Titāns (lat. Titanium; apzīmē ar simbolu Ti) ir ķīmisko elementu periodiskās tabulas ceturtās grupas sekundārās apakšgrupas elements ar atomskaitli 22. Vienkāršā viela titāns (CAS numurs: 7440- 32-6) ir viegls metāls sudrabaini baltā krāsā.

Stāsts

TiO 2 atklājumu gandrīz vienlaikus un neatkarīgi viens no otra veica anglis V. Gregors un vācu ķīmiķis M. G. Klaprots. V. Gregors, pētot magnētisko dzelzs smilšu sastāvu (Creed, Cornwall, England, 1789), izolēja jaunu nezināma metāla “zemi” (oksīdu), ko nosauca par menakenu. 1795. gadā vācu ķīmiķis Klaprots atklāja jaunu elementu minerālu rutilā un nosauca to par titānu. Divus gadus vēlāk Klaprots konstatēja, ka rutils un menaken zeme ir viena un tā paša elementa oksīdi, kas radīja Klaprota piedāvāto nosaukumu “titāns”. Desmit gadus vēlāk titāns tika atklāts trešo reizi. Franču zinātnieks L. Vokelins atklāja titānu anatāzē un pierādīja, ka rutils un anatāze ir identiski titāna oksīdi.
Pirmo metāla titāna paraugu 1825. gadā ieguva J. Ya. Berzelius. Titāna augstās ķīmiskās aktivitātes un tā attīrīšanas grūtību dēļ 1925. gadā holandieši A. van Arkels un I. de Būrs ieguva tīru Ti paraugu, termiski sadalot titāna jodīda tvaikus TiI 4 .

vārda izcelsme

Metāls savu nosaukumu ieguva par godu titāniem, sengrieķu mitoloģijas varoņiem, Gaijas bērniem. Elementa nosaukumu deva Martins Klaprots saskaņā ar viņa uzskatiem par ķīmisko nomenklatūru, pretstatā franču ķīmijas skolai, kur viņi mēģināja nosaukt elementu pēc tā ķīmiskajām īpašībām. Tā kā pats vācu pētnieks atzīmēja, ka nav iespējams noteikt jauna elementa īpašības tikai pēc tā oksīda, viņš izvēlējās tam nosaukumu no mitoloģijas, pēc analoģijas ar iepriekš atklāto urānu.
Tomēr saskaņā ar citu versiju, kas tika publicēta žurnālā “Technology-Youth” 80. gadu beigās, jaunatklātais metāls savu nosaukumu ir parādā nevis varenajiem titāniem no sengrieķu mītiem, bet gan Titānijai, pasaku karalienei ģermāņu mitoloģijā ( Oberona sieva Šekspīra "Sapnis vasaras naktī"). Šis nosaukums ir saistīts ar metāla neparasto “vieglumu” (zemu blīvumu).

Kvīts

Parasti titāna un tā savienojumu ražošanas izejmateriāls ir titāna dioksīds ar salīdzinoši nelielu daudzumu piemaisījumu. Jo īpaši tas var būt rutila koncentrāts, kas iegūts, bagātinot titāna rūdas. Taču rutila rezerves pasaulē ir ļoti ierobežotas, un biežāk tiek izmantots tā sauktais sintētiskais rutila jeb titāna izdedži, kas iegūti ilmenīta koncentrātu pārstrādē. Lai iegūtu titāna izdedžus, ilmenīta koncentrāts tiek reducēts elektriskā loka krāsnī, savukārt dzelzs tiek atdalīts metāla fāzē (čuguns), un nereducēti titāna oksīdi un piemaisījumi veido izdedžu fāzi. Bagātīgos izdedžus apstrādā ar hlorīda vai sērskābes metodi.
Titāna rūdas koncentrāts tiek pakļauts sērskābei vai pirometalurģiskai apstrādei. Sērskābes apstrādes produkts ir titāna dioksīda pulveris TiO 2. Izmantojot pirometalurģisko metodi, rūdu saķepina ar koksu un apstrādā ar hloru, iegūstot titāna tetrahlorīda tvaikus TiCl 4:
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 =TiCl 2 + 2CO

Iegūtie TiCl4 tvaiki tiek reducēti ar magniju 850 °C temperatūrā:
TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti

Iegūtais titāna “sūklis” tiek izkausēts un notīrīts. Titānu attīra, izmantojot jodīda metodi vai elektrolīzi, atdalot Ti no TiCl 4 . Titāna lietņu iegūšanai izmanto loka, elektronu staru vai plazmas apstrādi.

Fizikālās īpašības

Titāns ir viegls sudrabaini balts metāls. Tas eksistē divās kristālu modifikācijās: α-Ti ar sešstūrveida cieši iesaiņotu režģi, β-Ti ar kubisku ķermeni centrētu blīvējumu, polimorfās transformācijas α↔β temperatūra ir 883 °C.
Tam ir augsta viskozitāte, un apstrādes laikā tas ir pakļauts pielipšanai griezējinstrumentam, tāpēc instrumentam ir nepieciešams īpašs pārklājums un dažādas smērvielas.
Parastā temperatūrā tas ir pārklāts ar aizsargājošu pasivējošu TiO 2 oksīda plēvi, padarot to izturīgu pret koroziju lielākajā daļā vidi (izņemot sārmainu).
Titāna putekļiem ir tendence eksplodēt. Uzliesmošanas temperatūra 400 °C. Titāna skaidas ir ugunsbīstamas.

1941 Vārīšanās temperatūra 3560 Ud. saplūšanas siltums 18,8 kJ/mol Ud. iztvaikošanas siltums 422,6 kJ/mol Molārā siltuma jauda 25,1 J/(K mol) Molārais tilpums 10,6 cm³/mol Vienkāršas vielas kristāla režģis Režģa struktūra sešstūrains
cieši iesaiņots (α-Ti) Režģa parametri a = 2,951 s = 4,697 (α-Ti) Attieksme c/a 1,587 Debye temperatūra 380 Citas īpašības Siltumvadītspēja (300 K) 21,9 W/(mK) CAS numurs 7440-32-6

Enciklopēdisks YouTube

1 / 5

✪ Titāns / Titāns. Ķīmija ir vienkārša

✪ Titāns – STIPRĀKAIS METĀLS UZ ZEMES!

✪ Ķīmija 57. Elements titāns. Dzīvsudraba elements - Izklaides zinātņu akadēmija

✪ Titāna ražošana. Titāns ir viens no spēcīgākajiem metāliem pasaulē!

✪ Iridijs ir retākais metāls uz Zemes!

Subtitri

Sveiki visiem! Aleksandrs Ivanovs ir kopā ar jums, un šis ir projekts “Ķīmija — vienkārši.” Un tagad mēs nedaudz izklaidēsimies ar titānu! Šādi izskatās daži grami tīra titāna, kas iegūti jau sen Mančestras Universitātē, kad tā vēl nebija pat universitāte.Šis paraugs ir no tā paša muzeja.Tas ir galvenais minerāls, no kura titānu iegūst izskatās izskatās.Tas ir Rutils.Kopumā ir zināmi vairāk nekā 100 minerāli, kas satur titānu 1867. gadā viss, ko cilvēki zināja par titānu, ietilpa mācību grāmatā uz 1 lapas Līdz 20. gadsimta sākumam nekas daudz nebija mainījies 1791. gadā angļu ķīmiķis un mineralogs Viljams Gregors atklāja jaunu elementu minerālā menakinītā un nosauca to par "menakīnu" Nedaudz vēlāk, 1795. gadā, vācu ķīmiķis Martins Klaprots atklāja jaunu ķīmisko elementu citā minerālā - rutilā. Titāns saņēma savu. vārds no Klaprota, kurš to nosauca par godu elfu karalienei Titānijai.Tomēr saskaņā ar citu versiju stihijas nosaukums cēlies no titāniem, spēcīgajiem zemes dievietes dēliem - gejiem Tomēr 1797. gadā izrādījās, ka Gregors un Klaprots atklāja vienu un to pašu ķīmisko elementu.Bet nosaukums palika tāds pats kā Klaprots.Bet ne Gregors,ne Klaprots nevarēja iegūt metālu titānu.Viņi saņēma baltu kristālisku pulveri,kas bija titāna dioksīds.Pirmo reizi metālisks titānu ieguva krievu zinātnieks D.K. Kirilovs 1875. gadā Bet kā tas notiek bez pienācīga seguma, viņa darbs netika pamanīts.Pēc tam tīru titānu ieguva zviedri L. Nilsons un O. Pētersons, kā arī francūzis Moisāns. Un tikai 1910. gadā amerikāņu ķīmiķis M. Hanters uzlaboja iepriekšējās titāna iegūšanas metodes un saņēma vairākus gramus tīra 99% titāna.Tāpēc lielākajā daļā grāmatu kā zinātnieks, kurš saņēma metāla titānu, ir norādīts Hanters.Titānam lielu nākotni neprognozēja, jo mazākās piemaisījumi tā sastāvā padarīja to ļoti trauslu un trauslu, kas neļāva veikt mehānisku testēšanas apstrādi Tāpēc daži titāna savienojumi savu plašo pielietojumu atrada agrāk nekā pats metāls Titāna tetrahlorīds tika izmantots Pirmajā pasaules karā dūmu aizsegu izveidošanai Brīvā dabā, titāna tetrahlorīds hidrolizējas, veidojot titāna oksihlorīdus un titāna oksīdu. Baltie dūmi, ko mēs redzam, ir oksihlorīdu un titāna oksīda daļiņas. To, ka tās ir daļiņas, var apstiprināt, ja mēs iepilinām ūdenī dažus pilienus titāna tetrahlorīda. Titāna tetrahlorīds pašlaik ir izmanto metāla titāna iegūšanai.Tīra titāna iegūšanas metode nav mainījusies jau simts gadus.Vispirms titāna dioksīds tiek pārveidots par titāna tetrahlorīdu, izmantojot hloru, par ko mēs runājām iepriekš.Tad, izmantojot magnija termiju, no titāna iegūst titāna metālu. tetrahlorīds,kas veidojas sūkļa veidā.Šis process tiek veikts 900°C temperatūrā tērauda retortēs.Reakcijas skarbo apstākļu dēļ mums diemžēl nav iespējas parādīt šo procesu Rezultāts ir titāna sūklis, kas tiek izkausēts kompaktā metālā.Lai iegūtu īpaši tīru titānu, viņi izmanto jodīda rafinēšanas metodi, ko detalizēti aprakstīsim video par cirkoniju.Kā jau pamanījāt, titāna tetrahlorīds ir caurspīdīgs bezkrāsains šķidrums normālos apstākļos.Bet ja ņemam titāna trihlorīdu,tad šī ir violeta cieta viela.Tikai par vienu hlora atomu mazāk molekulā,un jau cits stāvoklis.Titāna trihlorīds ir higroskopisks. Tāpēc ar to var strādāt tikai inertā atmosfērā.Titāna trihlorīds labi šķīst sālsskābē.Tas ir process, kuru tagad novērojat.Šķīdumā veidojas komplekss jons 3– Es pastāstīšu, kas ir kompleksie joni. nākamreiz. Pa to laiku tikai šausminieties :) Ja iegūtajam šķīdumam pievieno nedaudz slāpekļskābes, veidojas titāna nitrāts un izdalās brūna gāze, ko mēs patiesībā redzam.Notiek kvalitatīva reakcija uz titāna joniem. ūdeņraža peroksīds.Kā redzams notiek reakcija ar spilgtas krāsas savienojuma veidošanos Tā ir supratitānskābe.1908.gadā ASV baltās krāsas ražošanai sāka izmantot titāna dioksīdu,kas aizstāja balto,kas bija uz svina un cinka bāzes Titāna balts ievērojami pārsniedza svina un cinka analogu kvalitāti.Tāpat no titāna oksīda tika ražota emalja, ko izmantoja metāla un koka pārklājumiem kuģu būvē Pašlaik titāna dioksīdu izmanto pārtikas rūpniecībā. kā balta krāsviela - tā ir E171 piedeva, kas atrodama krabju nūjiņās, brokastu pārslās, majonēzē, košļājamā gumijā, piena produktos u.c. Titāna dioksīdu izmanto arī kosmētikā - tas ir daļa no saules aizsargkrēma “Viss ka spīguļi nav zelts” - šo teicienu zinām jau no bērnības Un attiecībā uz mūsdienu baznīcu un titānu tas darbojas tiešā nozīmē Un šķiet, kas var būt kopīgs starp baznīcu un titānu? Lūk, kas: visiem mūsdienu baznīcu kupoliem, kas mirdz no zelta, patiesībā nav nekāda sakara ar zeltu.Patiesībā visi kupoli ir pārklāti ar titāna nitrīdu. Arī metāla urbji ir pārklāti ar titāna nitrīdu. Tikai 1925. gadā tika iegūts augstas tīrības pakāpes titāns, kas ļāva izpētīt tā fizikālās un ķīmiskās īpašības Un tās izrādījās fantastiskas.Izrādījās, ka titāns, būdams gandrīz uz pusi mazāks par dzelzi, ir stiprāks par daudziem tēraudiem.Tāpat, lai gan titāns ir pusotru reizi smagāks par alumīniju, tas ir sešas reizes stiprāks par to un saglabā savu izturību līdz pat 500°C.-augstās elektrovadītspējas un nemagnētiskuma dēļ titāns ir ļoti interesants elektrotehnikā.Titānam ir augsta izturība pret koroziju. pēc tā īpašībām titāns ir kļuvis par materiālu kosmosa tehnoloģijām.Krievijā Verhņaja Saldā darbojas korporācija VSMPO-AVISMA, kas ražo titānu globālajai kosmosa industrijai.No Verkhnyaya Salda titāna ražo Boeings, Airbuses, Rolls-Royces , dažādas ķīmiskās iekārtas un daudz citu dārgu krāmu.Tomēr katrs no jums var iegādāties lāpstu vai lauzni no tīra titāna! Un tas nav joks! Un tā smalkais titāna pulveris reaģē ar atmosfēras skābekli.Pateicoties tik krāsainajai degšanai, titāns ir atradis pielietojumu pirotehnikā. Un tas arī viss, abonējiet, spiediet īkšķi, neaizmirstiet atbalstīt projektu un pastāstiet draugiem! Čau!

Stāsts

TiO 2 atklājumu gandrīz vienlaikus un neatkarīgi veica anglis V. Gregors?! un vācu ķīmiķis M. G. Klaprots. V. Gregors, pētot magnētisko dzelzs smilšu sastāvu (Krīda, Kornvola, Anglija), izolēja jaunu nezināma metāla “zemi” (oksīdu), ko nosauca par menakenu. 1795. gadā vācu ķīmiķis Klaprots atklāja jaunu elementu minerālu rutilā un nosauca to par titānu. Divus gadus vēlāk Klaprots konstatēja, ka rutils un menaken zeme ir viena un tā paša elementa oksīdi, kas radīja Klaprota piedāvāto nosaukumu “titāns”. Desmit gadus vēlāk titāns tika atklāts trešo reizi. Franču zinātnieks L. Vokelins atklāja titānu anatāzē un pierādīja, ka rutils un anatāze ir identiski titāna oksīdi.

Pirmo metāliskā titāna paraugu 1825. gadā ieguva J. Ya. Berzelius. Titāna augstās ķīmiskās aktivitātes un tā attīrīšanas grūtību dēļ 1925. gadā holandieši A. van Arkels un I. de Būrs ieguva tīru Ti paraugu, termiski sadalot titāna jodīda tvaikus TiI 4 .

vārda izcelsme

Metāls savu nosaukumu ieguva par godu titāniem, sengrieķu mitoloģijas varoņiem, Gaijas bērniem. Elementa nosaukumu deva Martins Klaprots saskaņā ar viņa uzskatiem par ķīmisko nomenklatūru, atšķirībā no franču ķīmijas skolas, kur viņi mēģināja nosaukt elementu pēc tā ķīmiskajām īpašībām. Tā kā pats vācu pētnieks atzīmēja, ka nav iespējams noteikt jauna elementa īpašības tikai pēc tā oksīda, viņš izvēlējās tam nosaukumu no mitoloģijas, pēc analoģijas ar iepriekš atklāto urānu.

Atrodoties dabā

Titāns ir 10. vietā pēc izplatības dabā. Zemes garozā saturs ir 0,57 masas%, jūras ūdenī - 0,001 mg/l. Ultramafiskajos iežos 300 g/t, bāzes iežos - 9 kg/t, skābajos iežos 2,3 kg/t, mālos un slānekļos 4,5 kg/t. Zemes garozā titāns gandrīz vienmēr ir četrvērtīgs un atrodas tikai skābekļa savienojumos. Brīvā formā nav atrasts. Laikapstākļu un nokrišņu apstākļos titānam ir ģeoķīmiskā afinitāte ar Al 2 O 3 . Tas ir koncentrēts laika apstākļu garozas boksītos un jūras mālainās nogulumos. Titāns tiek transportēts mehānisku minerālu fragmentu un koloīdu veidā. Dažos mālos uzkrājas līdz 30% TiO 2 pēc svara. Titāna minerāli ir izturīgi pret atmosfēras iedarbību un veido lielas koncentrācijas placeros. Ir zināmi vairāk nekā 100 minerāli, kas satur titānu. Svarīgākie no tiem ir: rutils TiO 2, ilmenīts FeTiO 3, titanomagnetīts FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskīts CaTiO 3, titanīts CaTiSiO 5. Ir primārās titāna rūdas - ilmenīts-titanomagnetīts un placer rūdas - rutila-ilmenīts-cirkons.

Dzimšanas vieta

Titāna atradnes atrodas Dienvidāfrikā, Krievijā, Ukrainā, Ķīnā, Japānā, Austrālijā, Indijā, Ceilonā, Brazīlijā, Dienvidkorejā un Kazahstānā. NVS valstīs vadošās vietas pētītajos titāna rūdu krājumos ieņem Krievijas Federācija (58,5%) un Ukraina (40,2%). Lielākais noguldījums Krievijā ir Jaregskoje.

Rezerves un ražošana

Kopš 2002. gada 90% iegūtā titāna tika izmantoti titāna dioksīda TiO 2 ražošanai. Pasaulē saražoja 4,5 miljonus tonnu titāna dioksīda gadā. Apstiprinātās titāna dioksīda rezerves (neskaitot Krieviju) ir aptuveni 800 miljoni tonnu.Uz 2006.gadu pēc ASV Ģeoloģijas dienesta datiem titāna dioksīda izteiksmē un neskaitot Krieviju ilmenīta rūdu krājumi ir 603-673 miljoni tonnu, bet rutila rūdas. - 49. 7-52,7 milj.t. Tādējādi ar pašreizējo ražošanas ātrumu pasaulē pārbaudītās titāna rezerves (izņemot Krieviju) pietiks vairāk nekā 150 gadus.

Krievijai ir otrās lielākās titāna rezerves pasaulē pēc Ķīnas. Titāna derīgo izrakteņu bāze Krievijā sastāv no 20 atradnēm (no kurām 11 ir primārās un 9 aluviālās), kas ir diezgan vienmērīgi sadalītas visā valstī. Lielākā no izpētītajām atradnēm (Jaregskoje) atrodas 25 km attālumā no Uhtas pilsētas (Komi Republika). Tiek lēsts, ka atradnes rezerves ir 2 miljardi tonnu rūdas ar vidējo titāna dioksīda saturu aptuveni 10%.

Pasaulē lielākais titāna ražotājs ir Krievijas uzņēmums VSMPO-AVISMA.

Kvīts

Parasti titāna un tā savienojumu ražošanas izejmateriāls ir titāna dioksīds ar salīdzinoši nelielu daudzumu piemaisījumu. Jo īpaši tas var būt rutila koncentrāts, kas iegūts, bagātinot titāna rūdas. Taču rutila rezerves pasaulē ir ļoti ierobežotas, un biežāk tiek izmantots tā sauktais sintētiskais rutila jeb titāna izdedži, kas iegūti ilmenīta koncentrātu pārstrādē. Lai iegūtu titāna izdedžus, ilmenīta koncentrāts tiek reducēts elektriskā loka krāsnī, savukārt dzelzs tiek atdalīts metāla fāzē (čuguns), un nereducēti titāna oksīdi un piemaisījumi veido izdedžu fāzi. Bagātīgos izdedžus apstrādā ar hlorīda vai sērskābes metodi.

Titāna rūdas koncentrāts tiek pakļauts sērskābei vai pirometalurģiskai apstrādei. Sērskābes apstrādes produkts ir titāna dioksīda pulveris TiO 2. Izmantojot pirometalurģisko metodi, rūdu saķepina ar koksu un apstrādā ar hloru, iegūstot titāna tetrahlorīda tvaikus TiCl 4:

T i O 2 + 2 C + 2 C l 2 → T i C l 4 + 2 C O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2C+2Cl_(2)\rightarrow TiCl_(4)+2CO)))

Iegūtie TiCl4 tvaiki tiek reducēti ar magniju 850 °C temperatūrā:

T i Cl 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + T i (\displaystyle (\mathsf (TiCl_(4)+2Mg\rightarrow 2MgCl_(2)+Ti)))

Turklāt tagad popularitāti sāk iegūt tā sauktais FFC Cambridge process, kas nosaukts tā izstrādātāju Dereka Fraja, Toma Fārtinga un Džordža Čena vārdā, kā arī Kembridžas Universitāte, kurā tas tika izveidots. Šis elektroķīmiskais process ļauj tieši, nepārtraukti reducēt titānu no tā oksīda izkausētā kalcija hlorīda un nedzēsta kaļķa maisījumā. Šajā procesā tiek izmantota elektrolītiskā vanna, kas piepildīta ar kalcija hlorīda un kaļķa maisījumu, ar grafīta (vai neitrālu) anodu un katodu, kas izgatavots no reducējama oksīda. Caur vannu laižot strāvu, temperatūra ātri sasniedz ~1000-1100°C, un kalcija oksīda kausējums pie anoda sadalās skābeklī un metāliskā kalcijā:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\rightarrow 2Ca+O_(2))))

Iegūtais skābeklis oksidē anodu (ja tiek izmantots grafīts), un kalcijs kausējumā migrē uz katodu, kur reducē titānu no oksīda:

O 2 + C → C O 2 (\displaystyle (\mathsf (O_(2)+C\rightarrow CO_(2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2Ca\rightarrow Ti+2CaO)))

Iegūtais kalcija oksīds atkal sadalās skābeklī un metāliskā kalcijā, un process tiek atkārtots, līdz katods ir pilnībā pārveidots par titāna sūkli vai kalcija oksīds ir izsmelts. Šajā procesā kalcija hlorīds tiek izmantots kā elektrolīts, lai nodrošinātu kausējuma elektrovadītspēju un aktīvo kalcija un skābekļa jonu mobilitāti. Lietojot inertu anodu (piemēram, alvas oksīdu), pie anoda oglekļa dioksīda vietā izdalās molekulārais skābeklis, kas mazāk piesārņo vidi, taču process šajā gadījumā kļūst mazāk stabils, turklāt atsevišķos apstākļos. , enerģētiski labvēlīgāka kļūst hlorīda sadalīšanās, nevis kalcija oksīda sadalīšanās, kā rezultātā izdalās molekulārais hlors.

Iegūtais titāna “sūklis” tiek izkausēts un notīrīts. Titānu attīra, izmantojot jodīda metodi vai elektrolīzi, atdalot Ti no TiCl 4 . Titāna lietņu iegūšanai izmanto loka, elektronu staru vai plazmas apstrādi.

Fizikālās īpašības

Titāns ir viegls sudrabaini balts metāls. Eksistē divās kristālu modifikācijās: α-Ti ar sešstūrainu cieši saspiestu režģi (a=2,951 Å; c=4,679 Å; z=2; kosmosa grupa C6mmc), β-Ti ar kubisku korpusu centrētu blīvējumu (a=3,269 Å; z=2; atstarpes grupa Im3m), α↔β pārejas temperatūra ir 883 °C, pārejas ΔH ir 3,8 kJ/mol. Kušanas temperatūra 1660±20 °C, viršanas temperatūra 3260 °C, α-Ti un β-Ti blīvums attiecīgi vienāds ar 4,505 (20 °C) un 4,32 (900 °C) g/cm³, atomu blīvums 5,71⋅10 22 at /cm³ [ ] . Plastmasa, metināma inertā atmosfērā. Pretestība 0,42 µOm m pulksten 20 °C

Tam ir augsta viskozitāte, apstrādes laikā tas ir pakļauts pielipšanai pie griezējinstrumenta, un tāpēc instrumentam ir nepieciešams īpašs pārklājums un dažādas smērvielas.

Parastā temperatūrā tas ir pārklāts ar aizsargājošu pasivējošu TiO 2 oksīda plēvi, padarot to izturīgu pret koroziju lielākajā daļā vidi (izņemot sārmainu).

Titāna putekļiem ir tendence eksplodēt. Uzliesmošanas temperatūra - 400 °C. Titāna skaidas ir ugunsbīstamas.

Titāns kopā ar tēraudu, volframu un platīnu ir ļoti stabils vakuumā, kas kopā ar tā vieglumu padara to ļoti daudzsološu kosmosa kuģu projektēšanā.

Ķīmiskās īpašības

Titāns ir izturīgs pret daudzu skābju un sārmu atšķaidītiem šķīdumiem (izņemot H 3 PO 4 un koncentrētu H 2 SO 4).

Tas viegli reaģē pat ar vājām skābēm kompleksveidotāju klātbūtnē, piemēram, mijiedarbojas ar fluorūdeņražskābi, jo veidojas komplekss anjons 2−. Titāns ir visvairāk jutīgs pret koroziju organiskā vidē, jo ūdens klātbūtnē uz titāna izstrādājuma virsmas veidojas blīva pasīva titāna oksīdu un hidrīda plēve. Visievērojamākais titāna izturības pret koroziju pieaugums ir manāms, kad ūdens saturs agresīvā vidē palielinās no 0,5 līdz 8,0%, ko apstiprina elektroķīmiskie pētījumi par titāna elektrodu potenciālu skābju un sārmu šķīdumos jauktā ūdens-organiskā vidē. plašsaziņas līdzekļi.

Sildot gaisā līdz 1200 °C, Ti iedegas ar spilgti baltu liesmu, veidojot mainīga sastāva TiO x oksīda fāzes. TiO(OH) 2 ·xH 2 O hidroksīds tiek izgulsnēts no titāna sāļu šķīdumiem, un to rūpīga kalcinēšana rada TiO 2 oksīdu. Hidroksīds TiO(OH) 2 xH 2 O un dioksīds TiO 2 ir amfotēriski.

Pieteikums

Tīrā veidā un sakausējumu veidā

• Titāns sakausējumu veidā ir vissvarīgākais konstrukcijas materiāls lidmašīnu, raķešu un kuģu būvē.
• Metālu izmanto: ķīmiskajā rūpniecībā (reaktori, cauruļvadi, sūkņi, cauruļvadu veidgabali), militārajā rūpniecībā (bruņu vestes, bruņuvestes un uguns barjeras aviācijā, zemūdeņu korpusi), rūpnieciskajos procesos (atsāļošanas rūpnīcās, celulozes un papīra procesos), automobiļu rūpniecībā. , lauksaimniecības nozare, pārtikas rūpniecība, pīrsingu rotaslietas, medicīnas nozare (protēzes, osteoprotēzes), zobārstniecības un endodontijas instrumenti, zobu implanti, sporta preces, juvelierizstrādājumi, mobilie telefoni, vieglie sakausējumi u.c.
• Titāna liešana tiek veikta vakuuma krāsnīs grafīta veidnēs. Tiek izmantota arī vakuuma zaudētā vaska liešana. Tehnoloģisku grūtību dēļ ierobežotā apjomā tiek izmantots mākslinieciskajā liešanā. Pirmā monumentālā lietā titāna skulptūra pasaules praksē ir Jurija Gagarina piemineklis viņa vārdā nosauktajā laukumā Maskavā.
• Titāns ir leģējošā piedeva daudzos leģētos tēraudos un vairumā īpašo sakausējumu [ kuras?] .
• Nitinols (niķelis-titāns) ir formas atmiņas sakausējums, ko izmanto medicīnā un tehnoloģijās.
• Titāna aluminīdi ir ļoti izturīgi pret oksidēšanu un karstumizturīgi, kas, savukārt, noteica to izmantošanu aviācijas un automobiļu ražošanā kā konstrukcijas materiālus.
• Titāns ir viens no visizplatītākajiem getter materiāliem, ko izmanto augsta vakuuma sūkņos.

Savienojumu veidā

• Balto titāna dioksīdu (TiO 2 ) izmanto krāsās (piemēram, titāna baltajā) un papīra un plastmasas ražošanā. Pārtikas piedeva E171.
• Titāna organiskos savienojumus (piemēram, tetrabutoksititānu) izmanto kā katalizatoru un cietinātāju ķīmiskajā un krāsu rūpniecībā.
• Neorganiskos titāna savienojumus izmanto ķīmiskās elektronikas un stikla šķiedras rūpniecībā kā piedevas vai pārklājumus.
• Titāna karbīds, titāna diborīds, titāna karbonitrīds ir svarīgas īpaši cieto materiālu sastāvdaļas metālapstrādei.
• Titāna nitrīdu izmanto instrumentu, baznīcu kupolu pārklāšanai un bižutērijas ražošanā, jo tā krāsa ir līdzīga zeltam.
• Bārija titanāts BaTiO 3 , svina titanāts PbTiO 3 un vairāki citi titanāti ir feroelektriskie elementi.

Ir daudz titāna sakausējumu ar dažādiem metāliem. Leģējošie elementi tiek iedalīti trīs grupās atkarībā no to ietekmes uz polimorfās transformācijas temperatūru: beta stabilizatori, alfa stabilizatori un neitrālie stiprinātāji. Pirmie pazemina transformācijas temperatūru, otrie to palielina, trešie to neietekmē, bet noved pie matricas šķīduma nostiprināšanas. Alfa stabilizatoru piemēri: alumīnijs, skābeklis, ogleklis, slāpeklis. Beta stabilizatori: molibdēns, vanādijs, dzelzs, hroms, niķelis. Neitrālie cietinātāji: cirkonijs, alva, silīcijs. Savukārt beta stabilizatorus iedala beta izomorfos un beta eitektoīdus veidojošos.

Visizplatītākais titāna sakausējums ir Ti-6Al-4V sakausējums (krievu klasifikācijā - VT6).

Patēriņa tirgu analīze

Neapstrādāta titāna (titāna sūkļa) tīrību un pakāpi parasti nosaka tā cietība, kas ir atkarīga no piemaisījumu satura. Visizplatītākie zīmoli ir TG100 un TG110 [ ] .

Fizioloģiskā darbība

Kā minēts iepriekš, titānu izmanto arī zobārstniecībā. Titāna izmantošanas īpatnība ir ne tikai tā izturība, bet arī paša metāla spēja saplūst ar kaulu, kas ļauj nodrošināt zoba pamatnes kvazi-monolītu raksturu.

Izotopi

Dabīgais titāns sastāv no piecu stabilu izotopu maisījuma: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).

Ir zināmi mākslīgie radioaktīvie izotopi 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) un citi.

Piezīmes

1. Maikls E. Vīzers, Normans Holdens, Tailers B. Koplens, Džons K. Bēlke, Maikls Berglunds, Villijs A. Brends, Pols De Bjērs, Manfrēds Grēnings, Roberts D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Tomass Prohaska, Ronijs Šēnbergs, Glenda O'Konora, Tomass Valčiks, Šige Joneda, Sjans Kun Džu. Elementu atomu svari 2011. (IUPAC Tehniskais Report) (angļu valodā) // Pure and Applied chemistry. - 2013. - Sēj. 85, Nr. 5 . - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
2. Redakcijas komanda: Zefirovs N. S. (galvenais redaktors).Ķīmiskā enciklopēdija: 5 sējumos - Maskava: Padomju enciklopēdija, 1995. - T. 4. - P. 590-592. - 639 lpp. - 20 000 eksemplāru. - ISBN 5-85270-039-8.
3. Titāns- raksts no Fiziskās enciklopēdijas
4. J.P. Railijs un Skirrovs G. Ķīmiskā okeanogrāfija V. 1, 1965
5. Titāna depozīts.
6. Titāna depozīts.
7. Ilmenīts, rutils, titanomagnetīts - 2006. gads
8. Titāns (nenoteikts) . Informācijas un analītiskais centrs "Minerāls". Iegūts 2010. gada 19. novembrī. Arhivēts 2011. gada 21. augustā.
9. VSMPO-AVISMA korporācija
10. Konča, Sv. Szanto, Sv.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) 368.-369.lpp
11. Titāns ir nākotnes metāls (krievu).
12. Titāns - raksts no Chemical Encyclopedia
13. Ūdens ietekme uz titāna pasivācijas procesu - 2015. gada 26. februāris - Ķīmija un ķīmiskās tehnoloģijas dzīvē (nenoteikts) . www.chemfive.ru. Skatīts 2015. gada 21. oktobrī.
14. Liešanas māksla 20. gs
15. Pasaules titāna tirgū pēdējo divu mēnešu laikā cenas ir stabilizējušās (pārskats)

Saites

• Titāns populārajā ķīmisko elementu bibliotēkā

H Viņš Li Esi B C N O F Ne Na Mg Al Si P S

DEFINĪCIJA

Titāns- periodiskās tabulas divdesmit otrais elements. Apzīmējums - Ti no latīņu "titāna". Atrodas ceturtajā periodā, IVB grupa. Attiecas uz metāliem. Kodollādiņš ir 22.

Titāns ir ļoti izplatīts dabā; Titāna saturs zemes garozā ir 0,6% (masas), t.i. augstāks par tehnoloģijās plaši izmantoto metālu, piemēram, vara, svina un cinka, saturu.

Vienkāršas vielas veidā titāns ir sudrabaini balts metāls (1. att.). Attiecas uz vieglajiem metāliem. Ugunsizturīgs. Blīvums - 4,50 g/cm3. Kušanas un viršanas temperatūra ir attiecīgi 1668 o C un 3330 o C. Tas ir izturīgs pret koroziju gaisā parastā temperatūrā, kas izskaidrojams ar TiO 2 sastāva aizsargplēves klātbūtni uz tā virsmas.

Rīsi. 1. Titāns. Izskats.

Titāna atomu un molekulmasa

Vielas relatīvā molekulmasa(M r) ir skaitlis, kas parāda, cik reižu dotās molekulas masa ir lielāka par 1/12 no oglekļa atoma masas, un elementa relatīvā atommasa(A r) - cik reižu ķīmiskā elementa atomu vidējā masa ir lielāka par 1/12 no oglekļa atoma masas.

Tā kā brīvā stāvoklī titāns pastāv monatomisku Ti molekulu veidā, tā atomu un molekulmasu vērtības sakrīt. Tie ir vienādi ar 47,867.

Titāna izotopi

Zināms, ka dabā titānu var atrast piecu stabilu izotopu 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti un 50 Ti formā. To masas skaitļi ir attiecīgi 46, 47, 48, 49 un 50. Titāna izotopa 46 Ti atoma kodols satur divdesmit divus protonus un divdesmit četrus neitronus, un pārējie izotopi no tā atšķiras tikai ar neitronu skaitu.

Ir mākslīgie titāna izotopi ar masas skaitu no 38 līdz 64, starp kuriem stabilākais ir 44 Ti ar pussabrukšanas periodu 60 gadi, kā arī divi kodolizotopi.

Titāna joni

Titāna atoma ārējā enerģijas līmenī ir četri elektroni, kas ir valence:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

Ķīmiskās mijiedarbības rezultātā titāns atsakās no saviem valences elektroniem, t.i. ir to donors un pārvēršas par pozitīvi lādētu jonu:

Ti 0 -2e → Ti 2+ ;

Ti 0 -3e → Ti 3+ ;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

Titāna molekula un atoms

Brīvā stāvoklī titāns pastāv monatomisku Ti molekulu veidā. Šeit ir dažas īpašības, kas raksturo titāna atomu un molekulu:

Titāna sakausējumi

Titāna galvenā īpašība, kas veicina tā plašo izplatību mūsdienu tehnoloģijās, ir gan paša titāna, gan tā sakausējumu ar alumīniju un citiem metāliem augstā karstumizturība. Turklāt šie sakausējumi ir karstumizturīgi – izturīgi pret augstu mehānisko īpašību saglabāšanu paaugstinātā temperatūrā. Tas viss padara titāna sakausējumus par ļoti vērtīgiem materiāliem lidmašīnu un raķešu ražošanā.

Augstās temperatūrās titāns savienojas ar halogēniem, skābekli, sēru, slāpekli un citiem elementiem. Tas ir pamats titāna-dzelzs sakausējumu (ferotitāna) izmantošanai kā piedeva tēraudam.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

2. PIEMĒRS

Vingrinājums	Aprēķiniet siltuma daudzumu, kas izdalās titāna (IV) hlorīda, kas sver 47,5 g, reducēšanas ar magniju. Reakcijas termoķīmiskajam vienādojumam ir šāda forma:
Risinājums	Vēlreiz uzrakstīsim reakcijas termoķīmisko vienādojumu: TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 =477 kJ. Saskaņā ar reakcijas vienādojumu tajā iekļuva 1 mols titāna (IV) hlorīda un 2 moli magnija. Aprēķināsim titāna (IV) hlorīda masu, izmantojot vienādojumu, t.i. teorētiskā masa (molmasa - 190 g/mol): m teorija (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4); m teorija (TiCl 4) = 1 × 190 = 190 g. Izveidosim proporciju: m prac (TiCl 4)/ m teor (TiCl 4) = Q prac / Q theor. Tad siltuma daudzums, kas izdalās, reducējot titāna (IV) hlorīdu ar magniju, ir vienāds ar: Q prac = Q teorija × m prac (TiCl 4)/ m teorija; Q prac = 477 × 47,5/ 190 = 119,25 kJ.
Atbilde	Siltuma daudzums ir 119,25 kJ.

Titāns– viens no noslēpumainajiem, maz pētītajiem makroelementiem zinātnē un cilvēka dzīvē. Lai gan ne velti to sauc par “kosmisko” elementu, jo... to aktīvi izmanto progresīvās zinātnes, tehnikas, medicīnas un daudzās citās nozarēs – tas ir nākotnes elements.

Šis metāls ir sudrabaini pelēkā krāsā (skat. fotoattēlu) un nešķīst ūdenī. Tam ir zems ķīmiskais blīvums, tāpēc to raksturo vieglums. Tajā pašā laikā tas ir ļoti izturīgs un viegli apstrādājams, pateicoties tā kausējamībai un elastībai. Elements ir ķīmiski inerts, jo uz virsmas ir aizsargplēve. Titāns nav uzliesmojošs, bet tā putekļi ir sprādzienbīstami.

Šī ķīmiskā elementa atklājums pieder lielajam minerālu cienītājam anglim Viljamam Makgregoram. Bet titāns joprojām ir parādā savu nosaukumu ķīmiķim Martinam Heinriham Klaprotam, kurš to atklāja neatkarīgi no Makgregora.

Spekulācijas par iemesliem, kāpēc šo metālu sauca par "titānu", ir romantiskas. Saskaņā ar vienu versiju, vārds ir saistīts ar sengrieķu dieviem Titāniem, kuru vecāki bija dievs Urāns un dieviete Gaja, bet saskaņā ar otro tas cēlies no pasaku karalienes Titānijas vārda.

Lai kā arī būtu, šis makroelements dabā ir devītajā vietā. Tā ir daļa no floras un faunas audiem. Jūras ūdenī to ir daudz (līdz 7%), bet augsnē tikai 0,57%. Ķīna ir bagātākā ar titāna rezervēm, tai seko Krievija.

Titāna darbība

Makroelementa ietekmi uz ķermeni nosaka tā fizikāli ķīmiskās īpašības. Tās daļiņas ir ļoti mazas, tās var iekļūt šūnu struktūrā un ietekmēt tās darbību. Tiek uzskatīts, ka tā inerces dēļ makroelements ķīmiski nereaģē ar kairinātājiem un tāpēc nav toksisks. Tomēr fiziskas darbības rezultātā tas nonāk saskarē ar audu, orgānu, asinīm un limfas šūnām, kas izraisa to mehāniskus bojājumus. Tādējādi elements ar savu darbību var izraisīt vienpavedienu un divpavedienu DNS bojājumus, hromosomu bojājumus, kas var izraisīt vēža attīstības risku un ģenētiskā koda darbības traucējumus.

Izrādījās, ka makroelementu daļiņas nespēj iziet cauri ādai. Tāpēc tie nonāk cilvēkā tikai ar pārtiku, ūdeni un gaisu.

Titāns labāk uzsūcas caur kuņģa-zarnu traktu (1-3%), bet tikai aptuveni 1% uzsūcas caur elpceļiem, bet tā saturs organismā ir koncentrēts kā plaušās (30%). Ar ko tas ir saistīts? Pēc visu iepriekš minēto skaitļu analīzes mēs varam izdarīt vairākus secinājumus. Pirmkārt, titāns parasti slikti uzsūcas organismā. Otrkārt, titāns izdalās caur kuņģa-zarnu traktu ar izkārnījumiem (0,52 mg) un urīnu (0,33 mg), bet plaušās šāds mehānisms ir vājš vai vispār nav, jo ar vecumu cilvēka titāna koncentrācija šajā orgānā praktiski palielinās. 100 reizes. Kāds ir iemesls tik lielai koncentrācijai ar tik vāju absorbciju? Visticamāk, tas ir saistīts ar pastāvīgu putekļu uzbrukumu mūsu ķermenim, kurā vienmēr ir titāna sastāvdaļa. Turklāt šajā gadījumā ir jāņem vērā mūsu ekoloģija un rūpniecisko objektu klātbūtne apdzīvotu vietu tuvumā.

Salīdzinot ar plaušām, citos orgānos, piemēram, liesā, virsnieru dziedzeros un vairogdziedzerī, makroelementu saturs dzīves laikā nemainās. Elementa klātbūtne tiek novērota arī limfā, placentā, smadzenēs, cilvēka mātes pienā, kaulos, nagos, matos, acs lēcā un epitēlija audos.

Atrodoties kaulos, titāns piedalās to saplūšanā pēc lūzumiem. Pozitīvs efekts vērojams arī atjaunošanās procesos, kas notiek bojātās kustīgās kaulu locītavās artrīta un artrozes laikā. Šis metāls ir spēcīgs antioksidants. Vājinot brīvo radikāļu ietekmi uz ādu un asins šūnām, tas aizsargā visu ķermeni no priekšlaicīgas novecošanas un nodiluma.

Koncentrējoties uz smadzeņu daļām, kas ir atbildīgas par redzi un dzirdi, tas pozitīvi ietekmē to darbību. Metāla klātbūtne virsnieru dziedzeros un vairogdziedzerī nozīmē tā līdzdalību metabolismā iesaistīto hormonu ražošanā. Tas ir iesaistīts arī hemoglobīna ražošanā un sarkano asins šūnu ražošanā. Samazinot holesterīna un urīnvielas saturu asinīs, tas uzrauga tā normālu sastāvu.

Titāna negatīvā ietekme uz ķermeni ir saistīta ar to, ka tā ir smagais metāls. Nokļūstot organismā, tas nesadalās un nesadalās, bet nosēžas cilvēka orgānos un audos, saindējot viņu un traucējot dzīvības procesiem. Tas nav uzņēmīgs pret koroziju un ir izturīgs pret sārmiem un skābēm, tāpēc kuņģa sula nespēj to ietekmēt.

Titāna savienojumiem ir spēja bloķēt īsviļņu ultravioleto starojumu, un tie netiek absorbēti caur ādu, tāpēc tos var izmantot, lai aizsargātu ādu no ultravioletā starojuma.

Ir pierādīts, ka smēķēšana daudzkārt palielina metāla iekļūšanu plaušās no gaisa. Vai tas nav iemesls, lai atmestu šo slikto ieradumu?

Dienas norma – kam vajadzīgs ķīmiskais elements?

Makroelementa dienas norma ir saistīta ar to, ka cilvēka organismā ir aptuveni 20 mg titāna, no kuriem 2,4 mg atrodas plaušās. Katru dienu organisms iegūst 0,85 mg vielas ar pārtiku, 0,002 mg ar ūdeni un 0,0007 mg ar gaisu. Titāna ikdienas norma ir ļoti patvaļīga, jo tā ietekmes uz orgāniem sekas nav pilnībā izpētītas. Tas ir aptuveni vienāds ar aptuveni 300-600 mcg dienā. Klīnisku datu par šīs normas pārsniegšanas sekām nav – viss ir eksperimentālo pētījumu stadijā.

Titāna trūkums

Apstākļi, kādos būtu novērojams metāla trūkums, nav konstatēti, tāpēc zinātnieki nonākuši pie secinājuma, ka dabā tie nepastāv. Bet tā trūkums tiek novērots lielākajā daļā nopietnu slimību, kas var pasliktināt pacienta stāvokli. Šo trūkumu var novērst ar titānu saturošiem preparātiem.

Titāna pārpalikuma ietekme uz ķermeni

Makroelementa pārpalikums vienreizējai titāna uzņemšanai organismā nav konstatēts. Ja, pieņemsim, cilvēks norij titāna tapu, tad acīmredzot par saindēšanos nav jārunā. Visticamāk, tā inerces dēļ elements nesaskarsies, bet tiks dabiski noņemts.

Vislielākās briesmas rada sistemātiska makroelementu koncentrācijas palielināšanās elpošanas orgānos. Tas noved pie elpošanas un limfātiskās sistēmas bojājumiem. Pastāv arī tieša saikne starp silikozes pakāpi un elementa saturu elpošanas orgānos. Jo augstāks tā saturs, jo smagāka ir slimība.

Smago metālu pārpalikums tiek novērots cilvēkiem, kuri strādā ķīmijas un metalurģijas rūpnīcās. Titāna hlorīds ir visbīstamākais - 3 darba gadu laikā sākas smagu hronisku slimību izpausme.

Šādas slimības tiek ārstētas ar īpašiem medikamentiem un vitamīniem.

Kādi ir avoti?

Elements nonāk cilvēka ķermenī galvenokārt ar pārtiku un ūdeni. Visvairāk tas ir atrodams pākšaugos (zirņos, pupās, lēcās, pupās) un graudaugos (rudzi, mieži, griķi, auzas). Tā klātbūtne konstatēta piena un gaļas ēdienos, kā arī olās. Vairāk šī elementa ir koncentrēts augos nekā dzīvniekos. Īpaši augsts tās saturs ir aļģēs – kuplajā kladoforā.

Visi pārtikas produkti, kas satur pārtikas krāsvielu E171, satur šī metāla dioksīdu. To izmanto mērču un garšvielu ražošanā. Šīs piedevas kaitējums ir apšaubāms, jo titāna oksīds praktiski nešķīst ūdenī un kuņģa sulā.

Lietošanas indikācijas

Ir norādes par elementa lietošanu, neskatoties uz to, ka šis kosmiskais elements ir maz pētīts, to aktīvi izmanto visās medicīnas jomās. Pateicoties tā izturībai, izturībai pret koroziju un bioloģiskajai inercei, to plaši izmanto protezēšanas jomā implantu ražošanā. To izmanto zobārstniecībā, neiroķirurģijā un ortopēdijā. Pateicoties tā izturībai, to izmanto ķirurģisko instrumentu izgatavošanai.

Šīs vielas dioksīdu lieto tādu ādas slimību ārstēšanai kā heilīts, herpes, pinnes un mutes gļotādas iekaisums. Viņi noņem sejas hemangiomu.

Metāla nikelīds ir iesaistīts lokāli progresējoša balsenes vēža likvidēšanā. To lieto balsenes un trahejas endoprotezēšanas nomaiņai. To lieto arī inficētu brūču ārstēšanai kombinācijā ar antibiotiku šķīdumiem.

Makroelementu glicerosolvāta ūdens komplekss veicina čūlaino brūču dzīšanu.

Zinātniekiem visā pasaulē ir daudz iespēju pētīt nākotnes elementu, jo tā fizikālās un ķīmiskās īpašības ir augstas un var sniegt neierobežotu labumu cilvēcei.

Titāna fizikālās un ķīmiskās īpašības, titāna ražošana

Titāna izmantošana tīrā veidā un sakausējumu veidā, titāna izmantošana savienojumu veidā, titāna fizioloģiskā iedarbība

1. sadaļa. Titāna vēsture un sastopamība dabā.

Titāns -Šis ceturtās grupas, D.I.Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas ceturtā perioda, sekundārās apakšgrupas elements ar atomskaitli 22. Vienkāršā viela titāns (CAS numurs: 7440-32-6) ir viegls sudrabains metāls. -balta krāsa. Tas eksistē divās kristālu modifikācijās: α-Ti ar sešstūrveida cieši iesaiņotu režģi, β-Ti ar kubisku ķermeni centrētu blīvējumu, polimorfās transformācijas α↔β temperatūra ir 883 °C. Kušanas temperatūra 1660±20 °C.

Titāna vēsture un sastopamība dabā

Titāns tika nosaukts pēc seno grieķu varoņu Titāniem. Vācu ķīmiķis Martins Klaprots to nosauca savu personisku apsvērumu dēļ, atšķirībā no frančiem, kuri mēģināja dot nosaukumus atbilstoši elementa ķīmiskajām īpašībām, taču, tā kā elementa īpašības tolaik nebija zināmas, tika izvēlēts šāds nosaukums. .

Titāns ir 10. elements daudzuma ziņā uz mūsu planētas. Titāna daudzums zemes garozā ir 0,57 masas% un 0,001 miligrams uz 1 litru jūras ūdens. Titāna atradnes atrodas Dienvidāfrikas Republikā, Ukrainā, Krievijā, Kazahstānā, Japānā, Austrālijā, Indijā, Ceilonā, Brazīlijā un Dienvidkorejā.

Pēc fizikālajām īpašībām titāns ir gaiši sudrabains metāls, turklāt tam ir raksturīga augsta viskozitāte apstrādes laikā un ir tendence pielipt griezējinstrumentam, tāpēc šī efekta novēršanai tiek izmantotas īpašas smērvielas vai izsmidzināšana. Istabas temperatūrā tas ir pārklāts ar lazificējošu TiO2 oksīda plēvi, kā dēļ tas ir izturīgs pret koroziju lielākajā daļā agresīvo vidi, izņemot sārmus. Titāna putekļiem ir tendence eksplodēt, uzliesmošanas temperatūra ir 400 °C. Titāna skaidas ir ugunsbīstamas.

Lai ražotu titānu tīrā veidā vai tā sakausējumus, vairumā gadījumu tiek izmantots titāna dioksīds ar nelielu skaitu tajā iekļauto savienojumu. Piemēram, rutila koncentrāts, kas iegūts, bagātinot titāna rūdas. Bet rutila rezerves ir ārkārtīgi mazas, tāpēc tiek izmantoti tā sauktie sintētiskie rutila jeb titāna izdedži, kas iegūti, pārstrādājot ilmenīta koncentrātus.

Par titāna atklājēju tiek uzskatīts 28 gadus vecais angļu mūks Viljams Gregors. 1790. gadā, veicot mineraloģiskos apsekojumus savā pagastā, viņš ievēroja melno smilšu izplatību un neparastās īpašības Menakanas ielejā Anglijas dienvidrietumos un sāka to pētīt. Priesteris smiltīs atklāja melna spīdīga minerāla graudus, kurus pievilka parasts magnēts. Tīrākais titāns, ko Van Arkels un de Būrs ieguva 1925. gadā ar jodīda metodi, izrādījās kaļams un izgatavojams metāls ar daudzām vērtīgām īpašībām, kas piesaistīja plašu dizaineru un inženieru uzmanību. 1940. gadā Krols ierosināja magnija termisku metodi titāna ieguvei no rūdām, kas joprojām ir galvenā metode mūsdienās. 1947. gadā tika saražoti pirmie 45 kg komerciāli tīra titāna.

Mendeļejeva periodiskajā elementu tabulā titāna kārtas numurs ir 22. Dabiskā titāna atommasa, kas aprēķināta pēc tā izotopu pētījumu rezultātiem, ir 47,926. Tātad neitrāla titāna atoma kodols satur 22 protonus. Neitronu, t.i., neitrālu neuzlādētu daļiņu skaits ir dažāds: parasti 26, bet var svārstīties no 24 līdz 28. Tāpēc titāna izotopu skaits ir atšķirīgs. Pavisam šobrīd zināmi 13 elementa Nr.22 izotopi.Dabīgais titāns sastāv no piecu stabilu izotopu maisījuma, visplašāk pārstāvēts ir titāns-48, tā īpatsvars dabiskajās rūdās ir 73,99%. Titāns un citi IVB apakšgrupas elementi pēc īpašībām ir ļoti līdzīgi IIIB apakšgrupas elementiem (skandija grupa), lai gan tie atšķiras no pēdējiem ar spēju uzrādīt lielāku valenci. Titāna līdzība ar skandiju, itriju, kā arī ar VB apakšgrupas elementiem - vanādiju un niobiju izpaužas faktā, ka dabiskajos minerālos titāns bieži sastopams kopā ar šiem elementiem. Ar monovalentiem halogēniem (fluoru, bromu, hloru un jodu) tas var veidot di- un tetra-savienojumus, ar sēru un tā grupas elementiem (selēns, telūrs) - mono- un disulfīdus, ar skābekli - oksīdus, dioksīdus un trioksīdus.

Titāns veido arī savienojumus ar ūdeņradi (hidrīdiem), slāpekli (nitrīdiem), oglekli (karbīdiem), fosforu (fosfīdiem), arsēnu (arsīdiem), kā arī savienojumus ar daudziem metāliem - intermetāliskus savienojumus. Titāns veido ne tikai vienkāršus, bet arī daudzus sarežģītus savienojumus, ir zināmi daudzi tā savienojumi ar organiskām vielām. Kā redzams no savienojumu saraksta, kuros var piedalīties titāns, tas ir ķīmiski ļoti aktīvs. Un tajā pašā laikā titāns ir viens no retajiem metāliem ar īpaši augstu izturību pret koroziju: tas ir praktiski mūžīgs gaisā, aukstā un verdošā ūdenī un ir ļoti izturīgs jūras ūdenī, daudzu sāļu, neorganisko un organisko skābju šķīdumos. . Korozijas izturības ziņā jūras ūdenī tas pārspēj visus metālus, izņemot cēlos - zeltu, platīnu u.c., lielāko daļu nerūsējošā tērauda, ​​niķeļa, vara un citu sakausējumu veidu. Ūdenī un daudzās agresīvās vidēs tīrs titāns nav pakļauts korozijai. Titāns ir izturīgs pret erozīvu koroziju, kas rodas ķīmiskas un mehāniskas iedarbības rezultātā uz metālu. Šajā ziņā tas nav zemāks par labākajām nerūsējošā tērauda, ​​vara sakausējumu un citu konstrukcijas materiālu kategorijām. Titāns arī labi iztur noguruma koroziju, kas bieži izpaužas kā metāla integritātes un izturības pārkāpumi (plaisāšana, lokāla korozija utt.). Titāna uzvedība daudzās agresīvās vidēs, piemēram, slāpekļskābā, sālsskābē, sērskābā, ūdeņos un citās skābēs un sārmos, izraisa pārsteigumu un apbrīnu par šo metālu.

Titāns ir ļoti ugunsizturīgs metāls. Ilgu laiku tika uzskatīts, ka tas kūst 1800 ° C temperatūrā, bet 50. gadu vidū. Angļu zinātnieki Dārdorfs un Hejs noteica tīra elementāra titāna kušanas temperatūru. Tas sasniedza 1668±3°C. Savas ugunsizturības ziņā titāns ir otrajā vietā aiz tādiem metāliem kā volframs, tantals, niobijs, rēnijs, molibdēns, platīna grupas metāli, cirkonijs, un starp galvenajiem strukturālajiem metāliem tas ieņem pirmo vietu. Titāna kā metāla svarīgākā īpašība ir tā unikālās fizikālās un ķīmiskās īpašības: zems blīvums, liela stiprība, cietība utt.. Galvenais, lai augstās temperatūrās šīs īpašības būtiski nemainās.

Titāns ir viegls metāls, tā blīvums 0°C temperatūrā ir tikai 4,517 g/cm8, bet 100°C – 4,506 g/cm3. Titāns pieder pie metālu grupas, kuru īpatnējais svars ir mazāks par 5 g/cm3. Tas ietver visus sārmu metālus (nātriju, kadiju, litiju, rubīdiju, cēziju) ar īpatnējo svaru 0,9–1,5 g/cm3, magniju (1,7 g/cm3), alumīniju (2,7 g/cm3) utt. Titāns ir vairāk nekā 1,5 reizes smagāks par alumīniju, un šajā ziņā tas, protams, tam zaudē, bet tas ir 1,5 reizes vieglāks par dzelzi (7,8 g/cm3). Tomēr, ieņemot starpstāvokli starp alumīniju un dzelzi īpatnējā blīvuma ziņā, titāns ir daudzkārt pārāks par tiem pēc savām mehāniskajām īpašībām.) Titānam ir ievērojama cietība: tas ir 12 reizes cietāks par alumīniju, 4 reizes cietāks par dzelzi un varu. Vēl viena svarīga metāla īpašība ir tā tecēšanas robeža. Jo augstāks tas ir, jo labāk no šī metāla izgatavotās detaļas iztur ekspluatācijas slodzes. Titāna tecēšanas robeža ir gandrīz 18 reizes lielāka nekā alumīnija. Titāna sakausējumu īpatnējo stiprību var palielināt 1,5–2 reizes. Tā augstās mehāniskās īpašības labi saglabājas temperatūrā līdz pat vairākiem simtiem grādu. Tīrs titāns ir piemērots visa veida apstrādei karstos un aukstos apstākļos: to var kalt kā dzelzi, vilkt un pat izgatavot stieplē, velmēt loksnēs, sloksnēs un līdz 0,01 mm biezai folijai.

Atšķirībā no vairuma metālu, titānam ir ievērojama elektriskā pretestība: ja sudraba elektrovadītspēja ir 100, tad vara elektrovadītspēja ir 94, alumīnija - 60, dzelzs un platīna - 15, bet titāna - tikai 3,8. Titāns ir paramagnētisks metāls; magnētiskajā laukā tas nemagnetizējas kā dzelzs, bet tas netiek izspiests no tā kā varš. Tā magnētiskā jutība ir ļoti vāja, šo īpašību var izmantot būvniecībā. Titānam ir salīdzinoši zema siltumvadītspēja, tikai 22,07 W/(mK), kas ir aptuveni 3 reizes zemāka nekā dzelzs siltumvadītspēja, 7 reizes zemāka nekā magnija siltumvadītspēja, 17–20 reizes zemāka nekā alumīnija un vara siltumvadītspēja. Attiecīgi titāna lineārās termiskās izplešanās koeficients ir zemāks nekā citiem konstrukcijas materiāliem: 20 C temperatūrā tas ir 1,5 reizes zemāks nekā dzelzs, 2 reizes mazāks nekā vara un gandrīz 3 reizes mazāks nekā alumīnijam. Tādējādi titāns ir slikts elektrības un siltuma vadītājs.

Mūsdienās titāna sakausējumus plaši izmanto aviācijas tehnoloģijās. Titāna sakausējumi pirmo reizi tika izmantoti rūpnieciskā mērogā lidmašīnu reaktīvo dzinēju konstrukcijās. Titāna izmantošana reaktīvo dzinēju konstrukcijā ļauj samazināt to svaru par 10...25%. Jo īpaši kompresoru diski un asmeņi, gaisa ieplūdes daļas, virzošās lāpstiņas un stiprinājumi ir izgatavoti no titāna sakausējumiem. Titāna sakausējumi ir neaizstājami virsskaņas lidmašīnām. Lidmašīnu lidojuma ātruma palielināšanās izraisījusi ādas temperatūras paaugstināšanos, kā rezultātā alumīnija sakausējumi vairs neatbilst prasībām, ko lidmašīnas uzliek virsskaņas ātrumā. Apvalku temperatūra šajā gadījumā sasniedz 246...316 °C. Šādos apstākļos titāna sakausējumi izrādījās vispieņemamākais materiāls. 70. gados ievērojami pieauga titāna sakausējumu izmantošana civilo lidmašīnu korpusiem. Vidēja diapazona lidmašīnās TU-204 no titāna sakausējumiem izgatavoto detaļu kopējā masa ir 2570 kg. Titāna izmantošana helikopteros pakāpeniski paplašinās, galvenokārt rotoru sistēmas daļām, piedziņas un vadības sistēmām. Titāna sakausējumi ieņem nozīmīgu vietu raķešu zinātnē.

Pateicoties augstajai izturībai pret koroziju jūras ūdenī, titānu un tā sakausējumus izmanto kuģu būvē propelleru ražošanai, jūras kuģu, zemūdeņu, torpēdu u.c. Čaumalas nelīp pie titāna un tā sakausējumiem, kas krasi palielina trauka pretestību kustībā. Pamazām titāna pielietojuma jomas paplašinās. Titānu un tā sakausējumus izmanto ķīmiskajā, naftas ķīmijas, celulozes un papīra un pārtikas rūpniecībā, krāsainajā metalurģijā, enerģētikā, elektronikā, kodolinženierijā, galvanizēšanā, ieroču ražošanā, bruņu plākšņu, ķirurģisko instrumentu ražošanā, ķirurģiskie implanti, atsāļošanas iekārtas, sacīkšu automašīnu daļas, sporta aprīkojums (golfa klubi, alpīnisma aprīkojums), pulksteņu daļas un pat rotaslietas. Titāna nitrēšana noved pie tā, ka uz tā virsmas veidojas zelta plēve, kas pēc skaistuma nav zemāka par īstu zeltu.

TiO2 atklājumu gandrīz vienlaikus un neatkarīgi viens no otra veica anglis V. Gregors un vācu ķīmiķis M. G. Klaprots. V. Gregors, pētot magnētisko dzelzs smilšu sastāvu (Creed, Cornwall, England, 1791), izolēja jaunu nezināma metāla “zemi” (oksīdu), ko nosauca par menakenu. 1795. gadā vācu ķīmiķis Klaprots atklāja jaunu elementu minerālu rutilā un nosauca to par titānu. Divus gadus vēlāk Klaprots konstatēja, ka rutils un menaken zeme ir viena un tā paša elementa oksīdi, kas radīja Klaprota piedāvāto nosaukumu “titāns”. Desmit gadus vēlāk titāns tika atklāts trešo reizi. Franču zinātnieks L. Vokelins atklāja titānu anatāzē un pierādīja, ka rutils un anatāze ir identiski titāna oksīdi.

Pirmo metāla titāna paraugu 1825. gadā ieguva J. Ya. Berzelius. Titāna augstās ķīmiskās aktivitātes un tā attīrīšanas grūtību dēļ 1925. gadā holandieši A. van Arkels un I. de Būrs ieguva tīru Ti paraugu, termiski sadalot titāna jodīda tvaikus TiI4.

Titāns ir 10. vietā pēc izplatības dabā. Zemes garozā saturs ir 0,57 svara %, jūras ūdenī 0,001 mg/l. Ultrabāziskajos iežos 300 g/t, bāziskos iežos - 9 kg/t, skābos iežos 2,3 kg/t, mālos un slānekļos 4,5 kg/t. Zemes garozā titāns gandrīz vienmēr ir četrvērtīgs un atrodas tikai skābekļa savienojumos. Brīvā formā nav atrasts. Laikapstākļu un nokrišņu apstākļos titānam ir ģeoķīmiskā afinitāte ar Al2O3. Tas ir koncentrēts laika apstākļu garozas boksītos un jūras mālainās nogulumos. Titāns tiek pārnests mehānisku minerālu fragmentu un koloīdu veidā. Dažos mālos uzkrājas līdz 30% TiO2 pēc svara. Titāna minerāli ir izturīgi pret atmosfēras iedarbību un veido lielas koncentrācijas placeros. Ir zināmi vairāk nekā 100 minerāli, kas satur titānu. Svarīgākie no tiem ir: rutils TiO2, ilmenīts FeTiO3, titanomagnetīts FeTiO3 + Fe3O4, perovskīts CaTiO3, titanīts CaTiSiO5. Ir primārās titāna rūdas - ilmenīts-titanomagnetīts un placer rūdas - rutila-ilmenīts-cirkons.

Galvenās rūdas: ilmenīts (FeTiO3), rutils (TiO2), titanīts (CaTiSiO5).

Kopš 2002. gada 90% iegūtā titāna tika izmantoti titāna dioksīda TiO2 ražošanai. Pasaulē saražoja 4,5 miljonus tonnu titāna dioksīda gadā. Apstiprinātās titāna dioksīda rezerves (neskaitot Krieviju) ir aptuveni 800 miljoni tonnu.Uz 2006.gadu pēc ASV Ģeoloģijas dienesta datiem titāna dioksīda izteiksmē un neskaitot Krieviju ilmenīta rūdu krājumi ir 603-673 miljoni tonnu, bet rutila rūdas. - 49,7- 52,7 milj.t.Tātad pie pašreizējā ražošanas tempa pasaulē pārbaudītās titāna rezerves (izņemot Krieviju) pietiks vairāk nekā 150 gadus.

Krievijai ir otrās lielākās titāna rezerves pasaulē pēc Ķīnas. Titāna derīgo izrakteņu bāze Krievijā sastāv no 20 atradnēm (no kurām 11 ir primārās un 9 aluviālās), kas ir diezgan vienmērīgi sadalītas visā valstī. Lielākā no izpētītajām atradnēm (Jaregskoje) atrodas 25 km attālumā no Uhtas pilsētas (Komi Republika). Tiek lēsts, ka atradnes rezerves ir 2 miljardi tonnu rūdas ar vidējo titāna dioksīda saturu aptuveni 10%.

Pasaulē lielākais titāna ražotājs ir Krievijas uzņēmums VSMPO-AVISMA.

Parasti titāna un tā savienojumu ražošanas izejmateriāls ir titāna dioksīds ar salīdzinoši nelielu daudzumu piemaisījumu. Jo īpaši tas var būt rutila koncentrāts, kas iegūts, bagātinot titāna rūdas. Taču rutila rezerves pasaulē ir ļoti ierobežotas, un biežāk tiek izmantots tā sauktais sintētiskais rutila jeb titāna izdedži, kas iegūti ilmenīta koncentrātu pārstrādē. Lai iegūtu titāna izdedžus, ilmenīta koncentrāts tiek reducēts elektriskā loka krāsnī, savukārt dzelzs tiek atdalīts metāla fāzē (čuguns), un nereducēti titāna oksīdi un piemaisījumi veido izdedžu fāzi. Bagātīgos izdedžus apstrādā ar hlorīda vai sērskābes metodi.

Tīrā veidā un sakausējumu veidā

Titāna piemineklis Gagarinam Ļeņina prospektā Maskavā

Metālu izmanto: ķīmiskajā rūpniecībā (reaktori, cauruļvadi, sūkņi, cauruļvadu veidgabali), militārajā rūpniecībā (bruņuvestes, aviācijas bruņuvestes un uguns barjeras, zemūdeņu korpusi), rūpnieciskajos procesos (atsāļošanas rūpnīcās, celulozes un papīra procesos), automobiļu rūpniecībā, lauksaimniecības rūpniecība, pārtikas rūpniecība, pīrsinga rotaslietas, medicīnas rūpniecība (protēzes, osteoprotēzes), zobārstniecības un endodontijas instrumenti, zobu implanti, sporta preces, juvelierizstrādājumi (Aleksandrs Homovs), mobilie tālruņi, vieglie sakausējumi uc Tas ir nozīmīgākais konstrukciju materiāls aviācija, raķetes, kuģu būve.

Titāna liešana tiek veikta vakuuma krāsnīs grafīta veidnēs. Tiek izmantota arī vakuuma zaudētā vaska liešana. Tehnoloģisku grūtību dēļ to ierobežotā apjomā izmanto mākslinieciskajā liešanā. Pirmā monumentālā atlietā titāna skulptūra pasaulē ir Jurija Gagarina piemineklis viņa vārdā nosauktajā laukumā Maskavā.

Titāns ir leģējoša piedeva daudzos leģētos tēraudos un lielākajā daļā īpašo sakausējumu.

Nitinols (niķelis-titāns) ir formas atmiņas sakausējums, ko izmanto medicīnā un tehnoloģijās.

Titāna aluminīdi ir ļoti izturīgi pret oksidēšanu un karstumizturīgi, kas savukārt noteica to izmantošanu aviācijas un automobiļu ražošanā kā strukturālos materiālus.

Titāns ir viens no visizplatītākajiem getter materiāliem, ko izmanto augsta vakuuma sūkņos.

Balto titāna dioksīdu (TiO2) izmanto krāsās (piemēram, titāna baltajā) un papīra un plastmasas ražošanā. Pārtikas piedeva E171.

Titāna organiskos savienojumus (piemēram, tetrabutoksititānu) izmanto kā katalizatoru un cietinātāju ķīmiskajā un krāsu un laku rūpniecībā.

Neorganiskos titāna savienojumus izmanto ķīmiskās elektronikas un stikla šķiedras rūpniecībā kā piedevas vai pārklājumus.

Titāna karbīds, titāna diborīds, titāna karbonitrīds ir svarīgas īpaši cieto materiālu sastāvdaļas metālapstrādei.

Titāna nitrīdu izmanto instrumentu, baznīcu kupolu pārklāšanai un bižutērijas ražošanā, jo... ir zelta krāsai līdzīga krāsa.

Bārija titanāts BaTiO3, svina titanāts PbTiO3 un virkne citu titanātu ir feroelektriskie elementi.

Ir daudz titāna sakausējumu ar dažādiem metāliem. Leģējošie elementi tiek iedalīti trīs grupās atkarībā no to ietekmes uz polimorfās transformācijas temperatūru: beta stabilizatori, alfa stabilizatori un neitrālie stiprinātāji. Pirmie pazemina transformācijas temperatūru, otrie to palielina, trešie to neietekmē, bet noved pie matricas šķīduma nostiprināšanas. Alfa stabilizatoru piemēri: alumīnijs, skābeklis, ogleklis, slāpeklis. Beta stabilizatori: molibdēns, vanādijs, dzelzs, hroms, niķelis. Neitrālie cietinātāji: cirkonijs, alva, silīcijs. Savukārt beta stabilizatorus iedala beta izomorfos un beta eitektoīdus veidojošos. Visizplatītākais titāna sakausējums ir Ti-6Al-4V sakausējums (krievu klasifikācijā - VT6).

60% - krāsa;

20% - plastmasa;

13% - papīrs;

7% - mašīnbūve.

15-25 USD par kilogramu atkarībā no tīrības pakāpes.

Neapstrādāta titāna (titāna sūkļa) tīrību un pakāpi parasti nosaka tā cietība, kas ir atkarīga no piemaisījumu satura. Visizplatītākie zīmoli ir TG100 un TG110.

Ferotitāna (vismaz 70% titāna) cena uz 2010. gada 22. decembri ir 6,82 USD par kilogramu. 2010. gada 1. janvārī cena bija USD 5,00 par kilogramu.

Krievijā titāna cenas 2012. gada sākumā bija 1200-1500 rubļu/kg.

Priekšrocības:

zems blīvums (4500 kg/m3) palīdz samazināt izmantotā materiāla masu;

augsta mehāniskā izturība. Ir vērts atzīmēt, ka paaugstinātā temperatūrā (250-500 °C) titāna sakausējumi pēc stiprības ir pārāki par augstas stiprības alumīnija un magnija sakausējumiem;

neparasti augsta izturība pret koroziju, pateicoties titāna spējai veidot uz virsmas plānas (5-15 mikronu) nepārtrauktas TiO2 oksīda kārtiņas, kas ir cieši saistītas ar metāla masu;

labāko titāna sakausējumu īpatnējā stiprība (stiprības un blīvuma attiecība) sasniedz 30-35 vai vairāk, kas gandrīz divas reizes pārsniedz leģēto tēraudu īpatnējo stiprību.

Trūkumi:

augstas ražošanas izmaksas, titāns ir daudz dārgāks nekā dzelzs, alumīnijs, varš, magnijs;

aktīva mijiedarbība augstās temperatūrās, īpaši šķidrā stāvoklī, ar visām gāzēm, kas veido atmosfēru, kā rezultātā titānu un tā sakausējumus var izkausēt tikai vakuumā vai inertu gāzu vidē;

grūtības titāna atkritumu iesaistīšanā ražošanā;

sliktas pretberzes īpašības, ko izraisa titāna saķere ar daudziem materiāliem; titāns, kas savienots pārī ar titānu, nevar darboties berzes gadījumā;

augsta titāna un daudzu tā sakausējumu jutība pret ūdeņraža trauslumu un sāls koroziju;

slikta apstrādājamība, līdzīga austenīta nerūsējošā tērauda apstrādājamībai;

augsta ķīmiskā aktivitāte, tendence uz graudu augšanu augstās temperatūrās un fāzu pārvērtības metināšanas cikla laikā rada grūtības titāna metināšanā.

Titāna lielākā daļa tiek tērēta aviācijas un raķešu tehnoloģiju un jūras kuģu būves vajadzībām. Titānu (ferotitānu) izmanto kā leģējošu piedevu augstas kvalitātes tēraudiem un kā deoksidējošu līdzekli. Tehnisko titānu izmanto konteineru, ķīmisko reaktoru, cauruļvadu, veidgabalu, sūkņu, vārstu un citu agresīvā vidē strādājošu izstrādājumu ražošanai. Kompaktais titāns tiek izmantots, lai izgatavotu sietus un citas elektrisko vakuumierīču daļas, kas darbojas augstā temperatūrā.

Pēc izmantošanas kā strukturāla materiāla titāns ir 4. vietā, otrajā vietā aiz Al, Fe un Mg. Titāna aluminīdi ir ļoti izturīgi pret oksidēšanu un karstumizturīgi, kas savukārt noteica to izmantošanu aviācijas un automobiļu ražošanā kā strukturālos materiālus. Titāna bioloģiskā drošība padara to par lielisku materiālu pārtikas rūpniecībai un rekonstruktīvajai ķirurģijai.

Titāns un tā sakausējumi ir atraduši plašu pielietojumu tehnoloģijā, pateicoties augstajai mehāniskajai izturībai, kas tiek uzturēta augstā temperatūrā, izturībai pret koroziju, karstumizturībai, īpatnējai stiprībai, zemam blīvumam un citām noderīgām īpašībām. Titāna un tā sakausējumu augstās izmaksas daudzos gadījumos kompensē ar to lielāku veiktspēju, un dažos gadījumos tie ir vienīgais materiāls, no kura var izgatavot iekārtas vai konstrukcijas, kas var darboties noteiktos īpašos apstākļos.

Titāna sakausējumiem ir liela nozīme aviācijas tehnoloģijās, kur tie cenšas iegūt vieglāko struktūru apvienojumā ar nepieciešamo izturību. Titāns ir viegls salīdzinājumā ar citiem metāliem, bet tajā pašā laikā var darboties augstā temperatūrā. Titāna sakausējumi tiek izmantoti, lai izgatavotu korpusu, stiprinājumu daļas, barošanas komplektu, šasijas daļas un dažādas vienības. Šos materiālus izmanto arī lidmašīnu reaktīvo dzinēju būvē. Tas ļauj samazināt to svaru par 10-25%. Titāna sakausējumus izmanto kompresoru disku un lāpstiņu, gaisa ieplūdes un virzošo lāpstiņu daļu un stiprinājumu ražošanai.

Titānu un tā sakausējumus izmanto arī raķešu zinātnē. Pateicoties dzinēju īslaicīgai darbībai un blīvu atmosfēras slāņu straujai pārejai raķešu zinātnē, noguruma izturības, statiskās izturības un daļēji šļūdes problēmas lielā mērā tiek novērstas.

Nepietiekami augstās termiskās izturības dēļ tehniskais titāns nav piemērots izmantošanai aviācijā, taču tā īpaši augstās izturības pret koroziju dēļ atsevišķos gadījumos tas ir neaizstājams ķīmiskajā rūpniecībā un kuģu būvē. Tādējādi to izmanto kompresoru un sūkņu ražošanā tādu agresīvu vielu kā sērskābe un sālsskābe un to sāļu sūknēšanai, cauruļvadi, slēgvārsti, autoklāvs, dažāda veida tvertnes, filtri utt. Tikai titānam ir izturība pret koroziju. tādas vides kā slapjš hlors, hlora ūdens un skābie šķīdumi, tāpēc no šī metāla tiek izgatavotas iekārtas hlora rūpniecībai. Siltummaiņi ir izgatavoti no titāna un darbojas korozīvā vidē, piemēram, slāpekļskābe (nesmēķēšana). Kuģu būvē titānu izmanto propelleru ražošanai, kuģu, zemūdeņu, torpēdu u.c. apšuvumam. Čaumalas nelīp pie titāna un tā sakausējumiem, kas krasi palielina trauka pretestību kustībā.

Titāna sakausējumi ir daudzsološi izmantošanai daudzos citos lietojumos, taču to izplatību tehnoloģijās kavē augstās izmaksas un titāna trūkums.

Titāna savienojumus plaši izmanto arī dažādās nozarēs. Titāna karbīdam ir augsta cietība, un to izmanto griezējinstrumentu un abrazīvu ražošanā. Balto titāna dioksīdu (TiO2) izmanto krāsās (piemēram, titāna baltajā) un papīra un plastmasas ražošanā. Titāna organiskos savienojumus (piemēram, tetrabutoksititānu) izmanto kā katalizatoru un cietinātāju ķīmiskajā un krāsu un laku rūpniecībā. Neorganiskie titāna savienojumi tiek izmantoti ķīmiskās elektronikas un stikla šķiedras rūpniecībā kā piedevas. Titāna diborīds ir svarīga metālapstrādes īpaši cieto materiālu sastāvdaļa. Titāna nitrīdu izmanto instrumentu pārklāšanai.

Ņemot vērā pašreizējās augstās titāna cenas, to galvenokārt izmanto militārā aprīkojuma ražošanai, kur galvenā loma ir nevis izmaksām, bet gan tehniskajām īpašībām. Tomēr ir zināmi gadījumi, kad titāna unikālās īpašības tiek izmantotas civilām vajadzībām. Titāna cenām krītot un tā ražošanai palielinoties, šī metāla izmantošana militāriem un civiliem mērķiem arvien vairāk paplašināsies.

Aviācija. Titāna un tā sakausējumu zemais īpatnējais svars un augstā izturība (īpaši paaugstinātā temperatūrā) padara tos par ļoti vērtīgiem aviācijas materiāliem. Lidmašīnu būves un lidmašīnu dzinēju ražošanas jomā titāns arvien vairāk aizstāj alumīniju un nerūsējošo tēraudu. Temperatūrai paaugstinoties, alumīnijs ātri zaudē spēku. No otras puses, titānam ir nepārprotamas priekšrocības stiprības ziņā temperatūrā līdz 430 ° C, un šādas paaugstinātas temperatūras rodas lielā ātrumā aerodinamiskās sildīšanas dēļ. Tērauda aizstāšanas ar titānu priekšrocība aviācijā ir svara samazināšana, nezaudējot spēku. Kopējais svara samazinājums ar paaugstinātu veiktspēju paaugstinātā temperatūrā ļauj palielināt lietderīgo slodzi, gaisa kuģa darbības rādiusu un manevrētspēju. Tas izskaidro centienus paplašināt titāna izmantošanu lidmašīnu konstrukcijā dzinēju, fizelāžas konstrukciju, apvalku un pat stiprinājumu ražošanā.

Reaktīvo dzinēju konstrukcijā titānu galvenokārt izmanto kompresoru lāpstiņu, turbīnu disku un daudzu citu štancētu detaļu ražošanai. Šeit titāns aizstāj nerūsējošo un termiski apstrādājamo leģēto tēraudu. Viena kilograma dzinēja svara ietaupīšana ļauj ietaupīt līdz pat 10 kg no kopējā lidmašīnas svara, pateicoties vieglākai fizelāžai. Nākotnē titāna loksnes plānots izmantot dzinēju sadegšanas kameras korpusu ražošanai.

Lidmašīnu konstrukcijā titānu plaši izmanto fizelāžas daļām, kas darbojas paaugstinātā temperatūrā. Titāna loksnes tiek izmantotas visu veidu apvalku, kabeļu aizsargapvalku un lādiņu vadotņu ražošanai. No leģēta titāna loksnēm ir izgatavoti dažādi stiprinājumi, fizelāžas rāmji, ribas utt.

Korpusi, atloki, kabeļu aizsargi un lādiņu vadotnes ir izgatavoti no neleģēta titāna. Leģēto titānu izmanto fizelāžas rāmju, karkasu, cauruļvadu un ugunsdrošības starpsienu ražošanai.

Titānu arvien vairāk izmanto lidmašīnu F-86 un F-100 konstrukcijā. Nākotnē no titāna tiks izgatavotas šasijas durvis, hidrauliskās sistēmas cauruļvadi, izplūdes caurules un sprauslas, špakteles, atloki, salokāmie statņi u.c.

No titāna var izgatavot bruņu plāksnes, dzenskrūves lāpstiņas un čaulu kastes.

Pašlaik titānu izmanto militāro lidmašīnu būvē: Douglas X-3 ādai, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 un Boeing B-52.

Titānu izmanto arī civilo lidmašīnu DC-7 būvē. Uzņēmums Douglas, nomainot alumīnija sakausējumus un nerūsējošo tēraudu ar titānu dzinēja gondolas un ugunsdrošības starpsienu ražošanā, jau ir panācis aptuveni 90 kg lielu lidmašīnas konstrukcijas svara ietaupījumu. Šobrīd titāna detaļu svars šajā lidmašīnā ir 2%, un šo skaitli plānots palielināt līdz 20% no lidmašīnas kopējā svara.

Titāna izmantošana ļauj samazināt helikopteru svaru. Titāna loksnes tiek izmantotas grīdām un durvīm. Ievērojams helikoptera svara samazinājums (apmēram 30 kg) tika panākts, aizstājot leģēto tēraudu ar titānu tā rotoru lāpstiņu segšanai.

Navy. Titāna un tā sakausējumu izturība pret koroziju padara tos par ļoti vērtīgu materiālu jūrā. ASV Jūras spēku departaments veic plašus pētījumus par titāna izturību pret koroziju pret dūmgāzu, tvaika, eļļas un jūras ūdens iedarbību. Titāna augstā īpatnējā izturība ir gandrīz vienlīdz svarīga jūras lietās.

Zemais metāla īpatnējais svars apvienojumā ar izturību pret koroziju palielina kuģu manevrēšanas spēju un diapazonu, kā arī samazina materiāla uzturēšanas un remonta izmaksas.

Titāna jūras pielietojums ietver izplūdes trokšņa slāpētājus zemūdens dīzeļdzinējiem, instrumentu diskus un plānsienu caurules kondensatoriem un siltummaiņiem. Pēc ekspertu domām, titāns, tāpat kā neviens cits metāls, var palielināt zemūdeņu izplūdes trokšņa slāpētāju kalpošanas laiku. Uzklājot uz mērinstrumentu diskiem, kas darbojas saskarē ar sālsūdeni, benzīnu vai eļļu, titāns nodrošinās labāku izturību. Tiek pētīta iespēja siltummaiņa cauruļu ražošanā izmantot titānu, kam jābūt izturīgam pret koroziju jūras ūdenī, kas izskalo caurules ārpusē, un vienlaikus pretoties tajās ieplūstošā izplūdes kondensāta iedarbībai. Tiek apsvērta iespēja izgatavot no titāna antenas un radaru instalāciju sastāvdaļas, kurām ir jābūt noturīgām pret dūmgāzu un jūras ūdens iedarbību. Titānu var izmantot arī tādu detaļu ražošanai kā vārsti, dzenskrūves, turbīnu daļas utt.

Artilērija. Acīmredzot lielākais potenciālais titāna patērētājs varētu būt artilērija, kur šobrīd notiek intensīva dažādu prototipu izpēte. Taču šajā jomā ir standartizēta tikai atsevišķu detaļu un no titāna izgatavotu detaļu ražošana. Ļoti ierobežotā titāna izmantošana artilērijā, neskatoties uz lielo pētījumu apjomu, ir izskaidrojama ar tā augstajām izmaksām.

Tika pētītas dažādas artilērijas tehnikas daļas no titāna iespējamības aizstāt konvencionālos materiālus, ņemot vērā titāna cenu samazināšanos. Galvenā uzmanība tika pievērsta detaļām, kurās ir ievērojams svara ietaupījums (ar roku pārnēsājamas un ar gaisa transportu transportējamas detaļas).

Javas pamatplāksne izgatavota no titāna tērauda vietā. Veicot šo nomaiņu un pēc nelielas pārstrādes, tērauda plāksnes no divām pusēm ar kopējo svaru 22 kg vietā bija iespējams izveidot vienu daļu, kas sver 11 kg. Pateicoties šai nomaiņai, apkalpojošā personāla skaitu var samazināt no trim līdz diviem. Tiek apsvērta iespēja izmantot titānu ieroču liesmu slāpētāju ražošanā.

Tiek pārbaudīti no titāna izgatavoti ieroču stiprinājumi, karietes šķērsstieņi un atsitiena cilindri. Titānu var plaši izmantot vadāmo raķešu un raķešu ražošanā.

Pirmie titāna un tā sakausējumu pētījumi parādīja iespēju no tiem izgatavot bruņu plāksnes. Tērauda bruņu (12,7 mm bieza) aizstāšana ar titāna bruņām ar tādu pašu šāviņa pretestību (16 mm biezs) saskaņā ar šiem pētījumiem ļauj ietaupīt svaru līdz pat 25%.

Uzlabotas kvalitātes titāna sakausējumi ļauj cerēt uz iespēju tērauda plāksnes nomainīt pret vienāda biezuma titāna plāksnēm, kas ļauj ietaupīt līdz pat 44%. Titāna rūpnieciskā izmantošana nodrošinās lielāku manevrēšanas spēju, palielinās ieroča transportēšanas diapazonu un izturību. Pašreizējais gaisa transporta attīstības līmenis skaidri parāda vieglo bruņumašīnu un citu titāna transportlīdzekļu priekšrocības. Artilērijas nodaļa iecerējusi kājniekus nākotnē aprīkot ar ķiverēm, durkļiem, granātmetējiem un rokas liesmas metējiem, kas izgatavoti no titāna. Titāna sakausējums pirmo reizi tika izmantots artilērijā, lai izgatavotu dažu automātisko ieroču virzuļus.

Transports. Daudzas priekšrocības, ko sniedz titāna izmantošana bruņumašīnās, attiecas arī uz transportlīdzekļiem.

Aizstājot konstrukciju materiālus, ko pašlaik patērē transporta mašīnbūves uzņēmumi ar titānu, vajadzētu samazināt degvielas patēriņu, palielināt kravnesību, palielināt kloķa mehānismu daļu noguruma robežu utt. Dzelzceļā ir ārkārtīgi svarīgi samazināt nedzīva slodze. Ievērojams ritošā sastāva kopējā svara samazinājums titāna izmantošanas dēļ ļaus ietaupīt vilci, samazinot kalšu un bukšu izmērus.

Svars ir svarīgs arī velkamiem transportlīdzekļiem. Šeit tērauda aizstāšana ar titānu asu un riteņu ražošanā palielinātu arī kravnesību.

Visas šīs iespējas varētu realizēt, samazinot titāna cenu no 15 līdz 2-3 dolāriem par titāna pusfabrikātu mārciņu.

Ķīmiskā rūpniecība. Ķīmiskās rūpniecības iekārtu ražošanā vislielākā nozīme ir metāla izturībai pret koroziju. Svarīgi ir arī samazināt iekārtas svaru un palielināt izturību. Loģiski būtu jāpieņem, ka titāns varētu sniegt vairākas priekšrocības skābju, sārmu un neorganisko sāļu transportēšanas iekārtu ražošanā. Papildu iespējas titāna izmantošanai paveras tādu iekārtu ražošanā kā tvertnes, kolonnas, filtri un visa veida augstspiediena baloni.

Titāna cauruļvadu izmantošana var palielināt apkures spoļu efektivitāti laboratorijas autoklāvos un siltummaiņos. Par titāna pielietojamību balonu ražošanā, kuros gāzes un šķidrumi ilgstoši tiek uzglabāti zem spiediena, liecina smagākas stikla caurules izmantošana sadegšanas produktu mikroanalīzei (attēla augšējā daļā). Pateicoties tās plānām sieniņu biezumam un zemajam īpatnējam smagumam, šo cauruli var svērt uz jutīgākiem, mazākiem analītiskiem svariem. Šeit viegluma un korozijas izturības kombinācija uzlabo ķīmiskās analīzes precizitāti.

Citas lietojumprogrammas. Titāna izmantošana ir ieteicama pārtikas, naftas un elektriskās rūpniecībā, kā arī ķirurģisko instrumentu ražošanā un pašā ķirurģijā.

Ēdienu gatavošanas un tvaicēšanas galdi no titāna ir kvalitatīvāki nekā tērauda izstrādājumi.

Naftas un gāzes urbšanas laukos cīņai pret koroziju ir nopietna nozīme, tāpēc titāna izmantošana ļaus retāk nomainīt korozīvo iekārtu stieņus. Katalītiskajā ražošanā un naftas cauruļvadu ražošanā vēlams izmantot titānu, kas saglabā mehāniskās īpašības augstā temperatūrā un kam ir laba izturība pret koroziju.

Elektrorūpniecībā titānu var izmantot kabeļu bruņošanai, jo tam ir laba īpatnējā izturība, augsta elektriskā pretestība un nemagnētiskās īpašības.

Dažādas nozares sāk izmantot viena vai otra veida stiprinājumus, kas izgatavoti no titāna. Turpmāka titāna izmantošanas paplašināšana ir iespējama ķirurģisko instrumentu ražošanā, galvenokārt pateicoties tā izturībai pret koroziju. Titāna instrumenti šajā ziņā ir pārāki par parastajiem ķirurģiskajiem instrumentiem, ja tie tiek pakļauti atkārtotai vārīšanai vai autoklāvēšanai.

Operācijas jomā titāns ir izrādījies pārāks par vitaliju un nerūsējošo tēraudu. Titāna klātbūtne organismā ir diezgan pieņemama. Titāna plāksne un skrūves kaulu stiprināšanai dzīvnieka ķermenī atradās vairākus mēnešus, un kauls ieauga skrūvju vītņu vītnēs un plāksnes caurumā.

Titāna priekšrocība ir arī tas, ka uz plāksnes veidojas muskuļu audi.

Aptuveni puse pasaulē saražotās titāna produkcijas parasti tiek sūtīta uz civilo aviācijas nozari, taču tās lejupslīde pēc slavenajiem traģiskajiem notikumiem daudziem nozares dalībniekiem liek meklēt jaunas titāna pielietojuma jomas. Šis materiāls ir pirmā daļa no publikāciju izlases ārvalstu metalurģijas presē, kas veltīta titāna perspektīvām mūsdienu apstākļos. Saskaņā ar viena no vadošajiem amerikāņu titāna ražotājiem RT1 aplēsēm no kopējā titāna ražošanas apjoma pasaules mērogā 50-60 tūkstošu tonnu līmenī aviācijas un kosmosa segments veido līdz 40 patēriņam, rūpnieciskiem pielietojumiem un lietojumprogrammas veido 34, bet militārajā zonā - 16, un aptuveni 10 ir saistītas ar titāna izmantošanu patēriņa produktos. Titāna rūpnieciskie pielietojumi ietver ķīmiskos procesus, enerģiju, naftu un gāzi, kā arī atsāļošanas iekārtas. Militāri neaviācijas lietojumi galvenokārt ietver izmantošanu artilērijā un kaujas transportlīdzekļos. Nozares ar ievērojamu titāna izmantošanas apjomu ir automobiļu rūpniecība, arhitektūra un būvniecība, sporta preces un juvelierizstrādājumi. Gandrīz visi titāna lietņi tiek ražoti ASV, Japānā un NVS valstīs - Eiropa veido tikai 3,6 no pasaules apjoma. Reģionālie titāna galapatēriņa tirgi ir ļoti atšķirīgi – spilgtākais atšķirtspējas piemērs ir Japāna, kur civilās aviācijas un kosmosa nozare veido tikai 2–3, bet ķīmisko rūpnīcu iekārtās un strukturālajās daļās izmanto 30 no kopējā titāna patēriņa. Aptuveni 20% no kopējā pieprasījuma Japānā veido kodolenerģijas un cietā kurināmā spēkstacijas, pārējo veido arhitektūra, medicīna un sports. Pretēja aina vērojama ASV un Eiropā, kur aviācijas un kosmosa sektorā patēriņš ir ārkārtīgi svarīgs - katram reģionam attiecīgi 60-75 un 50-60. ASV tradicionāli spēcīgi gala tirgi ir ķīmiskās vielas, medicīnas ierīces, rūpnieciskās iekārtas, savukārt Eiropā naftas un gāzes un būvniecības nozares veido lielāko daļu. Titāna rūpniecībai, kas cenšas paplašināt titāna pielietojumu, jo īpaši ņemot vērā pašreizējo civilās aviācijas lejupslīdi visā pasaulē, liela atkarība no kosmiskās aviācijas nozares ir bijusi ilgstoša problēma. Saskaņā ar ASV Ģeoloģijas dienesta datiem 2003.gada pirmajā ceturksnī bija vērojams būtisks titāna sūkļa importa kritums - tikai 1319 tonnas, kas ir par 62 mazāk nekā 3431 tonna šajā pašā laika posmā 2002.gadā. Saskaņā ar Džona Bārbera (John Barber), milzīgā amerikāņu titāna ražotāja un piegādātāja Tipe tirgus attīstības direktoru, aviācijas un kosmosa nozare vienmēr būs viens no vadošajiem titāna tirgiem, taču mums ir jārisina izaicinājums un jāpārliecinās, ka mūsu nozare neseko cikliem izaugsme un lejupslīde aviācijas un kosmosa nozarē. Daži no titāna nozares vadošajiem ražotājiem redz pieaugošas iespējas esošajos tirgos, no kuriem viens ir zemūdens iekārtu un materiālu tirgus. Pēc RT1 pārdošanas un izplatīšanas menedžera Martina Proko teiktā, titāns enerģētikā un zemūdens rūpniecībā ir izmantots diezgan ilgu laiku, kopš astoņdesmito gadu sākuma, taču tikai pēdējos piecos gados šīs jomas ir kļuvušas stabilas un attiecīgi pieaugušas. tirgus nišā. Zemjūrā izaugsmi galvenokārt veicina urbšana lielākā dziļumā, kur titāns ir vispiemērotākais materiāls. Tā zemūdens dzīves cikls, tā sakot, ir piecdesmit gadi, kas ir parastais zemūdens projektu ilgums. Jomas, kurās, visticamāk, palielināsies titāna izmantošana, jau ir uzskaitītas iepriekš. Kā norāda Howmet Ti-Cast pārdošanas vadītājs Bobs Funnels, pašreizējo tirgus stāvokli var uzskatīt par iespēju pieaugumu jaunās jomās, piemēram, kravas automašīnu turbokompresoru, raķešu un sūkņu rotējošās daļās.

Viens no mūsu pašreizējiem projektiem ir vieglās artilērijas sistēmu BAE Novitzer XM777 izstrāde ar 155 mm kalibru. Howmet piegādās 17 no 28 strukturālajiem titāna lējumiem katram pistoles stiprinājumam, ko paredzēts sākt piegādāt USMC vienībām 2004. gada augustā. Ar kopējo ieroča svaru 9800 mārciņas, aptuveni 4,44 tonnas, titāns veido aptuveni 2600 mārciņas no aptuveni 1,18 tonnām titāna, izmantojot 6A14U sakausējumu ar lielu skaitu lējumu, saka Frenks Hrsters, BAE 8u81et8 uguns atbalsta sistēmu vadītājs. Šī XM777 sistēma ir paredzēta, lai aizstātu pašreizējo M198 Hovitzer sistēmu, kas sver aptuveni 17 000 mārciņu (aptuveni 7,71 tonnas). Masveida ražošana plānota laika posmā no 2006. līdz 2010.gadam - sākotnēji piegādes paredzētas uz ASV, Lielbritāniju un Itāliju, bet programma var tikt paplašināta, apgādājot arī NATO dalībvalstis. Džons Bārbers no Timet norāda, ka militārā aprīkojuma piemēri, kuru konstrukcijā izmanto ievērojamu daudzumu titāna, ir tanks Abrams un kaujas mašīna Bradley. Jau divus gadus tiek īstenota NATO, ASV un Lielbritānijas kopīgā programma, lai intensificētu titāna izmantošanu ieročos un aizsardzības sistēmās. Kā jau ne reizi vien minēts, titāns ir ļoti piemērots izmantošanai automobiļu rūpniecībā, tomēr šī virziena īpatsvars ir visai pieticīgs – aptuveni 1 no kopējā patērētā titāna apjoma jeb 500 tonnas gadā, norāda itālis. uzņēmums Poggipolini, titāna sastāvdaļu un detaļu ražotājs Formula-1 un sacīkšu motocikliem. Šī uzņēmuma pētniecības un attīstības nodaļas vadītāja Daniele Stoppolini uzskata, ka šobrīd pieprasījums pēc titāna šajā tirgus segmentā ir 500 tonnu līmenī, masveidā izmantojot šo materiālu vārstu, atsperu, izplūdes gāzu projektēšanā. sistēmas, transmisijas vārpstas, skrūves, potenciāli varētu pieaugt līdz gandrīz 16 000 tonnu gadā Viņš piebilda, ka viņa uzņēmums tikai sāk attīstīt automatizētu titāna skrūvju ražošanu, lai samazinātu ražošanas izmaksas. Viņaprāt, ierobežojošie faktori, kuru dēļ titāna izmantošana autorūpniecībā nav būtiski paplašinājusies, ir pieprasījuma neprognozējamība un nenoteiktība izejvielu piegādē. Tajā pašā laikā automobiļu rūpniecībā joprojām ir liela potenciāla niša titānam, kas apvieno optimālus svara un izturības raksturlielumus spirālveida atsperēm un izplūdes gāzu izplūdes sistēmām. Diemžēl Amerikas tirgū plašo titāna izmantošanu šajās sistēmās iezīmē tikai diezgan ekskluzīvais pussporta modelis Chevrolet Corvette Z06, kas nekādi nevar pretendēt uz sērijveida auto. Tomēr, ņemot vērā pastāvīgās problēmas, kas saistītas ar degvielas ekonomiju un izturību pret koroziju, titāna izredzes šajā jomā saglabājas. Apstiprināšanai ne-aviācijas un nemilitārajos tirgos nesen tika izveidots kopuzņēmums UNITI ar tā nosaukumu, spēlējot vārdu vienotība - vienotība un Ti - titāna apzīmējums periodiskajā tabulā kā daļa no pasaulē vadošā titāna. ražotāji - amerikāņu Allegheny Technologies un Krievijas VSMPO-Avisma. Kā teica jaunā uzņēmuma prezidents Karls Moultons, šie tirgi tika apzināti izslēgti - mēs plānojam jauno uzņēmumu padarīt par vadošo piegādātāju nozarēm, kas izmanto titāna detaļas un mezglus, galvenokārt naftas ķīmijas un enerģētikas nozarē. Turklāt mēs plānojam aktīvi tirgoties atsāļošanas ierīču, transportlīdzekļu, patēriņa preču un elektronikas jomās. Uzskatu, ka mūsu ražotnes labi papildina viena otru - VSMPO ir izcilas iespējas galaproduktu ražošanā, Allegheny ir lieliskas tradīcijas auksti un karsti titāna velmējumu ražošanā. Paredzams, ka UNITI produktiem pasaules titāna tirgus daļa būs 45 miljoni mārciņu jeb aptuveni 20 411 tonnas. Medicīnas iekārtu tirgu var uzskatīt par stabili attīstošu tirgu – saskaņā ar Anglijas Titanium International Group datiem, titāna ikgadējais saturs visā pasaulē dažādos implantos un protēzēs ir aptuveni 1000 tonnas, un šis rādītājs pieaugs līdz ar ķirurģijas iespējām nomainīt. cilvēka locītavas pēc negadījumiem vai negadījumiem palielinās.traumas Papildus acīmredzamajām elastības, izturības un viegluma priekšrocībām titāns ir ļoti saderīgs ar ķermeni bioloģiskā nozīmē, jo cilvēka ķermenī nav korozijas audos un šķidrumos. Zobārstniecībā strauji pieaug arī protēžu un implantu izmantošana - pēdējo desmit gadu laikā trīskāršojoties, saskaņā ar Amerikas Zobārstu asociācijas datiem, galvenokārt titāna īpašību dēļ. Lai gan titāna izmantošana arhitektūrā aizsākās vairāk nekā 25 gadus, tā plaša izmantošana šajā jomā ir sākusies tikai pēdējos gados. Abū Dabī lidostas paplašināšana AAE, ko plānots pabeigt 2006. gadā, izmantos līdz 1,5 miljoniem mārciņu no aptuveni 680 tonnām titāna. Diezgan daudz dažādu arhitektūras un būvniecības projektu, izmantojot titānu, plānots īstenot ne tikai attīstītajās valstīs ASV, Kanādā, Lielbritānijā, Vācijā, Šveicē, Beļģijā, Singapūrā, bet arī Ēģiptē un Peru.

Patēriņa preču tirgus segments šobrīd ir visstraujāk augošais titāna tirgus segments. Ja pirms 10 gadiem šis segments veidoja tikai 1-2 no titāna tirgus, šodien tas ir pieaudzis līdz 8-10 no tirgus. Kopumā titāna patēriņš patēriņa produktos ir pieaudzis aptuveni divas reizes ātrāk nekā kopējā titāna tirgū. Titāna izmantošana sportā ir visilgākā un veido lielāko daļu titāna lietojumu patēriņa produktos. Iemesls titāna izmantošanas popularitātei sporta ekipējumā ir vienkāršs – tas ļauj sasniegt svara un stiprības attiecību, kas ir pārāka par jebkuru citu metālu. Titāna izmantošana velosipēdos sākās aptuveni pirms 25-30 gadiem, un tā bija pirmā titāna izmantošana sporta aprīkojumā. Galvenās izmantotās caurules ir Ti3Al-2.5V ASTM 9. klases sakausējums. Citas detaļas, kas izgatavotas no titāna sakausējumiem, ietver bremzes, ķēdes ratus un sēdekļu atsperes. Titānu golfa nūju ražošanā pirmo reizi sāka izmantot 80. gadu beigās un 90. gadu sākumā nūju ražotāji Japānā. Līdz 1994.-1995. gadam šāds titāna pielietojums ASV un Eiropā praktiski nebija zināms. Tas mainījās, kad Callaway iepazīstināja ar savu Ruger Titanium izgatavoto titāna puteru ar nosaukumu Great Big Bertha. Pateicoties acīmredzamajām priekšrocībām un ar Callaway pārdomātā mārketinga palīdzību, titāna nūjas uzreiz ieguva milzīgu popularitāti. Īsā laika posmā titāna nūjas ir kļuvušas par ekskluzīvu un dārgu aprīkojumu nelielai golfa spēlētāju grupai, lai tos plaši izmantotu lielākā daļa golfa spēlētāju, tomēr tie joprojām ir dārgāki par tērauda nūjām. Vēlos minēt galvenās, manuprāt, golfa tirgus attīstības tendences, kas īsā 4-5 gadu laikā no augstām tehnoloģijām pārnācis uz masveida ražošanu, sekojot citu nozaru ar augstu darbaspēka ceļu. izmaksas, piemēram, apģērbu, rotaļlietu un plaša patēriņa elektronikas ražošana; golfa nūju ražošana ir nonākusi valstīs ar lētāko darbaspēku vispirms Taivānā, pēc tam Ķīnā, un tagad rūpnīcas tiek būvētas valstīs ar vēl lētāku darbaspēku, piemēram, Vjetnamā un Taizemes titāns noteikti tiek izmantots autovadītājiem, kur tā izcilās īpašības sniedz nepārprotamas priekšrocības un attaisno augstāku cenu. Tomēr titāns vēl nav ļoti plaši izmantots nākamajos klubos, jo ievērojamais izmaksu pieaugums nav līdzsvarots ar atbilstošu spēles uzlabojumu. Pašlaik braucēji galvenokārt tiek ražoti ar kaltu sitienu seju, kaltu vai lietām virsmām un atliets dibens.Nesen Profesionālā golfa asociācija ROA atļāvusi paaugstināt tā sauktā atdeves koeficienta augšējo robežu, saistībā ar ko visi nūju ražotāji centīsies paaugstināt triecienvirsmas atsperu īpašības. Lai to izdarītu, ir jāsamazina trieciena virsmas biezums un jāizmanto stiprāki sakausējumi, piemēram, SP700, 15-3-3-3 un VT-23. Tagad apskatīsim titāna un tā sakausējumu izmantošanu citam sporta aprīkojumam. Caurules sacīkšu velosipēdiem un citas detaļas ir izgatavotas no ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V sakausējuma. Niršanas nažu ražošanā tiek izmantots pārsteidzoši ievērojams daudzums titāna loksnes. Lielākā daļa ražotāju izmanto sakausējumu Ti6Al-4V, taču šis sakausējums nenodrošina citu stiprāku sakausējumu malu izturību. Daži ražotāji pāriet uz VT23 sakausējuma izmantošanu.

Titāna niršanas nažu mazumtirdzniecības cena ir aptuveni 70–80 USD. Lietie titāna pakavi nodrošina ievērojamu svara samazinājumu salīdzinājumā ar tēraudu, vienlaikus nodrošinot nepieciešamo izturību. Diemžēl šī titāna izmantošana neizdevās, jo titāna pakavi zirgus izdzirkstīja un izbiedēja. Tikai daži piekritīs izmantot titāna pakavus pēc pirmās neveiksmīgās pieredzes. Uzņēmums Titanium Beach, kas atrodas Ņūportbīčā, Kalifornijā, Ņūportbīčā, Kalifornijā, ir izstrādājis slidu asmeņus, kas izgatavoti no Ti6Al-4V sakausējuma. Diemžēl šeit atkal problēma ir asmeņu malu izturība. Es domāju, ka šim produktam ir dzīvības iespēja, ja ražotāji izmanto stiprākus sakausējumus, piemēram, 15-3-3-3 vai VT-23. Titānu ļoti plaši izmanto alpīnismā un pārgājienos, gandrīz visiem priekšmetiem, ko kāpēji un pārgājieni nēsā mugursomās, pudeles, krūzes mazumtirdzniecības cena 20-30 dolāri, virtuves komplekti mazumtirdzniecības cena aptuveni 50 dolāri, trauki, kas galvenokārt izgatavoti no komerciāla tīra titāna, 1. pakāpe. un 2. Citi alpīnisma un pārgājienu aprīkojuma piemēri ir kompaktas krāsnis, telšu stabi un stiprinājumi, ledus cirvji un ledus urbji. Ieroču ražotāji nesen ir sākuši ražot titāna pistoles gan sporta šaušanai, gan tiesībaizsardzības vajadzībām.

Sadzīves elektronika ir diezgan jauns un strauji augošs titāna tirgus. Daudzos gadījumos titāna izmantošanu plaša patēriņa elektronikā veicina ne tikai tā lieliskās īpašības, bet arī produktu pievilcīgais izskats. Komerciāli tīrs 1. pakāpes titāns tiek izmantots portatīvo datoru, mobilo tālruņu, plazmas plakanā ekrāna televizoru un citu elektronisko iekārtu korpusu izgatavošanai. Titāna izmantošana skaļruņu ražošanā nodrošina labākas akustiskās īpašības, pateicoties titāna vieglumam salīdzinājumā ar tēraudu, kā rezultātā palielinās akustiskā jutība. Titāna pulksteņi, kurus tirgū pirmo reizi ieviesa Japānas ražotāji, tagad ir viens no pieejamākajiem un atpazīstamākajiem titāna izstrādājumiem. Titāna patēriņš pasaulē tradicionālo un tā saukto ķermeņa rotu ražošanā mērāms vairākos desmitos tonnu. Arvien biežāk var redzēt titāna laulības gredzenus, un, protams, cilvēkiem, kuri nēsā rotaslietas uz ķermeņa, ir vienkārši pienākums izmantot titānu. Titānu plaši izmanto kuģu stiprinājumu un veidgabalu ražošanā, kur ļoti svarīga ir augstas izturības pret koroziju un izturības kombinācija. Atlas Ti, kas atrodas Losandželosā, ražo plašu šo izstrādājumu klāstu no VTZ-1 sakausējuma. Titāna izmantošana instrumentu ražošanā pirmo reizi sākās Padomju Savienībā 80. gadu sākumā, kad pēc valdības norādījumiem tika izgatavoti viegli un ērti instrumenti, lai atvieglotu strādnieku darbu. Padomju titāna ražošanas gigants Verkhne-Salda metālapstrādes ražošanas asociācija tajā laikā ražoja titāna lāpstas, naglu novilkšanas stieņus, cirvjus un atslēgas.

Vēlāk Japānas un Amerikas instrumentu ražotāji savos izstrādājumos sāka izmantot titānu. Pirms neilga laika VSMPO noslēdza līgumu ar Boeing par titāna plākšņu piegādi. Šis līgums neapšaubāmi ļoti labvēlīgi ietekmēja titāna ražošanas attīstību Krievijā. Titāns ir plaši izmantots medicīnā daudzus gadus. Priekšrocības ir izturība, izturība pret koroziju un, pats galvenais, dažiem cilvēkiem ir alerģija pret niķeli, kas ir būtiska nerūsējošā tērauda sastāvdaļa, savukārt nevienam nav alerģijas pret titānu. Izmantotie sakausējumi ir komerciāli tīrs titāns un Ti6-4Eli. Titānu izmanto ķirurģisko instrumentu, iekšējo un ārējo protēžu, tostarp tādu kritisku kā sirds vārstuļa, ražošanā. Kruķi un ratiņkrēsli ir izgatavoti no titāna. Titāna izmantošana mākslā aizsākās 1967. gadā, kad Maskavā tika uzcelts pirmais titāna piemineklis.

Šobrīd gandrīz visos kontinentos ir uzcelts ievērojams skaits titāna pieminekļu un ēku, tostarp tādi slaveni kā Gugenheima muzejs, ko Bilbao uzcēlis arhitekts Frenks Gērijs. Materiāls ir ļoti populārs mākslinieku vidū ar savu krāsu, izskatu, izturību un izturību pret koroziju. Šo iemeslu dēļ titānu izmanto suvenīros un bižutērija, kur tas veiksmīgi konkurē ar dārgmetāliem, piemēram, sudrabu un pat zeltu. Kā jau minēts vienā no publikācijām par titānu, viens no galvenajiem iemesliem, kas kavē titāna izrāvienu plašā pasaulē. tirgus ir tās augstās izmaksas. Kā atzīmē Martins Proko no RTi, ASV vidējā titāna sūkļa cena ir 3,80 par mārciņu, Krievijā 3,20 par mārciņu. Turklāt metāla cena ir ļoti atkarīga no komerciālās aviācijas un kosmosa nozares cikliskā rakstura. Daudzu projektu attīstība varētu strauji paātrināties, ja tiks atrasti veidi, kā samazināt titāna ražošanas un pārstrādes, metāllūžņu pārstrādes un kausēšanas tehnoloģiju izmaksas, atzīmē Markus Holcs, Vācijas Deutshe Titan rīkotājdirektors. Britu Titanium pārstāvis piekrīt, ka titāna izstrādājumu paplašināšanu kavē augstās ražošanas izmaksas un ir jāveic daudzi pašreizējās tehnoloģijas uzlabojumi, pirms titānu var ieviest masveida ražošanā.

Viens no soļiem šajā virzienā ir tā sauktā FFC procesa izstrāde, kas ir jauns elektrolītiskais process titāna metāla un sakausējumu ražošanai, kura izmaksas ir ievērojami zemākas. Saskaņā ar Daniele Stoppolini teikto, kopējā stratēģija titāna nozarē prasa izstrādāt katram jaunam tirgum piemērotākos sakausējumus, ražošanas tehnoloģijas un titāna pielietojumu.

Avoti

Vikipēdija — bezmaksas enciklopēdija, Vikipēdija

metotech.ru - Metotehnika

housetop.ru — Mājas augšdaļa

atomsteel.com — Atom tehnoloģija

domremstroy.ru — DomRemStroy