2 O aus, aus dem durch vorsichtiges Kalzinieren das Oxid TiO 2 erhalten wird. TiO(OH) 2 Hydroxid xH 2 O und TiO 2 Dioxid sind amphoter.

Anwendung

Uhr aus Titanlegierung

In reiner Form und in Form von Legierungen

Gagarin-Denkmal aus Titan am Leninsky-Prospekt in Moskau

In Form von Verbindungen

• Weißes Titandioxid (TiO 2 ) wird in Farben (z. B. Titanweiß) sowie bei der Papier- und Kunststoffherstellung verwendet. Lebensmittelzusatzstoff E171 .
• Organische Titanverbindungen (z. B. Tetrabutoxytitan) werden als Katalysator und Härter in der Chemie- und Lackindustrie eingesetzt.
• Anorganische Titanverbindungen werden in der chemischen, elektronischen und Glasfaserindustrie als Additive oder Beschichtungen verwendet.
• Titancarbid, Titandiborid, Titancarbonitrid sind wichtige Bestandteile superharter Werkstoffe für die Metallbearbeitung.
• Titannitrid wird zur Beschichtung von Werkzeugen, Kirchenkuppeln und bei der Herstellung von Modeschmuck verwendet, weil. hat eine goldähnliche Farbe.
• Bariumtitanat BaTiO 3 , Bleititanat PbTiO 3 und eine Reihe anderer Titanate sind Ferroelektrika.

Es gibt viele Titanlegierungen mit verschiedene Metalle. Legierungselemente werden nach ihrer Wirkung auf die Temperatur der polymorphen Umwandlung in drei Gruppen eingeteilt: Beta-Stabilisatoren, Alpha-Stabilisatoren und neutrale Härter. Erstere erniedrigen die Umwandlungstemperatur, letztere erhöhen sie, letztere beeinflussen sie nicht, führen aber zu einer Lösungshärtung der Matrix. Beispiele für Alpha-Stabilisatoren: Aluminium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff. Beta-Stabilisatoren: Molybdän, Vanadium, Eisen, Chrom, Nickel. Neutrale Härter: Zirkonium, Zinn, Silizium. Beta-Stabilisatoren wiederum werden in beta-isomorphe und beta-eutektoidbildende unterteilt. Die gebräuchlichste Titanlegierung ist die Ti-6Al-4V-Legierung (in der russischen Klassifikation - VT6).

Analyse von Verbrauchermärkten

• 60% - Farbe;
• 20% - Kunststoff;
• 13% - Papier;
• 7% - Maschinenbau.

Preise

$15-25 pro Kilo, je nach Reinheit.

Die Reinheit und Qualität von Rohtitan (Titanschwamm) wird normalerweise durch seine Härte bestimmt, die vom Gehalt an Verunreinigungen abhängt. Die gängigsten Marken sind TG100 und TG110.

Der Preis für Ferrotitan (mindestens 70 % Titan) beträgt am 22.12.2010 6,82 $ pro Kilogramm. Am 01.01.2010 lag der Preis bei 5,00 $ pro Kilogramm.

In Russland lagen die Titanpreise Anfang 2012 bei 1200-1500 Rubel/kg.

Physiologische Wirkung

Anmerkungen

Verknüpfungen

• Die Gewinnung von Titan und Zirkonium in der „Zentrale“ in der Region Tambow verspricht, eine der billigsten der Welt zu werden

Alles, was Sie über Titan sowie Chrom und Wolfram wissen müssen

Viele interessieren sich für die Frage: Was ist das härteste Metall der Welt? Das ist ein Titan. Dies feste Materie und wird dem größten Teil des Artikels gewidmet sein. Wir werden uns auch mit Hartmetallen wie Chrom und Wolfram vertraut machen.

9 interessante Fakten über Titan

1. Es gibt mehrere Versionen, warum das Metall seinen Namen erhielt. Einer Theorie zufolge wurde er nach den Titanen benannt, furchtlosen übernatürlichen Wesen. Nach einer anderen Version stammt der Name von Titania, der Königin der Feen.
2. Titan wurde Ende des 18. Jahrhunderts von einem deutsch-englischen Chemiker entdeckt.
3. Titan wird aufgrund seiner natürlichen Sprödigkeit lange Zeit nicht mehr in der Industrie verwendet.
4. Anfang 1925 erhielten Chemiker nach einer Reihe von Experimenten reines Titan.
5. Titanspäne sind brennbar.
6. Es ist eines der leichtesten Metalle.
7. Titan kann nur bei Temperaturen über 3200 Grad schmelzen.
8. Siedet bei einer Temperatur von 3300 Grad.
9. Titan hat eine silberne Farbe.

Die Geschichte der Entdeckung von Titan

Das Metall, das später Titan genannt wurde, wurde von zwei Wissenschaftlern entdeckt – dem Engländer William Gregor und dem Deutschen Martin Gregor Klaproth. Die Wissenschaftler arbeiteten parallel und überschnitten sich nicht. Der Unterschied zwischen den Entdeckungen beträgt 6 Jahre.

William Gregor nannte seine Entdeckung Menakin.

Mehr als 30 Jahre später wurde die erste Titanlegierung erhalten, die sich als extrem spröde herausstellte und nirgendwo verwendet werden konnte. Es wird angenommen, dass Titan erst 1925 in seiner reinen Form isoliert wurde, das zu einem der gefragtesten Metalle in der Industrie wurde.

Es ist bewiesen, dass es dem russischen Wissenschaftler Kirillov 1875 gelang, reines Titan zu extrahieren. Er veröffentlichte eine Broschüre über seine Arbeit. Die Forschung eines wenig bekannten Russen blieb jedoch unbemerkt.

Allgemeine Informationen zu Titan

Titanlegierungen sind Lebensretter für Mechaniker und Ingenieure. Beispielsweise besteht der Rumpf eines Flugzeugs aus Titan. Während des Fluges erreicht es Geschwindigkeiten, die um ein Vielfaches höher sind als die Schallgeschwindigkeit. Das Titangehäuse erwärmt sich auf Temperaturen über 300 Grad und schmilzt nicht.

Metall schließt die Top Ten der „häufigsten Metalle in der Natur“ ab. Große Vorkommen wurden in Südafrika, China und viel Titan in Japan, Indien und der Ukraine entdeckt.

Die Gesamtmenge der weltweiten Titanreserven beträgt mehr als 700 Millionen Tonnen. Wenn die Produktionsrate gleich bleibt, hält Titan weitere 150-160 Jahre.

Der größte Produzent des härtesten Metalls der Welt - Russisches Unternehmen„VSMPO-Avisma“, das ein Drittel des weltweiten Bedarfs deckt.

Eigenschaften von Titan

1. Korrosionsbeständigkeit.
2. Hohe mechanische Festigkeit.
3. Niedrige Dichte.

Das Atomgewicht von Titan beträgt 47,88 amu, die Seriennummer im chemischen Periodensystem ist 22. Äußerlich ist es Stahl sehr ähnlich.

Die mechanische Dichte des Metalls ist 6 mal höher als die von Aluminium, 2 mal höher als die von Eisen. Es kann sich mit Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff verbinden. In Verbindung mit Kohlenstoff bildet das Metall unglaublich harte Karbide.

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist 4-mal geringer als die von Eisen und 13-mal geringer als die von Aluminium.

Titan-Mining-Prozess

Im Land der Titanen große Menge Allerdings kostet die Gewinnung aus dem Darm viel Geld. Für die Entwicklung wird die Jodidmethode verwendet, deren Autor Van Arkel de Boer ist.

Das Verfahren basiert auf der Fähigkeit des Metalls, sich mit Jod zu verbinden; nach der Zersetzung dieser Verbindung kann reines Titan frei von Verunreinigungen erhalten werden.

Das Interessanteste aus Titan:

• Prothesen in der Medizin;
• Mobilgeräteplatinen;
• Raketensysteme für die Weltraumforschung;
• Rohrleitungen, Pumpen;
• Markisen, Gesimse, Außenhaut Gebäude;
• die meisten Teile (Chassis, Haut).

Anwendungen von Titan

Titan wird aktiv in den Bereichen Militär, Medizin und Schmuck verwendet. Er erhielt den inoffiziellen Namen „Metal of the Future“. Viele sagen, dass es hilft, einen Traum in die Realität umzusetzen.

Das härteste Metall der Welt wurde ursprünglich im Militär- und Verteidigungsbereich verwendet. Heute ist der Hauptabnehmer von Titanprodukten die Flugzeugindustrie.

Titan ist ein vielseitiges Konstruktionsmaterial. Seit vielen Jahren wird es zur Herstellung von Flugzeugturbinen verwendet. In Flugzeugtriebwerken wird Titan zur Herstellung von Lüfterelementen, Kompressoren und Scheiben verwendet.

Das Design der Moderne Flugzeug kann bis zu 20 Tonnen Titanlegierung enthalten.

Die Hauptanwendungsgebiete von Titan in der Flugzeugindustrie:

• Produkte räumliche Gestalt(Einfassung von Türen, Luken, Verkleidungen, Fußböden);
• Aggregate und Komponenten, die hohen Belastungen ausgesetzt sind (Flügelhalterungen, Fahrwerke, Hydraulikzylinder);
• Motorteile (Körper, Schaufeln für Kompressoren).

Dank Titan war der Mensch in der Lage, die Schallmauer zu durchbrechen und in den Weltraum vorzudringen. Es wurde verwendet, um bemannte Raketensysteme herzustellen. Titan kann kosmischer Strahlung, Temperaturänderungen und Bewegungsgeschwindigkeit standhalten.

Dieses Metall hat eine geringe Dichte, was im Schiffbau wichtig ist. Produkte aus Titan sind leicht, was bedeutet, dass das Gewicht reduziert, die Manövrierfähigkeit, Geschwindigkeit und Reichweite erhöht werden. Ist der Schiffsrumpf mit Titan ummantelt, muss er viele Jahre nicht lackiert werden – Titan rostet im Meerwasser nicht (Korrosionsbeständigkeit).

Am häufigsten wird dieses Metall im Schiffbau zur Herstellung von Turbinentriebwerken, Dampfkesseln und Kondensatorrohren verwendet.

Ölindustrie und Titan

Das Ultratiefbohren gilt als vielversprechendes Gebiet für den Einsatz von Titanlegierungen. Um unterirdische Reichtümer zu untersuchen und zu extrahieren, muss tief in den Untergrund vorgedrungen werden - über 15.000 Meter. Bohrgestänge aus Aluminium zum Beispiel brechen aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft und nur Titanlegierungen können wirklich große Tiefen erreichen.

Vor nicht allzu langer Zeit wurde Titan aktiv verwendet, um Brunnen auf den Meeresschelfs zu schaffen. Spezialisten verwenden Titanlegierungen als Ausrüstung:

• Ölförderanlagen;
• Druckbehälter;
• Tiefwasserpumpen, Rohrleitungen.

Titan im Sport, Medizin

Titan ist im Sportbereich aufgrund seiner Festigkeit und Leichtigkeit äußerst beliebt. Vor einigen Jahrzehnten wurde ein Fahrrad aus Titanlegierungen hergestellt, das erste Sportgerät überhaupt festes Material in der Welt. Ein modernes Fahrrad besteht aus einem Titankörper, den gleichen Brems- und Sitzfedern.

Japan hat Golfschläger aus Titan entwickelt. Diese Geräte sind leicht und langlebig, aber extrem teuer im Preis.

Titan wird verwendet, um die meisten Gegenstände herzustellen, die sich im Rucksack von Kletterern und Reisenden befinden - Geschirr, Kochsets, Gestelle zur Verstärkung von Zelten. Eispickel aus Titan sind ein sehr beliebtes Sportgerät.

Dieses Metall ist in der medizinischen Industrie sehr gefragt. Die meisten chirurgischen Instrumente bestehen aus Titan – leicht und bequem.

Ein weiteres Anwendungsgebiet des Metalls der Zukunft ist die Herstellung von Prothesen. Titan "verbindet" sich perfekt mit dem menschlichen Körper. Ärzte nannten diesen Vorgang „wahre Beziehung“. Titanstrukturen sind sicher für Muskeln und Knochen, verursachen selten allergische Reaktionen und zerfallen nicht unter dem Einfluss von Flüssigkeiten im Körper. Prothesen aus Titan sind widerstandsfähig und halten enormen körperlichen Belastungen stand.

Titan ist ein erstaunliches Metall. Es hilft einer Person, in verschiedenen Lebensbereichen beispiellose Höhen zu erreichen. Er wird geliebt und verehrt für seine Stärke, Leichtigkeit und lange Jahre Dienstleistungen.

Chrom ist eines der härtesten Metalle.

Interessante Chrom-Fakten

1. Der Name des Metalls kommt vom griechischen Wort „chroma“, was Farbe bedeutet.
2. In der Natur kommt Chrom nicht in reiner Form vor, sondern nur in Form von Chromeisenerz, einem Doppeloxid.
3. Die größten Metallvorkommen befinden sich in Südafrika, Russland, Kasachstan und Simbabwe.
4. Metalldichte - 7200 kg/m3.
5. Chrom schmilzt bei 1907 Grad.
6. Siedet bei einer Temperatur von 2671 Grad.
7. Völlig rein ohne Verunreinigungen zeichnet sich Chrom durch Formbarkeit und Zähigkeit aus. In Verbindung mit Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff wird das Metall spröde und sehr hart.
8. Dieses silberweiße Metall wurde Ende des 18. Jahrhunderts von dem Franzosen Louis Nicolas Vauquelin entdeckt.

Eigenschaften von Chrommetallen

Chrom hat eine sehr hohe Härte, es kann Glas schneiden. Es wird nicht durch Luft, Feuchtigkeit oxidiert. Wenn das Metall erhitzt wird, findet eine Oxidation nur an der Oberfläche statt.

Jährlich werden mehr als 15.000 Tonnen reines Chrom verbraucht. Das britische Unternehmen Bell Metals gilt als führend in der Herstellung von reinstem Chrom.

Das meiste Chrom wird in den USA verbraucht, westliche Länder Europa und Japan. Der Chrommarkt ist volatil und die Preise sind breit gefächert.

Einsatzgebiete von Chrom

Es wird am häufigsten zur Herstellung von Legierungen und galvanischen Beschichtungen (Verchromung für den Transport) verwendet.

Chrom wird Stahl zur Verbesserung zugesetzt physikalische Eigenschaften Metall. Diese Legierungen sind in der Eisenmetallurgie am gefragtesten.

Die beliebteste Stahlsorte besteht aus Chrom (18 %) und Nickel (8 %). Solche Legierungen widerstehen perfekt Oxidation, Korrosion und sind auch bei hohen Temperaturen stark.

Heizöfen bestehen aus Stahl, der ein Drittel Chrom enthält.

Was ist noch aus Chrom?

1. Fässer mit Schusswaffen.
2. Rumpf von U-Booten.
3. Ziegel, die in der Metallurgie verwendet werden.

Ein weiteres extrem hartes Metall ist Wolfram.

Interessante Fakten über Wolfram

1. Der Name des Metalls („Wolf Rahm“) bedeutet auf Deutsch „Wolfsschaum“.
2. Es ist das feuerfesteste Metall der Welt.
3. Wolfram hat einen hellgrauen Farbton.
4. Das Metall wurde Ende des 18. Jahrhunderts (1781) von dem Schweden Karl Scheele entdeckt.
5. Wolfram schmilzt bei 3422 Grad, siedet bei 5900.
6. Das Metall hat eine Dichte von 19,3 g/cm³.
7. Atommasse- 183.85, ein Element der Gruppe VI im Periodensystem von Mendeleev (Seriennummer - 74).

Wolfram-Mining-Prozess

Wolfram gehört zu einer großen Gruppe seltener Metalle. Es enthält auch Rubidium, Molybdän. Diese Gruppe ist durch ein geringes Vorkommen von Metallen in der Natur und einen geringen Verbrauch gekennzeichnet.

Wolfram zu bekommen besteht aus 3 Phasen:

• Trennung von Metall aus Erz, Anreicherung in Lösung;
• Isolierung der Verbindung, ihre Reinigung;
• Gewinnung von reinem Metall aus der fertigen chemischen Verbindung.
• Das Ausgangsmaterial zur Gewinnung von Wolfram ist Scheelit und Wolframit.

Anwendungen von Wolfram

Wolfram ist die Basis der langlebigsten Legierungen. Daraus werden Flugzeugmotoren, Teile von Elektrovakuumgeräten und Glühfäden hergestellt.
Die hohe Dichte des Metalls ermöglicht die Verwendung von Wolfram zur Herstellung von ballistischen Raketen, Kugeln, Gegengewichten und Artilleriegeschossen.

Verbindungen auf Wolframbasis werden verwendet, um andere Metalle zu verarbeiten, z Bergbauindustrie(Brunnenbohrung), Farben und Lacke, Textilindustrie (als Katalysator für organische Synthesen).

Aus komplexen Wolframverbindungen machen:

• Drähte - in Heizöfen verwendet;
• Bänder, Folien, Platten, Bleche - zum Walzen und Flachschmieden.

Titan, Chrom und Wolfram führen die Liste der „Härtesten Metalle der Welt“ an. Sie werden in vielen Bereichen der menschlichen Tätigkeit eingesetzt - Flugzeug- und Raketenwissenschaft, Militärbereich, Bauwesen, und gleichzeitig ist dies weit entfernt von einer vollständigen Palette von Metallanwendungen.

Am weitesten verbreitet sind Titan und darauf basierende Legierungen verschiedene Bereiche. Zunächst einmal werden Titanlegierungen im Bauwesen häufig verwendet. verschiedene Geräte aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit, mechanischen Festigkeit, geringen Dichte, Hitzebeständigkeit und vielen anderen Eigenschaften. Betrachtet man die Eigenschaften und Anwendungen von Titan, kann man seine relativ hohen Kosten nicht übersehen. Es wird jedoch durch die Eigenschaften und die Haltbarkeit des Materials vollständig kompensiert.

Titan hat eine hohe Festigkeit und einen hohen Schmelzpunkt und unterscheidet sich von anderen Metallen in der Haltbarkeit.

Grundlegende Eigenschaften von Titan

Titan gehört zur Gruppe IV der vierten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente. In den stabilsten und wichtigsten Verbindungen ist das Element vierwertig. Äußerlich ähnelt Titan Stahl. Es ist ein Übergangselement. Der Schmelzpunkt erreicht fast 1700° und der Siedepunkt erreicht 3300°. Was eine Eigenschaft wie die latente Schmelz- und Verdampfungswärme betrifft, so ist diese bei Titan fast zweimal höher als bei Eisen.

Es hat 2 allotrope Modifikationen:

1. Niedertemperatur, die bis zu einer Temperatur von 882,5 ° bestehen kann.
2. Hochtemperaturbeständig von 882,5° bis zum Schmelzpunkt.

Eigenschaften wie spezifische Wärme und Dichte platzieren Titan zwischen den beiden Materialien mit den breitesten strukturellen Anwendungen: Eisen und Aluminium. Die mechanische Festigkeit von Titan ist fast 2-mal höher als die von reines Eisen und fast 6 mal für Aluminium. Die Eigenschaften von Titan sind jedoch so, dass es große Mengen an Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff aufnehmen kann, was die plastischen Eigenschaften des Materials negativ beeinflusst.

Das Material zeichnet sich durch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Zum Vergleich: Eisen ist 4-mal höher, Aluminium 12-mal höher, was eine Eigenschaft wie den Wärmeausdehnungskoeffizienten betrifft, der bei Raumtemperatur einen relativ niedrigen Wert hat und mit steigender Temperatur zunimmt.

Titan hat einen niedrigen Elastizitätsmodul. Wenn die Temperatur auf 350° ansteigt, beginnen sie fast linear abzunehmen. Dieser Moment ist ein wesentlicher Nachteil des Materials.

Titan zeichnet sich durch einen ziemlich großen Wert des spezifischen elektrischen Widerstands aus. Sie kann in einem größeren Bereich schwanken und hängt vom Gehalt an Verunreinigungen ab.

Titan ist ein paramagnetisches Material. Solche Substanzen sind durch eine Abnahme der magnetischen Suszeptibilität während des Erhitzens gekennzeichnet. Titan bildet jedoch eine Ausnahme – mit steigender Temperatur steigt seine magnetische Suszeptibilität deutlich an.

Anwendungen von Titan

Medizinische Instrumente aus Titanlegierungen zeichnen sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit, biologische Stabilität und Duktilität aus.

Die Eigenschaften des Materials bieten ein ziemlich breites Anwendungsspektrum. Ja in große Mengen Titanlegierungen werden beim Bau von Schiffen und verschiedenen Ausrüstungen verwendet. Die Verwendung des Werkstoffs als Legierungszusatz zu Stählen hat sich etabliert. Hohe Qualität und als Desoxidationsmittel. Legierungen mit Nickel haben in der Technik und Medizin Anwendung gefunden. Solche Verbindungen haben einzigartige Eigenschaften, insbesondere haben sie ein Formgedächtnis.

Die Verwendung von kompaktem Titan bei der Herstellung von Teilen für Elektrovakuumgeräte, die bei hohen Temperaturen verwendet werden, hat sich etabliert. Die Eigenschaften von technischem Titan ermöglichen seine Verwendung bei der Herstellung von Ventilen, Rohrleitungen, Pumpen, Armaturen und anderen Produkten, die für den Betrieb unter aggressiven Bedingungen ausgelegt sind.

Legierungen zeichnen sich durch unzureichende Hitzebeständigkeit aus, haben aber eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Dies ermöglicht den Einsatz verschiedener titanbasierter Legierungen im chemischen Bereich. Das Material wird beispielsweise bei der Herstellung von Pumpen zur Förderung von Schwefel- und Salzsäure verwendet. Bisher können nur Legierungen auf Basis dieses Materials bei der Herstellung verschiedener Arten von Geräten für die Chlorindustrie verwendet werden.

Die Verwendung von Titan in der Transportindustrie

Legierungen auf Basis dieses Materials werden bei der Herstellung von Panzereinheiten verwendet. Und der Austausch verschiedener Strukturelemente, die in der Transportindustrie verwendet werden, kann den Kraftstoffverbrauch senken, die Nutzlastkapazität erhöhen, die Ermüdungsgrenze von Produkten erhöhen und viele andere Eigenschaften verbessern.

Bei der Herstellung von Geräten für die chemische Industrie aus Titan ist die wichtigste Eigenschaft die Korrosionsbeständigkeit des Metalls.

Das Material eignet sich gut für den Einsatz im Eisenbahnbau. Eines der zu lösenden Hauptprobleme Eisenbahnen, ist mit einer Abnahme des Eigengewichts verbunden. Die Verwendung von Titanstäben und -blechen kann die Gesamtmasse der Zusammensetzung erheblich verringern, die Größe von Achsgehäusen und -hälsen verringern und Traktion sparen.

Auch das Gewicht spielt bei Anhängern eine große Rolle. Auch der Einsatz von Titan statt Stahl bei der Herstellung von Rädern und Achsen kann die Nutzlastkapazität deutlich erhöhen.

Die Eigenschaften des Materials ermöglichen den Einsatz in der Automobilindustrie. Das Material zeichnet sich durch eine optimale Kombination aus Festigkeits- und Gewichtseigenschaften für Abgasanlagen und Schraubenfedern aus. Durch den Einsatz von Titan und seinen Legierungen kann das Abgasvolumen deutlich reduziert, die Brennstoffkosten gesenkt und die Nutzung von Schrott und Industrieabfällen durch deren Umschmelzen erweitert werden. Das Material und die darin enthaltenen Legierungen haben viele Vorteile gegenüber anderen verwendeten Lösungen.

Die Hauptaufgabe bei der Entwicklung neuer Teile und Strukturen besteht darin, ihre Masse zu reduzieren, von der die Bewegung des Fahrzeugs selbst in gewissem Maße abhängt. Das Reduzieren des Gewichts beweglicher Komponenten und Teile macht es möglich, Kraftstoffkosten potenziell zu reduzieren. Titanteile haben wiederholt ihre Zuverlässigkeit bewiesen. Sie werden in der Luft- und Raumfahrtindustrie und im Rennwagendesign weit verbreitet verwendet.

Die Verwendung dieses Materials ermöglicht es nicht nur, das Gewicht der Teile zu reduzieren, sondern auch das Problem der Reduzierung des Abgasvolumens zu lösen.

Die Verwendung von Titan und seinen Legierungen in der Bauindustrie

Im Bauwesen wird häufig eine Legierung aus Titan und Zink verwendet. Diese Legierung zeichnet sich durch hohe mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, hohe Steifigkeit und Duktilität aus. Die Zusammensetzung der Legierung enthält bis zu 0,2 % Legierungszusätze, die als Strukturmodifizierer wirken. Dank Aluminium und Kupfer ist die erforderliche Duktilität gegeben. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Kupfer eine Erhöhung der Reißfestigkeit des Materials, und die Kombination chemischer Elemente hilft, den Ausdehnungskoeffizienten zu verringern. Die Legierung wird auch zur Herstellung von langen Bändern und Blechen mit guten ästhetischen Eigenschaften verwendet.

Titan wird aufgrund seiner Leichtigkeit, Festigkeit und Feuerfestigkeit häufig in der Raumfahrttechnik verwendet.

Unter den Hauptqualitäten der Titan-Zink-Legierung, die speziell für das Bauwesen wichtig sind, kann man solche chemischen und physikalischen Eigenschaften wie hohe Korrosionsbeständigkeit, gutes Aussehen und Sicherheit für die menschliche Gesundheit und die Umwelt nennen.

Das Material hat eine gute Plastizität, lässt sich problemlos tiefziehen, was den Einsatz in Dacharbeiten. Die Legierung hat keine Probleme beim Löten. Aus diesem Grund bestehen verschiedene dreidimensionale Strukturen und nicht standardmäßige architektonische Elemente wie Kuppeln und Türme aus Zink-Titan und nicht aus Kupfer oder verzinktem Stahl. Bei der Lösung solcher Probleme ist diese Legierung unverzichtbar.

Der Anwendungsbereich der Legierung ist sehr breit. Es wird bei Fassaden- und Dacharbeiten verwendet, es werden Produkte verschiedener Konfigurationen und fast beliebiger Komplexität hergestellt, es wird häufig bei der Herstellung verschiedener dekorativer Produkte wie Dachrinnen, Ebbe, Dachfirste usw. verwendet.

Diese Legierung hat eine sehr lange Lebensdauer. Für mehr als ein Jahrhundert muss es weder gestrichen noch häufig gewartet werden. Reparatur. Unter den wesentlichen Vorteilen des Materials sollte auch seine Rückstellfähigkeit hervorgehoben werden. Unbedeutende Beschädigungen in Form von Kratzern von Ästen, Vögeln etc. nach einiger Zeit verschwinden sie von alleine.

Die Anforderungen an Baustoffe werden immer ernster und strenger. Forschungsunternehmen in einer Reihe von Ländern haben den Boden rund um Gebäude untersucht, die mit einer Legierung aus Zink und Titan gebaut wurden. Die Forschungsergebnisse bestätigten, dass das Material absolut sicher ist. Es hat keine krebserzeugenden Eigenschaften und schadet der menschlichen Gesundheit nicht. Zink-Titan ist ein nicht brennbarer Baustoff, was die Sicherheit weiter erhöht.

Unter Berücksichtigung aller oben genannten positiven Eigenschaften, wie z Baumaterial im Betrieb etwa 2-mal billiger als Dachkupfer.

Die Legierung hat zwei Oxidationsstufen. Mit der Zeit verändert es seine Farbe und verliert seinen metallischen Glanz. Zink-Titan wird zunächst hellgrau und nimmt nach einiger Zeit einen edlen dunkelgrauen Farbton an. Derzeit wird das Material bewusst einer chemischen Alterung unterzogen.

Die Verwendung von Titan und seinen Legierungen in der Medizin

Titan ist perfekt kompatibel mit menschlichem Gewebe und wird daher aktiv im Bereich der Endoprothetik eingesetzt.

Titan hat im medizinischen Bereich eine breite Anwendung gefunden. Zu den Vorteilen, die es ihm ermöglichten, so beliebt zu werden, gehören eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Außerdem war keiner der Patienten allergisch gegen Titan.

Kommerziell reines Titan und Ti6-4Eli-Legierungen werden in der Medizin verwendet. Mit seiner Verwendung werden chirurgische Instrumente, verschiedene äußere und innere Prothesen bis hin zu Herzklappen hergestellt. Titan wird zur Herstellung von Rollstühlen, Krücken und anderen Geräten verwendet.

Eine Reihe von Studien und Experimenten bestätigen die hervorragende biologische Verträglichkeit des Materials und seiner Legierungen mit lebendem menschlichem Gewebe. Weich- und Knochengewebe verwachsen mit diesen Materialien problemlos. Ein niedriger E-Modul und eine hohe spezifische Festigkeit zeichnen Titan sehr aus guter Stoff für die Endoprothetik. Es ist deutlich leichter als Weißblech, Stahl und Legierungen auf Kobaltbasis.

So ermöglichen die Eigenschaften von Titan den aktiven Einsatz in den unterschiedlichsten Bereichen – von der Herstellung von Rohren und Dächern über die medizinische Prothetik bis hin zum Bau von Raumfahrzeugen.

Titan. Chemisches Element, Symbol Ti (lat. Titan, entdeckt 1795 Jahr und ist nach dem Helden des griechischen Epos Titan benannt) . Hat eine Seriennummer 22, Atomgewicht 47,90, Dichte 4,5 g/cm3, Schmelzpunkt 1668° C, Siedepunkt 3300 ° C.

Titan ist Bestandteil von mehr als 70 Mineralien und eines der häufigsten Elemente – sein Gehalt in der Erdkruste beträgt ca. 0,6 %. Durch Aussehen Titan ist Stahl ähnlich. Reines Metall ist duktil und lässt sich leicht durch Druck bearbeiten.

Titan existiert in zwei Modifikationen: bis zu 882°С als Modifikationα mit einem hexagonal dicht gepackten Kristallgitter, und oberhalb von 882 °C ist die Modifikation stabilβ mit einem kubisch raumzentrierten Gitter.

Titan verbindet hohe Festigkeit mit geringer Dichte und hoher Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grund hat es in vielen Fällen erhebliche Vorteile gegenüber einfachen Konstruktionsmaterialien wie Stahl. und Aluminium . Eine Reihe von Titanlegierungen sind doppelt so stark wie Stahl mit einer viel geringeren Dichte und einer besseren Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit ist es jedoch schwierig, es für Strukturen und Teile zu verwenden, die unter Bedingungen großer Temperaturunterschiede betrieben werden, und wenn an thermischer Ermüdung gearbeitet wird. Zu den Nachteilen von Titan als Konstruktionsmaterial gehört ein relativ niedriger Normalelastizitätsmodul.

Mechanisch Eigenschaften sind stark abhängig von der Reinheit des Metalls und der vorangegangenen mechanischen und thermischen Behandlung. Hochreines Titan hat gute plastische Eigenschaften.

Eine charakteristische Eigenschaft von Titan ist die Fähigkeit, Gase - Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff - aktiv zu absorbieren. Diese Gase lösen sich in Titan bis zu bekannten Grenzen. Bereits geringe Verunreinigungen an Sauerstoff und Stickstoff reduzieren die plastischen Eigenschaften von Titan. Eine geringe Beimischung von Wasserstoff (0,01–0,005 %) erhöht die Sprödigkeit von Titan deutlich.

Titan ist bei normalen Temperaturen an der Luft stabil. Beim Erhitzen auf 400-550° Mit dem Metall wird ein Oxid-Nitrid-Film bedeckt, der fest auf dem Metall gehalten wird und es vor weiterer Oxidation schützt. Bei höheren Temperaturen nimmt die Oxidations- und Auflösungsgeschwindigkeit von Sauerstoff in Titan zu.

Titan interagiert mit Stickstoff bei Temperaturen über 600° C mit der Bildung eines Nitridfilms ( Zinn) und feste Lösungen von Stickstoff in Titan. Titannitrid hat eine hohe Härte und schmilzt bei 2950° C.

Titan absorbiert Wasserstoff, um feste Lösungen und Hybride zu bilden(TiH und TiH2) . Im Gegensatz zu Sauerstoff und Stickstoff kann fast der gesamte absorbierte Wasserstoff aus Titan entfernt werden, indem es im Vakuum auf 1000-1200 erhitzt wird° C.

Kohlenstoff und kohlenstoffhaltige Gase ( CO, CH4) reagieren mit Titan bei hoher Temperatur (mehr als 1000° C) mit der Bildung von hartem und feuerfestem Titancarbid TiC (Schmelzpunkt 3140°C ). Die Verunreinigung von Kohlenstoff beeinflusst die mechanischen Eigenschaften von Titan erheblich.

Fluor, Chlor, Brom und Jod interagieren mit Titan bei relativ niedrigen Temperaturen (100-200° AUS). Dabei entstehen flüchtige Titanhalogenide.

Mechanische Eigenschaften Titan in viel stärkerem Maße als andere Metalle, hängen von der Aufbringungsrate der Belastung ab. Daher sollte die mechanische Prüfung von Titan unter strenger geregelten und festgelegten Bedingungen durchgeführt werden als die Prüfung anderer Konstruktionsmaterialien.

Die Schlagfestigkeit von Titan erhöht sich beim Glühen im Bereich von 200–300 erheblich° C, es wird keine merkliche Änderung anderer Eigenschaften beobachtet. Die größte Erhöhung der Plastizität von Titan wird nach dem Abschrecken von Temperaturen oberhalb der Temperatur der polymorphen Umwandlung und anschließendem Anlassen erreicht.

Reintitan gehört nicht zu den hitzebeständigen Werkstoffen, da seine Festigkeit mit steigender Temperatur stark abnimmt.

Ein wichtiges Merkmal Titan ist seine Fähigkeit, mit atmosphärischen Gasen und Wasserstoff feste Lösungen zu bilden. Wenn Titan an der Luft erhitzt wird, bildet sich auf seiner Oberfläche neben dem üblichen Zunder eine Schicht, die aus einer festen Lösung bestehtα-Ti (Alphitschicht), stabilisiert durch Sauerstoff, deren Dicke von der Temperatur und Dauer der Erhitzung abhängt. Diese Schicht hat eine höhere Umwandlungstemperatur als die Hauptmetallschicht und ihre Bildung auf der Oberfläche von Teilen oder Halbzeugen kann zu Sprödbruch führen.

Titan und Legierungen auf Titanbasis zeichnen sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit an Luft, in natürlichem kaltem und heißem Süßwasser sowie in Meerwasser aus (auf einer Titanplatte trat nach 10-jähriger Einwirkung von Meerwasser keine Spur von Rost auf). B. in Alkalilösungen, anorganischen Salzen, organischen Säuren und Verbindungen, auch wenn sie gekocht werden. Titan hat eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie Chrom-Nickel-Edelstahl. Es korrodiert nicht im Meerwasser bei Kontakt mit Edelstahl und Kupfer-Nickel-Legierungen. Die hohe Korrosionsbeständigkeit von Titan erklärt sich durch die Bildung eines dichten homogenen Films auf seiner Oberfläche, der das Metall vor weiterer Wechselwirkung schützt Umgebung. Also verdünnt Schwefelsäure (bis zu 5%) Titan ist bei Raumtemperatur stabil. Die Korrosionsrate nimmt mit zunehmender Säurekonzentration zu, erreicht bei 40 % ein Maximum, fällt dann bei 60 % auf ein Minimum ab, erreicht bei 80 % ein zweites Maximum und nimmt dann wieder ab.

In verdünnter Salzsäure (5-10%) bei Raumtemperatur ist Titan ziemlich stabil. Mit zunehmender Säurekonzentration und Temperatur nimmt die Korrosionsrate von Titan schnell zu. Die Korrosion von Titan in Salzsäure kann durch Zusatz geringer Mengen an Oxidationsmitteln stark reduziert werden.(HNO 3, KMnO 4, K 2 CrO 4, Salze von Kupfer, Eisen). Titan ist gut löslich in Fluorwasserstoffsäure. In alkalischen Lösungen (Konzentrationen bis 20 %) in der Kälte und beim Erhitzen ist Titan stabil.

Als Konstruktionswerkstoff wird Titan vor allem in der Luftfahrt, der Raketentechnik, im Schiffsbau, im Instrumentenbau und im Maschinenbau eingesetzt. Titan und seine Legierungen behalten bei hohen Temperaturen ihre hohen Festigkeitseigenschaften bei und können daher erfolgreich für die Herstellung von Teilen verwendet werden, die einer Hochtemperaturerhitzung ausgesetzt werden. So werden die äußeren Teile von Flugzeugen (Triebwerksgondeln, Querruder, Seitenruder) und viele andere Komponenten und Teile aus seinen Legierungen hergestellt - vom Motor bis zu Schrauben und Muttern. Wenn beispielsweise in einem der Motoren Stahlschrauben durch Titanschrauben ersetzt werden, verringert sich die Masse des Motors um fast 100 kg.

Titanoxid wird verwendet, um Titanweiß herzustellen. Eine solche Tünche kann eine Oberfläche streichen, die um ein Vielfaches größer ist als die gleiche Menge an Blei- oder Zinktünche. Außerdem ist Titanweiß nicht giftig. Titan ist in der Metallurgie weit verbreitet, unter anderem als Legierungselement in rostfreien und hitzebeständigen Stählen. Titanzusätze zu Aluminium-, Nickel- und Kupferlegierungen erhöhen deren Festigkeit. Er ist Bestandteil Hartmetalllegierungen für schneidende Instrumente sind auch chirurgische Instrumente aus Titanlegierungen erfolgreich. Titandioxid wird zur Beschichtung von Schweißelektroden verwendet. Titantetrachlorid (Tetrachlorid) wird in militärischen Angelegenheiten verwendet, um Nebelwände zu erzeugen, und in Friedenszeiten, um Pflanzen bei Frühlingsfrösten zu begasen.

In der Elektro- und Funktechnik wird pulverförmiges Titan als Gasabsorber verwendet – bei Erhitzung auf 500 °C nimmt Titan heftig Gase auf und sorgt dadurch für ein Hochvakuum in einem geschlossenen Volumen.

In der chemischen Industrie und im Schiffsbau ist Titan teilweise ein unverzichtbarer Werkstoff. Daraus werden Teile hergestellt, die zum Pumpen aggressiver Flüssigkeiten bestimmt sind, Wärmetauscher, die in korrosiven Umgebungen arbeiten, Aufhängungsvorrichtungen, die zum Anodisieren verschiedener Teile verwendet werden. Titan ist in Elektrolyten und anderen Galvanikflüssigkeiten inert und eignet sich daher zur Herstellung verschiedener Teile von Galvanikbädern. Es wird häufig bei der Herstellung von hydrometallurgischen Ausrüstungen für Nickel-Kobalt-Anlagen verwendet, da es bei Kontakt mit Nickel- und Kobaltschlämmen bei hohen Temperaturen und Drücken eine hohe Korrosions- und Erosionsbeständigkeit aufweist.

Titan ist in oxidierenden Umgebungen am stabilsten. In reduzierenden Medien korrodiert Titan aufgrund der Zerstörung des schützenden Oxidfilms recht schnell.

Technisches Titan und seine Legierungen sind allen bekannten Umformverfahren zugänglich. Sie können kalt und warm gewalzt, gestanzt, gekräuselt, tiefgezogen, gebördelt werden. Aus Titan und seinen Legierungen werden Stäbe, Stäbe, Bänder, verschiedene Walzprofile, nahtlose Rohre, Draht und Folie gewonnen.

Die Verformungsbeständigkeit von Titan ist höher als die von Baustählen oder Kupfer- und Aluminiumlegierungen. Titan und seine Legierungen werden ähnlich wie austenitische Edelstähle durch Druck verarbeitet. Meistens wird Titan bei 800-1000°C geschmiedet. Um Titan vor Gasverunreinigungen zu schützen, wird so schnell wie möglich eine Erhitzungs- und Druckbehandlung durchgeführt. eine kurze Zeit. Da bei Temperaturen >500°C Wasserstoff mit hoher Geschwindigkeit in Titan und seine Legierungen eindiffundiert, erfolgt das Erhitzen in oxidierender Atmosphäre.

Titan und seine Legierungen haben ähnlich wie rostfreie Stähle austenitischer Güte eine reduzierte Bearbeitbarkeit. Bei allen Schneidarten werden die erfolgreichsten Ergebnisse bei niedrigen Drehzahlen und großen Schnitttiefen sowie beim Einsatz erzielt Schneidewerkzeug aus Schnellarbeitsstählen oder Hartlegierungen. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Titan bei hohen Temperaturen wird es in einer Atmosphäre aus Inertgasen (Helium, Argon) geschweißt. Gleichzeitig ist es notwendig, nicht nur das geschmolzene Schweißgut vor Wechselwirkungen mit der Atmosphäre und Gasen zu schützen, sondern alle hocherhitzten Teile der zu schweißenden Produkte.

Bei der Herstellung von Gussteilen aus Titan und seinen Legierungen treten einige technologische Schwierigkeiten auf.