Metallin rooli

Titaani(Ti) on siirtymämetalli jaksollisen järjestelmän jakson 4 ryhmässä 4 (titaanialaryhmä), jonka symboli on Ti, atomiluku 22 ja suhteellinen atomimassa 47,867. Titaani on kova, kiiltävä, hopeanhohtoinen{4}}valkoinen metalli, joka esiintyy kuusikulmaisessa ja kuutiofaasissa. Sen suhteellinen tiheys on 4,506, sulamispiste 1 668 astetta ja kiehumispiste 3 287 astetta. Sen ominaisvastus on 42 × 10⁻⁸ Ω·m (20 asteessa). Luonnossa sitä esiintyy ensisijaisesti rutiilina, perovskiittina ja ilmeniittinä. Sienititaania valmistetaan pelkistämällä titaanitetrakloridia magnesiumilla korkeissa lämpötiloissa, ja titaaniharkot saadaan sitten sulattamalla sieni sähkökaarimenetelmällä.

Titaanilla on poikkeuksellisia ominaisuuksia, jotka ovat johtaneet sen laajaan käyttöön. Sen pääsovelluksia ovat: ilmailu, laivanrakennus, kemian- ja petrokemianteollisuus, kuljetus, puolustus, merenkulku, sähköntuotanto, rakentaminen, metallurgia, lääkinnälliset laitteet, urheiluvälineet, kulutustavarat ja kevyt teollisuus.

Puhdasta titaania käytetään harvoin käytännön sovelluksissa sen alhaisen lujuuden vuoksi, mikä tekee siitä sopimattoman rakennemateriaaliksi. Siksi titaaniseoksia käytetään pääasiassa käytännön sovelluksissa. Nestemäinen titaani voi liuottaa melkein kaikki metallit, joten se voi muodostaa seoksia monenlaisten metallien kanssa; alumiini on titaaniseosten ensisijainen seosaine. Epäpuhtauksien läsnäolo titaanissa vaikuttaa merkittävästi sen mekaanisiin ominaisuuksiin; erityisesti interstitiaaliset epäpuhtaudet (happi, typpi ja hiili) voivat lisätä huomattavasti titaanin lujuutta ja vähentää merkittävästi sen sitkeyttä. Titaaniseosten erinomaiset mekaaniset ominaisuudet rakennemateriaaleina saavutetaan asianmukaisten epäpuhtauspitoisuuksien tiukan valvonnan tai seosaineiden lisäämisen avulla.

Titaaniseokset voidaan luokitella käyttökohteen mukaan lämpö-kestäviä seoksia, lujia{1}}seoksia, korroosion-kestäviä seoksia (kuten titaani-molybdeeni- ja titaani-palladiumseoksia), matalan lämpötilan{{5}seoksia ja erikoisseoksia titaani-rautavetyvarastomateriaalit ja titaani-nikkelin muotoiset muistiseokset).

Titaaniseosten sulatusprosessi on samanlainen kuin titaanin, paitsi että erilaisten seosaineiden lisäämistä sulaan titaaniin valvotaan huolellisesti. Tällä hetkellä länsimaissa, kuten Yhdysvalloissa ja Japanissa, käytetään uusia titaaniseossulatustekniikoita, mukaan lukien elektronisuihkukylmäuunit ja plasmakylmäuunit. Elektronisuihkukylmiä tulisijauuneja on käytetty menestyksekkäästi puhtaan titaanin ja GR5-seosten sulattamiseen, kun taas plasmasädetekniikka on tehokkain tapa sulattaa titaaniseoksia, joissa on monimutkainen koostumus. Venäjä on kehittänyt sulatusteknologian, joka on samanlainen kuin kylmä tulisijauuni, joka tunnetaan ns. "kuoren-kuona-kulutustarvikkeiden-elektrodien sulatus." Lisäksi kylmäupokassulatustekniikka on edistynyt merkittävästi viime vuosina. Yhdistettynä keskipakovaluprosessiin titaanivalujen tarkkuusvalua varten valmistetaan parhaillaan toisen -sukupolven-upokkaan sulatusuunia. Tämä uuni lisää huomattavasti sulatuskapasiteettia, lyhentää sulamisaikaa, mahdollistaa täysin suspendoituneen sulatuksen ja eliminoi metallikuoren muodostumisen.

Toinen keskeinen tekijä, joka rajoittaa titaaniseosten laajaa käyttöä, on se, että niiden alhainen lämmönjohtavuus, korkea kovuus, alhainen kimmokerroin ja kemiallinen reaktiivisuus korkeissa lämpötiloissa tekevät niistä vaikean työstää, takoa ja hitsata. Nikkeli- ja titaaniseoksiin liittyvät tekniset haasteet-ja niistä johtuvat korkeat kustannukset-vaikeuttavat niiden käyttöä suuressa mittakaavassa. Niiden erinomaisten ominaisuuksien valikoima on kuitenkin yksinkertaisesti liian houkutteleva aseiden ja sotilasvarusteiden suorituskyvyn parantamiseksi.

Titaaniseosten lisääntynyt käyttö ilmailuteollisuudessa ei johdu vain niiden luontaisista erinomaisista ominaisuuksista, vaan mikä vielä tärkeämpää, nopeasta edistymisestä tarkkuusmuovaustekniikoissa. Tarkkuusvalutekniikan ilmaantuminen suurille, monoliittisille ja monimutkaisille titaaniseoskomponenteille on avannut uusia mahdollisuuksia laajentaa titaaniseosten käyttöä lentokoneiden rungoissa ja lentokoneiden moottoreissa. F-22:ssa hyödynnetään laajasti tarkkuus-valettua titaaniseoksesta valmistettuja komponentteja (yhteensä 54) pystysuorassa peräsimen toimilaitteen kotelossa ja muilla kriittisillä kantavilla alueilla, ja sen osuus on noin 7,1 % rakenteen kokonaispainosta.

Titanium metal Titanium Sheet factory