Titaanin ominaisuudet
Suuri lujuus, pieni tiheys
Puhtaalle titaanille on ominaista sen ominaislujuus, jonka vetolujuus on jopa 590 MPa. Seosmuodossa tämä lujuus ulottuu merkittävästi 1250 MPa:iin (Ti-15Mo-5Zr-3AI-laatuinen metalliseos).
Sen väsymislujuus on noin puolet sen vetolujuudesta, eikä se alene hitsattaessa tai upotettuna meriveteen.
Titaani on sopiva komponentti sovelluksiin, joissa vaaditaan ainutlaatuista materiaalin lujuuden ja keveyden yhdistelmää.
Tiheys: 4,506 g/cm3
Vetolujuus: Vähintään 200 MPa - yli 1300 MPa (vaihtelee puhtauden ja seoksen koostumuksen mukaan)
Korroosionkestävyys
Koska puhdas titaani reagoi helposti hapen kanssa, se muodostaa luonnollisesti oksidikalvon, joka suojaa sitä syövyttäviltä materiaaleilta ja ympäristöiltä. Se kestää klooriyhdisteiden, meriveden, tavallisten happojen ja äärilämpötilojen aiheuttamaa korroosiota.
Tulenkestävä
Toinen titaanin ominaisuus on sen tulenkestävät metalliominaisuudet. Sen sulamispiste ylittää 1650 astetta, mikä on huomattavasti korkeampi kuin alumiini ja teräs. Samalla sen lämpölaajenemiskerroin on 8,6 µm/(m·K), mikä on pienempi kuin teräksen ja kuparin.
Titaanisovellukset
ilmailuteollisuus
Titaaniseosten korkean lämpötilan ja korroosionkestävyyden vuoksi materiaalia käytetään lentokoneiden komponenttien (runko- ja kiinnityskomponenttien), hydraulijärjestelmän komponenttien ja laskutelineiden valmistukseen.
Pääasiassa titaanista valmistettu Lockheed SR-71 Blackbird -sotalentokone on arvostettu nopeudestaan ja suunnittelutehokkuudestaan. Vaikka salakavakoilukone poistettiin käytöstä 1990-luvun lopulla, lentokonevalmistajat käyttävät edelleen titaaniseoksia nykyaikaisissa lentokoneissa lujuuden lisäämiseksi ja painon vähentämiseksi.
Laivavarusteet
Titaanilla on korkea meriveden korroosionkestävyys, joten se sopii laivojen porauslaitteisiin, potkurin lapoihin ja akseleihin sekä muihin veteen upotettuihin komponentteihin.
Urheilusovellukset
Titaanin korkea lujuus-painosuhde soveltuu monenlaisiin sovelluksiin urheiluteollisuudessa. Materiaalia käytetään komponentteina urheiluvälineissä, kuten tennismailoissa, pesäpallomailoissa, golfmailoissa, polkupyörän rungoissa ja hiihtovälineissä.
Lääketeollisuus
Inerttisyytensä ja myrkyttömyytensä vuoksi titaania käytetään monissa lääketieteellisissä sovelluksissa, mukaan lukien kirurgiset implantit, hammasimplanttit, kirurgiset työkalut ja esteettömyyslaitteet.
ilotulitus
Titaanijauhe tuottaa kirkkaan valkoisia kipinöitä ja sitä käytetään ilotulituksissa.
pigmentti
Titaanidioksidia (metallin luonnollinen oksidimuoto) on käytetty valkaisuaineena maaleissa, muoveissa ja hammastahnassa.
korut
Titaanin bioyhteensopivuus, korkea lujuus-painosuhde ja korroosionkestävät ominaisuudet ovat erittäin hyödyllisiä koruteollisuudessa, jossa sitä voidaan käyttää rannerenkaiden, sormusten ja kaulakorujen luomiseen.
Tuotanto ja jalostus
Puhdas titaani reagoi helposti hapen kanssa, ja suurin osa titaanista löytyy luonnosta malmien tai "sienien" muodossa, erityisesti rutiilin (TiO 2 ) tai ilmeniitin (FeTiO 3 ) muodossa. Kroll-prosessi uuttaa TiO 2:ta malmista pelkistysprosessin kautta kloorin läsnä ollessa, jolloin syntyy titaanitetrakloridia (TiCl 4 ). Jakotislauksella puhdistuksen jälkeen TiCl4 pelkistetään sulalla magnesiummetallilla lämpötilasäädetyssä astiassa puhtaan titaanimetallin tuottamiseksi.
Seosten osalta titaani yhdistetään metalleihin, kuten alumiiniin, vanadiiniin, tinaan ja/tai palladiumiin. Eri yhdistelmät luovat luetteloita titaanilaaduista alfa- ja beta-luokissa. Jokainen arvosana on suunniteltu tiettyyn käyttötarkoitukseen tuloksena olevan suorituskyvyn perusteella.
Lämpökäsittely parantaa entisestään titaaniseosten lujuutta, erityisesti väsymiskestävyyden, virumisvakauden ja murtumien eheyden suhteen. Lämpökäsittelyolosuhteet ovat erittäin riippuvaisia metalliseoksen koostumuksesta materiaalin fysikaalisten ominaisuuksien optimoimiseksi.
