Physikalische Eigenschaften und Eigenschaften eines der härtesten Metalle - Titan. Titanlegierungen. Hauptmerkmale

Im Periodensystem wird das chemische Element Titan als Ti (Titan) bezeichnet und befindet sich in einer sekundären Untergruppe der Gruppe IV, in der 4. Anzahl der Mineralien. Sie können Titan auf unserer Website kaufen.

Titan wurde Ende des 18. Jahrhunderts von den Chemikern aus England und Deutschland, Ulyam Gregor und Martin Klaproth, entdeckt, und zwar unabhängig voneinander mit einem Unterschied von sechs Jahren. Der Name des Elements wurde von Martin Klaproth zu Ehren der altgriechischen Figuren der Titanen (riesige, starke, unsterbliche Kreaturen) vergeben. Wie sich herausstellte, wurde der Name prophetisch, aber die Menschheit brauchte mehr als 150 Jahre, um alle Eigenschaften von Titan kennenzulernen. Nur drei Jahrzehnte später war es möglich, die erste Probe von Titanmetall zu erhalten. Zu dieser Zeit wurde es aufgrund seiner Zerbrechlichkeit praktisch nicht verwendet. 1925 extrahierten die Chemiker Van Arkel und De Boer nach einer Reihe von Experimenten mit der Jodidmethode reines Titan.

Dank der wertvollen Eigenschaften des Metalls machten Ingenieure und Designer sofort darauf aufmerksam. Es war ein echter Durchbruch. 1940 entwickelte Kroll ein Magnesium-thermisches Verfahren zur Gewinnung von Titan aus Erzen. Diese Methode ist auch heute noch aktuell.

Physikalische und mechanische Eigenschaften

Titan ist ein ziemlich feuerfestes Metall. Sein Schmelzpunkt beträgt 1668 ± 3 ° . Nach diesem Indikator ist es Metallen wie Tantal, Wolfram, Rhenium, Niob, Molybdän, Tantal, Zirkon unterlegen. Titan ist ein paramagnetisches Metall. In einem Magnetfeld wird es nicht magnetisiert, aber auch nicht herausgedrückt. Bild 2
Titan hat eine geringe Dichte (4,5 g/cm³) und eine hohe Festigkeit (bis 140 kg/mm²). Diese Eigenschaften ändern sich bei hohen Temperaturen praktisch nicht. Es ist mehr als 1,5-mal schwerer als Aluminium (2,7 g/cm³), aber 1,5-mal leichter als Eisen (7,8 g/cm³). In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften ist Titan diesen Metallen weit überlegen. In Bezug auf die Festigkeit stehen Titan und seine Legierungen vielen legierten Stählen gleich.

In Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit steht Titan Platin in nichts nach. Das Metall hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Kavitation. Luftblasen, die sich in einem flüssigen Medium während der aktiven Bewegung eines Titanteils bilden, zerstören es praktisch nicht.

Es ist ein zähes Metall, das Bruch und plastische Verformung widerstehen kann. Es ist 12-mal härter als Aluminium und 4-mal härter als Kupfer und Eisen. Ein weiterer wichtiger Indikator ist die Fließgrenze. Mit einer Erhöhung dieses Indikators verbessert sich die Beständigkeit von Titanteilen gegen Betriebsbelastungen.

In Legierungen mit bestimmten Metallen (insbesondere Nickel und Wasserstoff) ist Titan in der Lage, sich an die Form des Produkts zu "erinnern", das bei einer bestimmten Temperatur entsteht. Ein solches Produkt kann dann verformt werden und behält diese Position für lange Zeit bei. Wenn das Produkt auf die Temperatur erhitzt wird, bei der es hergestellt wurde, nimmt das Produkt seine ursprüngliche Form an. Diese Eigenschaft wird "Speicher" genannt.

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist relativ gering bzw. auch der Längenausdehnungskoeffizient relativ gering. Daraus folgt, dass das Metall Strom und Wärme schlecht leitet. Aber bei niedrigen Temperaturen ist es ein Supraleiter der Elektrizität, der es ihm ermöglicht, Energie über große Entfernungen zu übertragen. Titan hat auch einen hohen elektrischen Widerstand.
Reines Titanmetall unterliegt verschiedenen Arten der Kalt- und Warmbearbeitung. Es kann gezogen und zu Draht verarbeitet, geschmiedet, zu Bändern, Blechen und Folien mit einer Dicke von bis zu 0,01 mm gewalzt werden. Folgende Arten von Walzprodukten werden aus Titan hergestellt: Titanband, Titandraht, Titanrohre, Titanbuchsen, Titankreis, Titanstange.

Chemische Eigenschaften

Reintitan ist ein reaktives Element. Da sich auf seiner Oberfläche ein dichter Schutzfilm bildet, ist das Metall sehr korrosionsbeständig. Es oxidiert nicht an der Luft, in salzigem Meerwasser, verändert sich nicht in vielen aggressiven chemischen Umgebungen (z. B. verdünnte und konzentrierte Salpetersäure, Königswasser). Bei hohen Temperaturen interagiert Titan viel aktiver mit Reagenzien. Es entzündet sich an der Luft bei einer Temperatur von 1200 ° C. Beim Anzünden strahlt das Metall hell. Auch mit Stickstoff findet eine aktive Reaktion unter Bildung eines gelbbraunen Nitridfilms auf der Titanoberfläche statt.

Reaktionen mit Salz- und Schwefelsäure sind bei Raumtemperatur schwach, aber beim Erhitzen löst sich das Metall stark auf. Als Ergebnis der Reaktion werden niedere Chloride und Monosulfat gebildet. Schwache Wechselwirkungen mit Phosphor- und Salpetersäure treten ebenfalls auf. Das Metall reagiert mit Halogenen. Die Reaktion mit Chlor erfolgt bei 300 °C.
Eine aktive Reaktion mit Wasserstoff findet bei einer Temperatur etwas über Raumtemperatur statt. Titan absorbiert aktiv Wasserstoff. 1 g Titan kann bis zu 400 cm³ Wasserstoff aufnehmen. Das erhitzte Metall zersetzt Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Wechselwirkung mit Wasserdampf tritt bei Temperaturen über 800°C auf. Als Ergebnis der Reaktion wird ein Metalloxid gebildet und Wasserstoff verflüchtigt. Bei höheren Temperaturen absorbiert heißes Titan Kohlendioxid und bildet Karbide und Oxide.

Methoden zum Erhalten

Titan ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Sein Massengehalt im Darm des Planeten beträgt 0,57%. Die höchste Metallkonzentration wird in der „Basaltschale“ (0,9%) beobachtet, in Granitgestein (0,23%) und in ultrabasischen Gesteinen (0,03%). Es gibt etwa 70 Titanmineralien, in denen es in Form von Titansäure oder -dioxid vorkommt. Die wichtigsten Mineralien von Titanerzen sind Ilmenit, Anatas, Rutil, Brookit, Loparit, Leucoxen, Perowskit und Sphen. Die wichtigsten Titanproduzenten der Welt sind Großbritannien, USA, Frankreich, Japan, Kanada, Italien, Spanien und Belgien.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, Titan zu erhalten. Alle von ihnen werden in der Praxis angewendet und sind sehr effektiv.

1. Magnetischer thermischer Prozess.

Ein titanhaltiges Erz wird abgebaut und zu Dioxid verarbeitet, das bei sehr hohen Temperaturen langsam chloriert wird. Die Chlorierung wird in einer kohlenstoffhaltigen Umgebung durchgeführt. Anschließend wird das bei der Reaktion gebildete Titanchlorid mit Magnesium reduziert. Das resultierende Metall wird in einer Vakuumanlage auf eine hohe Temperatur erhitzt. Als Ergebnis verdampfen Magnesium und Magnesiumchlorid und hinterlassen Titan mit vielen Poren und Hohlräumen. Schwammiges Titan wird umgeschmolzen, um ein Qualitätsmetall zu erhalten.

2. Hydrid-Calcium-Methode.

Zuerst wird Titanhydrid gewonnen und dann in seine Komponenten getrennt: Titan und Wasserstoff. Der Prozess findet in einem luftlosen Raum bei hohen Temperaturen statt. Es entsteht Calciumoxid, das mit schwachen Säuren gewaschen wird.
Thermische Verfahren mit Calciumhydrid und Magnesium werden üblicherweise im industriellen Maßstab verwendet. Mit diesen Methoden können Sie in kurzer Zeit eine erhebliche Menge Titan mit minimalen finanziellen Kosten gewinnen.

3. Elektrolyseverfahren.

Titanchlorid oder Titandioxid ist hohen Stromstärken ausgesetzt. Das Ergebnis ist die Zersetzung der Verbindungen.

4. Jodid-Methode.

Titandioxid interagiert mit Joddampf. Als nächstes wird Titaniodid einer hohen Temperatur ausgesetzt, was zu Titan führt. Diese Methode ist die effektivste, aber auch die teuerste. Titan wird mit sehr hoher Reinheit ohne Verunreinigungen und Zusatzstoffe gewonnen.

Titananwendung

Aufgrund seiner guten Korrosionsschutzeigenschaften wird Titan für die Herstellung chemischer Geräte verwendet. Die hohe Hitzebeständigkeit von Metall und seinen Legierungen erleichtert den Einsatz in der modernen Technik. Titanlegierungen sind ein hervorragender Werkstoff für den Flugzeug-, Raketen- und Schiffbau.

Denkmäler sind aus Titan. Glocken aus diesem Metall sind bekannt für ihren außergewöhnlichen und sehr schönen Klang. Titandioxid ist ein Bestandteil einiger Arzneimittel, beispielsweise Salben gegen Hautkrankheiten. Auch Verbindungen von Metallen mit Nickel, Aluminium und Kohlenstoff sind sehr gefragt.

Titan und seine Legierungen finden Anwendung in Bereichen wie der Chemie- und Lebensmittelindustrie, Nichteisenmetallurgie, Elektronik, Nukleartechnik, Energietechnik, Galvanik. Aus Titan und seinen Legierungen werden Waffen, Panzerplatten, chirurgische Instrumente und Implantate, Spülgeräte, Sportgeräte und sogar Schmuck hergestellt. Beim Nitrieren bildet sich auf der Oberfläche des Metalls ein goldener Film, der selbst echtem Gold in seiner Schönheit nicht nachsteht.

Titan ist ein Element der Gruppe IV einer sekundären Nebengruppe des Periodensystems, Ordnungszahl 22, Atomgewicht 47,9. Chemisches Zeichen - Ti. Titan wurde 1795 entdeckt und ist nach dem Helden des griechischen Epos Titan benannt. Es ist Bestandteil von mehr als 70 Mineralien und gehört zu den häufigsten Elementen – sein Gehalt in der Erdkruste beträgt ca. 0,6%. Es ist ein silberweißes Metall. Sein Schmelzpunkt beträgt 1665 ° C. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Titan im Bereich 20 - 100 ° C beträgt 8,3 × 10 -6 Grad -1 und die Wärmeleitfähigkeit l = 15,4 W / (m × K). Es existiert in zwei polymorphen Modifikationen: bis 882 ° С in Form einer a-Modifikation, die ein hexagonales dicht gepacktes Kristallgitter mit Parametern aufweist ein= 2,95 Å und Mit= 4,86 ​​; und oberhalb dieser Temperatur die b-Transformation mit einem kubisch raumzentrierten Gitter ( ein= 3,31 ).

Das Metall vereint hohe Festigkeit mit geringer Dichte r = 4,5 g/cm 3 und hoher Korrosionsbeständigkeit. Dadurch hat es in vielen Fällen deutliche Vorteile gegenüber Konstruktionsgrundstoffen wie Stahl und Aluminium. Aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit ist es jedoch schwierig, es für Strukturen und Teile zu verwenden, die unter Bedingungen mit großen Temperaturunterschieden und während des thermischen Ermüdungsbetriebs arbeiten. Das Metall zeigt sowohl bei erhöhten Temperaturen als auch bei Raumtemperatur ein Kriechen. Zu den Nachteilen von Titan als Konstruktionswerkstoff gehört auch ein relativ niedriger Normalelastizitätsmodul.

Hochreines Metall hat gute plastische Eigenschaften. Unter dem Einfluss von Verunreinigungen ändert sich seine Plastizität stark. Sauerstoff löst sich gut in Titan und mindert diese Eigenschaft schon bei geringen Konzentrationen stark. Auch die plastischen Eigenschaften des Metalls nehmen mit der Zugabe von Stickstoff ab. Wenn der Stickstoffgehalt mehr als 0,2% beträgt, tritt Titan-Sprödbruch auf. Gleichzeitig erhöhen Sauerstoff und Stickstoff die temporäre Widerstandsfähigkeit und Lebensdauer des Metalls. In dieser Hinsicht sind sie nützliche Verunreinigungen.

Wasserstoff ist eine schädliche Verunreinigung. Es reduziert die Zähigkeit von Titan schon bei sehr geringen Konzentrationen durch die Bildung von Hydriden stark. Wasserstoff hat in einem weiten Konzentrationsbereich keinen merklichen Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften des Metalls.

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

Ein wichtiges Merkmal des Metalls ist seine Fähigkeit, mit atmosphärischen Gasen und Wasserstoff feste Lösungen zu bilden. Beim Erhitzen von Titan an der Luft bildet sich auf seiner Oberfläche neben dem üblichen Zunder eine Schicht aus einer festen Lösung auf Basis von a-Ti (alfitisiert), stabilisiert mit Sauerstoff, deren Dicke von Temperatur und Dauer abhängt der Heizung. Es hat eine höhere Umwandlungstemperatur als die Grundmetallschicht und kann durch seine Bildung an der Oberfläche von Teilen oder Halbzeugen zu Sprödbrüchen führen.

Titan zeichnet sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit in Luft, natürlicher Kälte, heißem Süß- und Meerwasser, Alkalilösungen, Salzen anorganischer und organischer Säuren und Verbindungen auch beim Kochen aus. Es ist beständig gegen verdünnte Schwefelsäure, Salzsäure (bis 5%), Stickstoff aller Konzentrationen (außer Rauch), Essig- und Milchsäure, Chloride und Königswasser. Die hohe Korrosionsbeständigkeit von Titan erklärt sich durch die Bildung eines dichten homogenen Schutzfilms auf seiner Oberfläche, dessen Zusammensetzung von der Umgebung und den Bedingungen seiner Entstehung abhängt. In den meisten Fällen ist dies Dioxid - TiO 2. Unter bestimmten Bedingungen kann das mit Salzsäure wechselwirkende Metall mit einer Schutzschicht aus Hydrid - TiH 2 - bedeckt werden. Titan ist beständig gegen Kavitation und Spannungskorrosion.

Die industrielle Nutzung von Titan als Konstruktionswerkstoff begann in den vierziger Jahren des letzten Jahrhunderts. In dieser Eigenschaft wird Titan am häufigsten in der Luftfahrt, Raketentechnik, im Schiffsbau, im Instrumenten- und Maschinenbau eingesetzt. Es behält seine hohen Festigkeitseigenschaften bei erhöhten Temperaturen und wird daher erfolgreich zur Herstellung von Teilen verwendet, die einer Hochtemperaturerwärmung ausgesetzt sind.

Derzeit wird Titan häufig in der Metallurgie verwendet, einschließlich als Legierungselement in rostfreien und hitzebeständigen Stählen. Die Zugabe von Titan zu Aluminium-, Nickel- und Kupferlegierungen erhöht deren Festigkeit. Es ist ein wesentlicher Bestandteil der Hartmetallsorte für Schneidwerkzeuge. Titandioxid wird zur Beschichtung von Schweißelektroden verwendet. Titantetrachlorid wird in der Militärwissenschaft zur Herstellung von Nebelwänden verwendet.

In der Elektro- und Funktechnik wird pulverisiertes Titan als Gasabsorber verwendet – bei Erwärmung auf 500°C saugt es stark Gase auf und sorgt so für ein Hochvakuum in einem geschlossenen Volumen. In diesem Zusammenhang wird es zur Herstellung von Teilen für elektronische Röhren verwendet.

Titan ist in der chemischen Industrie und im Schiffbau teilweise ein unersetzlicher Werkstoff. Es wird verwendet, um Teile zum Pumpen korrosiver Flüssigkeiten, Wärmetauscher, die in korrosiven Umgebungen betrieben werden, Aufhängungen zum Anodisieren verschiedener Teile herzustellen. Titan ist gegenüber Elektrolyten und anderen Flüssigkeiten in der Galvanik inert und eignet sich daher für die Herstellung verschiedener Teile von Galvanikbädern. Es wird häufig bei der Herstellung von hydrometallurgischen Ausrüstungen für Nickel-Kobalt-Anlagen verwendet, da es in Kontakt mit Nickel- und Kobaltschlamm bei hohen Temperaturen und Drücken sehr korrosions- und erosionsbeständig ist.

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

Titanlegierungen mit verschiedenen Elementen sind vielversprechendere Materialien als kommerziell reines Metall.

Die wichtigsten Legierungsbestandteile industrieller Titanlegierungen sind Vanadium, Molybdän, Chrom, Mangan, Kupfer, Aluminium und Zinn. In der Praxis bildet Titan mit allen Metallen außer Erdalkalielementen sowie mit Silizium, Bor, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff Legierungen.

Das Vorhandensein polymorpher Umwandlungen von Titan, die gute Löslichkeit vieler Elemente darin, die Bildung chemischer Verbindungen mit variabler Löslichkeit ermöglichen es, eine breite Palette von Titanlegierungen mit verschiedenen Eigenschaften zu erhalten.

Sie haben gegenüber anderen Legierungen drei Hauptvorteile: geringes spezifisches Gewicht, hohe chemische Eigenschaften und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Die Kombination von Leichtigkeit mit großer Festigkeit macht sie zu besonders vielversprechenden Werkstoffen als Ersatz für Spezialstähle für die Luftfahrtindustrie und ihre hohe Korrosionsbeständigkeit – für den Schiffbau und die chemische Industrie.

In vielen Fällen erweist sich der Einsatz von Titanlegierungen trotz der hohen Titanpreise als wirtschaftlich rentabel. So konnte beispielsweise durch den Einsatz von Titangusspumpen mit höchster Korrosionsbeständigkeit bei einem der Unternehmen in Russland die Betriebskosten pro Pumpe um das 200-fache gesenkt werden. Es gibt viele solcher Beispiele.

Je nach Art des Einflusses von Legierungselementen auf polymorphe Umwandlungen von Titan beim Legieren werden alle Legierungen in drei Gruppen eingeteilt:

1) mit a-Phase (Aluminium);

2) mit b-Phase (Chrom, Mangan, Eisen, Kupfer, Nickel, Beryllium, Wolfram, Kobalt, Vanadium, Molybdän, Niob und Tantal);

3) mit a + b-Phasen (Zinn, Zirkoniumgermanium).

Titanlegierungen mit Aluminium haben eine geringere Dichte und eine höhere spezifische Festigkeit als reines oder handelsübliches reines Titan. In Bezug auf die spezifische Festigkeit übertreffen sie viele nichtrostende und hitzebeständige Stähle im Bereich von 400 - 500 °C. Diese Legierungen haben eine höhere Kriechfestigkeit und eine überlegene Kriechbeständigkeit als viele Legierungen auf Titanbasis. Sie haben auch einen erhöhten normalen Elastizitätsmodul. Legierungen korrodieren nicht und oxidieren bei hohen Temperaturen leicht. Sie sind gut schweißbar und auch bei hohem Aluminiumanteil versprödet das Material der Naht und der Wärmeeinflusszone nicht. Die Zugabe von Aluminium verringert die Duktilität von Titan. Dieser Effekt ist am intensivsten, wenn der Aluminiumgehalt mehr als 7,5% beträgt. Die Zugabe von Zinn zu Legierungen erhöht deren Festigkeitseigenschaften. Bei einer Konzentration von bis zu 5% Sn in ihnen wird keine merkliche Abnahme der plastischen Eigenschaften beobachtet. Darüber hinaus erhöht das Einbringen von Zinn in Legierungen deren Oxidations- und Kriechbeständigkeit. Legierungen mit 4 - 5 % Al und 2 - 3 % Sn behalten eine hohe mechanische Festigkeit bis 500°C.

Zirkonium hat einen geringen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Legierungen, aber seine Anwesenheit trägt zu einer Erhöhung der Kriechbeständigkeit und einer Erhöhung der Langzeitfestigkeit bei. Zirkonium ist ein wertvoller Bestandteil von Titanlegierungen.

Legierungen dieser Art sind ziemlich duktil: Sie werden warm gewalzt, gestanzt und geschmiedet, durch Argon-Lichtbogen- und Widerstandsschweißen geschweißt, durch Schneiden zufriedenstellend verarbeitet, haben eine gute Korrosionsbeständigkeit in konzentrierter Salpetersäure, in der Atmosphäre, Natriumchloridlösungen unter zyklischer Belastung und Meerwasser. Sie sind für die Herstellung von Teilen bestimmt, die bei Temperaturen von 350 bis 500 °C für Langzeitbelastung und bis 900 °C für Kurzzeitbelastung arbeiten. Legierungen werden in Form von Blechen, Stangen, Bändern, Platten, Schmiedestücken, Stanzteilen, Strangpressprofilen, Rohren und Drähten geliefert.

Bei Raumtemperatur behalten sie das Kristallgitter, das der Modifikation von a-Titan innewohnt. In den meisten Fällen werden diese Legierungen im geglühten Zustand verwendet.

Titanlegierungen mit thermodynamisch stabiler b-Phase umfassen Systeme, die Aluminium (3,0 – 4,0 %), Molybdän (7,0 – 8,0 %) und Chrom (10,0 – 15,0 %) enthalten. Dadurch geht jedoch einer der Hauptvorteile von Titanlegierungen verloren - eine relativ geringe Dichte. Dies ist der Hauptgrund, warum diese Legierungen nicht weit verbreitet sind. Nach Abschrecken von 760 - 780 ° und Alterung bei 450 - 480 ° haben sie eine Zugfestigkeit von 130 - 150 kg / mm 2 , es entspricht Stahl mit s in = 255 kg / mm 2 . Diese Festigkeit bleibt jedoch beim Erhitzen nicht erhalten, was der Hauptnachteil dieser Legierungen ist. Sie werden in Form von Blechen, Stangen und Schmiedestücken geliefert.

Die beste Eigenschaftskombination wird bei Legierungen erzielt, die aus einer Mischung von a- und b-Phasen bestehen. Aluminium ist in ihnen ein unverzichtbarer Bestandteil. Der Aluminiumgehalt erweitert nicht nur den Temperaturbereich, in dem die Stabilität der a-Phase erhalten bleibt, sondern erhöht auch die thermische Stabilität der b-Komponente. Außerdem , dieses Metall verringert die Dichte der Legierung und gleicht dadurch den Anstieg dieses Parameters aus, der mit der Einführung schwerer Legierungselemente verbunden ist. Sie haben eine gute Festigkeit und Duktilität. Sie werden zur Herstellung von Blechen, Stangen, Schmiede- und Stanzteilen verwendet, Teile aus solchen Legierungen können unter Schutzatmosphäre durch Punkt-, Stumpf- und Argon-Lichtbogenschweißen verbunden werden. Sie lassen sich zufriedenstellend bearbeiten, weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit in feuchter Atmosphäre und Meerwasser auf und haben eine gute thermische Stabilität.

Manchmal wird den Legierungen neben Aluminium und Molybdän auch eine geringe Menge Silizium zugesetzt. Dies trägt dazu bei, dass sich die Legierungen im warmen Zustand gut walzen, stanzen und schmieden lassen und auch die Kriechfestigkeit erhöht.

Titankarbid TiC und seine Legierungen sind weit verbreitet. Titankarbid hat eine hohe Härte und einen sehr hohen Schmelzpunkt, was die Hauptanwendungsgebiete bestimmt. Es wird seit langem als Bestandteil von Hartlegierungen für Schneidwerkzeuge und Gesenke verwendet. Typische titanhaltige Hartlegierungen für Schneidwerkzeuge sind die Legierungen T5K10, T5K7, T14K8, T15K6, TZ0K4 (die erste Zahl entspricht dem Titancarbid-Gehalt und die zweite - der Konzentration des zementierenden metallischen Kobalts in%). Titancarbid wird auch als Schleifmittel verwendet, sowohl in Pulver- als auch in gesinterter Form. Sein Schmelzpunkt liegt über 3000 °C. Es hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und bei niedrigen Temperaturen - Supraleitung. Das Kriechen dieser Verbindung ist bis 1800 ° C gering. Es ist bei Raumtemperatur zerbrechlich. Titancarbid ist in kalten und heißen Säuren - Salz-, Schwefel-, Phosphor-, Oxalsäure, in der Kälte - in Perchlorsäure sowie in ihren Mischungen stabil.

Hitzebeständige Materialien auf der Basis von Titankarbid legiert mit Molybdän, Tantal, Niob, Nickel, Kobalt und anderen Elementen sind weit verbreitet. Dies ermöglicht es, Materialien zu erhalten, die hohe Festigkeit, Kriech- und Oxidationsbeständigkeit von Titancarbid bei hohen Temperaturen mit Duktilität und Temperaturwechselbeständigkeit von Metallen kombinieren. Die Herstellung von hitzebeständigen Werkstoffen auf Basis anderer Karbide sowie Boride, Silizide, die unter der allgemeinen Bezeichnung keramisch-metallische Werkstoffe zusammengefasst werden, beruht auf dem gleichen Prinzip.

Legierungen auf Basis von Titancarbid behalten eine ausreichend hohe Warmfestigkeit bis 1000 - 1100°C. Sie sind sehr verschleiß- und korrosionsbeständig. Die Schlagzähigkeit von Legierungen ist gering und dies ist das Haupthindernis für ihre weite Verbreitung.

Als feuerfeste Materialien werden Titankarbid und darauf basierende Legierungen mit Karbiden anderer Metalle verwendet. Tiegel aus Titancarbid und dessen Legierung mit Chromcarbid werden nicht benetzt und treten mit geschmolzenem Zinn, Wismut, Blei, Cadmium und Zink praktisch lange nicht in Wechselwirkung. Titankarbid geschmolzenes Kupfer bei 1100 - 1300 °C und Silber bei 980 °C nicht im Vakuum, Aluminium bei 700 °C in Argonatmosphäre benetzen. Legierungen auf Basis von Titancarbid mit Wolfram- oder Tantalcarbid unter Zusatz von bis zu 15% Co bei 900 - 1000°C eignen sich lange Zeit fast nicht für die Einwirkung von geschmolzenem Natrium und Wismut.

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

Viele interessieren sich für die Frage: Was ist das härteste Metall der Welt? Es ist Titan. Der Großteil des Artikels wird dieser festen Substanz gewidmet sein. Auch mit Hartmetallen wie Chrom und Wolfram werden wir uns ein wenig vertraut machen.

9 interessante Fakten über Titan

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

Geschichte der Titanentdeckung

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

William Gregor gab seiner Entdeckung den Namen - Menakin.

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

Es ist bewiesen, dass es dem russischen Wissenschaftler Kirillov im Jahr 1875 gelungen ist, reines Titan zu gewinnen. Er veröffentlichte eine Broschüre über seine Arbeit. Die Recherchen eines wenig bekannten Russen blieben jedoch unbemerkt.

Allgemeine Informationen zu Titan

Titanlegierungen sind ein Lebensretter für Mechaniker und Ingenieure. Beispielsweise besteht ein Flugzeugkörper aus Titan. Während des Fluges erreicht es eine Geschwindigkeit, die um ein Vielfaches höher ist als die Schallgeschwindigkeit. Das Titangehäuse erwärmt sich auf über 300 Grad und schmilzt nicht.

Metal schließt die Top Ten der „Most Common Metals in Nature“ ab. Große Vorkommen wurden in Südafrika, China und viel Titan in Japan, Indien und der Ukraine gefunden.

Die gesamte Weltreserve an Titanen beträgt mehr als 700 Millionen Tonnen. Bei gleichbleibender Produktionsrate hält Titan weitere 150-160 Jahre.

Größter Produzent des härtesten Metalls der Welt ist das russische Unternehmen VSMPO-Avisma, das ein Drittel des weltweiten Bedarfs deckt.

Eigenschaften von Titan

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

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

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

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

Titanabbauprozess

Es gibt eine große Menge Titan in der Erde, aber es kostet viel Geld, es aus dem Darm zu gewinnen. Zur Herstellung wird die Jodidmethode verwendet, deren Autor Van Arkel de Boer ist.

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

Das Interessanteste aus Titan:

• Prothesen in der Medizin;
• Platinen für mobile Geräte;
• Raketenkomplexe für die Weltraumforschung;
• Rohrleitungen, Pumpen;
• Markisen, Gesimse, Außenverkleidungen von Gebäuden;
• die meisten Teile (Chassis, Haut).

Anwendungsgebiete von Titan

Titan wird aktiv im militärischen Bereich, in der Medizin und im Schmuck verwendet. Er erhielt den inoffiziellen Namen „Metall der Zukunft“. Viele Leute sagen, dass es hilft, Träume wahr werden zu lassen.

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

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

Die Konstruktion eines modernen Flugzeugs kann bis zu 20 Tonnen Titanlegierung enthalten.

Die Hauptanwendungsgebiete von Titan im Flugzeugbau:

• Raumprodukte (Kanten von Türen, Luken, Verkleidungen, Fußböden);
• stark belasteten Aggregaten und Baugruppen (Kotflügelhalterungen, Fahrwerksstreben, Hydraulikzylinder);
• Triebwerksteile (Gehäuse, Verdichterschaufeln).

Dank Titan konnte eine Person die Schallmauer passieren und in den Weltraum einbrechen. Es wurde verwendet, um bemannte Raketensysteme zu erstellen. Titan kann kosmischer Strahlung, Temperaturabfällen und Bewegungsgeschwindigkeit standhalten.

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

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

Ölfeld und Titan

Supertiefes Bohren gilt als vielversprechendes Gebiet für den Einsatz von Titanlegierungen. Um unterirdische Ressourcen zu untersuchen und zu extrahieren, ist es erforderlich, tief in den Untergrund vorzudringen - über 15.000 Meter. Aluminium-Bohrrohre zum Beispiel platzen aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft, und nur Titanlegierungen können wirklich tief gehen.

Vor nicht allzu langer Zeit wurde Titan aktiv verwendet, um Bohrlöcher auf Offshore-Shelfs zu bauen. Spezialisten verwenden Titanlegierungen als Ausrüstung:

• Ölförderanlagen;
• Druckbehälter;
• Tiefwasserpumpen, Rohrleitungen.

Titan im Sport, Medizin

Titan ist aufgrund seiner Festigkeit und Leichtigkeit im Sportbereich äußerst beliebt. Vor Jahrzehnten wurden Titanlegierungen verwendet, um ein Fahrrad herzustellen, das erste Sportgerät aus dem härtesten Material der Welt. Ein modernes Fahrrad besteht aus einem Titankörper, den gleichen Brems- und Sitzfedern.

Titan-Golfschläger wurden in Japan entwickelt. Diese Leuchten sind leicht und langlebig, aber extrem teuer.

Die meisten Gegenstände, die in den Rucksäcken von Kletterern und Reisenden liegen, sind aus Titan - Geschirr, Sets zur Essenszubereitung, Ständer zur Stärkung von Zelten. Eispickel aus Titan sind sehr beliebte Sportgeräte.

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

Ein weiteres Anwendungsgebiet des Metalls der Zukunft ist die Herstellung von Prothesen. Titan "kombiniert" perfekt mit dem menschlichen Körper. Ärzte haben diesen Prozess als "wahre Verwandtschaft" bezeichnet. Titanstrukturen sind sicher für Muskeln und Knochen, lösen selten allergische Reaktionen aus und kollabieren nicht unter dem Einfluss von Körperflüssigkeiten. Titanprothesen sind langlebig und halten enormen körperlichen Belastungen stand.

Titan ist ein erstaunliches Metall. Es hilft einem Menschen, in verschiedenen Lebensbereichen beispiellose Höhen zu erreichen. Er wird für seine Stärke, Leichtigkeit und seinen langjährigen Dienst geliebt und verehrt.

Chrom ist eines der härtesten Metalle.

Wissenswertes über Chrom

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

Chrommetalleigenschaften

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

Mehr als 15.000 Tonnen reines Chrom werden pro Jahr verbraucht. Das britische Unternehmen „Bell Metals“ gilt als führend in der Herstellung von reinstem Chrom.

Chrom wird vor allem in den USA, den westlichen Ländern Europas und Japan verbraucht. Der Chrommarkt ist volatil und die Preise umfassen eine große Bandbreite.

Anwendungsgebiete von Chrom

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

Chrom wird Stahl hinzugefügt, um die physikalischen Eigenschaften des Metalls zu verbessern. Diese Legierungen sind in der Eisenmetallurgie am gefragtesten.

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

Heizöfen bestehen aus Stahl, der zu einem Drittel Chrom enthält.

Was wird sonst noch aus Chrom?

1. Fässer mit Schusswaffen.
2. U-Boot-Korps.
3. Ziegel, die in der Metallurgie verwendet werden.

Ein weiteres extrem hartes Metall ist Wolfram.

Wissenswertes über Wolfram

1. Der Name des Metalls in der Übersetzung aus dem Deutschen ("Wolf Rahm") bedeutet "Wolfsschaum".
2. Es ist das feuerfestste Metall der Welt.
3. Wolfram hat eine hellgraue Tönung.
4. Das Metall wurde Ende des 18. Jahrhunderts (1781) von dem Schweden Karl Scheele entdeckt.
5. Wolfram schmilzt bei 3422 Grad, siedet bei 5900.
6. Das Metall hat eine Dichte von 19,3 g/cm³.
7. Atommasse - 183,85, ein Element der Gruppe VI im Periodensystem von Mendelejew (Seriennummer - 74).

Wolframabbauprozess

Wolfram gehört zu einer großen Gruppe seltener Metalle. Es enthält auch Rubidium und Molybdän. Diese Gruppe zeichnet sich durch eine geringe Prävalenz von Metallen in der Natur und einen geringen Verbrauch aus.

Die Wolframproduktion besteht aus 3 Stufen:

• Trennung von Metall vom Erz, seine Ansammlung in Lösung;
• Auswahl einer Verbindung, deren Reinigung;
• Trennung von reinem Metall von der fertigen chemischen Verbindung.
• Ausgangsmaterial für die Herstellung von Wolfram sind Scheelit und Wolframit.

Anwendungen von Wolfram

Wolfram ist das Rückgrat der zähesten Legierungen. Es wird verwendet, um Flugzeugmotoren, Teile für elektrische Vakuumgeräte und Filamente herzustellen.
Die hohe Dichte des Metalls ermöglicht die Verwendung von Wolfram zur Herstellung von ballistischen Raketen, Kugeln, Gegengewichten und Artilleriegeschossen.

Verbindungen auf Wolframbasis werden für die Verarbeitung anderer Metalle, im Bergbau (Brunnenbohren), Farben und Lacken und Textilien (als Katalysator für die organische Synthese) verwendet.

Komplexe Wolframverbindungen werden verwendet zur Herstellung von:

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

Titan, Chrom und Wolfram führen die Liste der „härtesten Metalle der Welt“ an. Sie werden in vielen Bereichen der menschlichen Tätigkeit eingesetzt - in der Luftfahrt und Raketentechnik, im Militär, im Bauwesen und gleichzeitig ist dies keine vollständige Palette von Metallanwendungen.

Viele interessieren sich für das etwas mysteriöse und nicht vollständig verstandene Titan - ein Metall, dessen Eigenschaften etwas mehrdeutig sind. Metal ist sowohl das stärkste als auch das zerbrechlichste.

Das härteste und zerbrechlichste Metall

Es wurde von zwei Wissenschaftlern im Abstand von 6 Jahren entdeckt - dem Engländer W. Gregor und dem Deutschen M. Klaproth. Der Name des Titanen ist einerseits mit den mythischen Titanen, übernatürlich und furchtlos, verbunden, andererseits mit Titania, der Königin der Feen.
Es ist eines der am häufigsten vorkommenden Materialien in der Natur, aber der Prozess zur Gewinnung von reinem Metall ist besonders komplex.

22 chemisches Element der Tabelle von D. Mendeleev Titan (Ti) gehört zur 4. Gruppe der 4. Periode.

Die Farbe von Titan ist silbrig-weiß mit ausgeprägtem Glanz. Seine Highlights schimmern in allen Farben des Regenbogens.

Es gehört zu den Refraktärmetallen. Es schmilzt bei einer Temperatur von +1660 ° C (± 20 °). Titan ist paramagnetisch: Es wird in einem Magnetfeld nicht magnetisiert und nicht herausgedrückt.
Das Metall zeichnet sich durch geringe Dichte und hohe Festigkeit aus. Die Besonderheit dieses Materials liegt jedoch darin, dass selbst minimale Verunreinigungen anderer chemischer Elemente seine Eigenschaften radikal verändern. In Gegenwart eines unbedeutenden Anteils anderer Metalle verliert Titan seine Hitzebeständigkeit und ein Minimum an nichtmetallischen Bestandteilen in seiner Zusammensetzung macht die Legierung spröde.
Diese Funktion bestimmt das Vorhandensein von 2 Arten von Materialien: rein und technisch.

1. Reintitan wird dort eingesetzt, wo eine sehr leichte Substanz benötigt wird, die hohen Belastungen und ultrahohen Temperaturbereichen standhält.
2. Das technische Material wird dort eingesetzt, wo auf Parameter wie Leichtigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit Wert gelegt wird.

Der Stoff hat die Eigenschaft der Anisotropie. Dies bedeutet, dass das Metall seine physikalischen Eigenschaften basierend auf der aufgebrachten Kraft ändern kann. Diese Eigenschaft sollten Sie bei der Planung des Materialeinsatzes beachten.

Titan verliert seine Festigkeit bei der geringsten Anwesenheit von Verunreinigungen anderer Metalle

Untersuchungen der Titaneigenschaften unter normalen Bedingungen bestätigen seine Trägheit. Der Stoff reagiert nicht auf Elemente, die sich in der umgebenden Atmosphäre befinden.
Die Änderung der Parameter beginnt, wenn die Temperatur auf + 400 ° C und darüber ansteigt. Titan reagiert mit Sauerstoff, kann sich in Stickstoff entzünden und Gase aufnehmen.
Diese Eigenschaften machen es schwierig, eine reine Substanz und ihre Legierungen zu erhalten. Die Titanproduktion basiert auf dem Einsatz teurer Vakuumanlagen.

Titan und Konkurrenz mit anderen Metallen

Dieses Metall wird ständig mit Aluminium- und Eisenlegierungen verglichen. Viele chemische Eigenschaften von Titan sind deutlich besser als die der Konkurrenz:

1. In Bezug auf die mechanische Festigkeit übertrifft Titan Eisen um das 2-fache und Aluminium um das 6-fache. Seine Festigkeit nimmt mit abnehmender Temperatur zu, was bei Wettbewerbern nicht beobachtet wird.
   Die Korrosionsschutzeigenschaften von Titan sind deutlich höher als die anderer Metalle.
2. Bei Umgebungstemperatur ist das Metall absolut inert. Wenn die Temperatur jedoch über + 200 ° C steigt, beginnt die Substanz Wasserstoff aufzunehmen und ändert ihre Eigenschaften.
3. Bei höheren Temperaturen reagiert Titan mit anderen chemischen Elementen. Es hat eine hohe spezifische Festigkeit, die 2x höher ist als die Eigenschaften der besten Eisenlegierungen.
4. Die Korrosionsschutzeigenschaften von Titan sind deutlich höher als die von Aluminium und Edelstahl.
5. Die Substanz leitet den Strom nicht gut. Titan hat einen 5-mal höheren spezifischen Widerstand als Eisen, 20-mal höher als Aluminium und 10-mal höher als Magnesium.
6. Titan hat aufgrund seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Es ist 3 mal weniger als das von Eisen und 12 mal weniger als das von Aluminium.
   

Wie bekommt man Titan?

In Bezug auf die Verbreitung in der Natur rangiert das Material an 10. Stelle. Es gibt etwa 70 Mineralien, die Titan in Form von Titansäure oder Titandioxid enthalten. Die häufigsten von ihnen mit einem hohen Anteil an Metallderivaten:

• Ilmenit;
• Rutil;
• Anatas;
• Perowskit;
• Brookit.

Die Hauptvorkommen von Titanerzen befinden sich in den USA, Großbritannien, Japan, große Vorkommen davon wurden in Russland, der Ukraine, Kanada, Frankreich, Spanien, Belgien entdeckt.

Der Abbau von Titan ist ein teurer und arbeitsintensiver Prozess

Metall von ihnen zu bekommen ist sehr teuer. Wissenschaftler haben 4 Methoden zur Titanherstellung entwickelt, von denen jede ein Arbeiter ist und effektiv in der Industrie eingesetzt wird:

1. Thermisches Verfahren mit Magnesium. Die extrahierten Rohstoffe mit Titanverunreinigungen werden verarbeitet und Titandioxid wird gewonnen. Dieser Stoff wird in Bergwerks- oder Salzchlorinatoren bei erhöhten Temperaturen gechlort. Das Verfahren ist sehr langsam und wird in Gegenwart eines Kohlenstoffkatalysators durchgeführt. In diesem Fall wird festes Kohlendioxid in eine gasförmige Substanz umgewandelt - Titantetrachlorid. Das resultierende Material wird mit Magnesium oder Natrium reduziert. Die bei der Reaktion gebildete Legierung wird in einer Vakuumanlage auf ultrahohe Temperaturen erhitzt. Als Ergebnis der Reaktion kommt es zur Verdampfung von Magnesium und seinen Verbindungen mit Chlor. Am Ende des Prozesses wird ein schwammartiges Material erhalten. Es wird geschmolzen und es wird hochwertiges Titan gewonnen.
2. Calciumhydrid-Methode. Das Erz wird chemisch umgesetzt, um Titanhydrid zu produzieren. Der nächste Schritt ist die Trennung des Stoffes in seine Bestandteile. Titan und Wasserstoff werden beim Erhitzen in Vakuumanlagen freigesetzt. Am Ende des Prozesses wird Calciumoxid erhalten, das mit schwachen Säuren gewaschen wird. Die ersten beiden Methoden beziehen sich auf die industrielle Produktion. Sie ermöglichen es, in kürzester Zeit zu relativ geringen Kosten Reintitan zu gewinnen.
3. Elektrolyse-Methode. Titanverbindungen sind hohen Strömen ausgesetzt. Je nach Einsatzstoff werden die Verbindungen in Komponenten unterteilt: Chlor, Sauerstoff und Titan.
4. Jodid-Methode oder Raffination. Aus Mineralien gewonnenes Titandioxid wird mit Joddampf übergossen. Als Ergebnis der Reaktion wird Titaniodid gebildet, das auf eine hohe Temperatur erhitzt wird - + 1300 ... + 1400 ° C und einem elektrischen Strom ausgesetzt wird. Dabei werden die Komponenten vom Ausgangsmaterial getrennt: Jod und Titan. Das nach diesem Verfahren erhaltene Metall weist keine Verunreinigungen oder Zusätze auf.

Einsatzgebiete

Die Verwendung von Titan hängt vom Grad seiner Reinigung von Verunreinigungen ab. Das Vorhandensein selbst einer geringen Menge anderer chemischer Elemente in der Zusammensetzung der Titanlegierung ändert ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften radikal.

Titan mit einem gewissen Anteil an Verunreinigungen wird als technisches Titan bezeichnet. Es hat hohe Korrosionsbeständigkeitsindikatoren, es ist ein leichtes und sehr langlebiges Material. Seine Anwendung hängt von diesen und anderen Indikatoren ab.

• In der chemischen Industrie Wärmetauscher mit verschiedenen Durchmessern von Rohren, Fittings, Gehäusen und Teilen für Pumpen für verschiedene Zwecke werden aus Titan und seinen Legierungen hergestellt. Der Stoff ist dort unersetzlich, wo hohe Festigkeit und Beständigkeit gegen Säuren gefordert sind.
• Auf Transport Titan wird zur Herstellung von Teilen und Baugruppen für Fahrräder, Autos, Eisenbahnwaggons und Züge verwendet. Die Verwendung des Materials reduziert das Gewicht von Schienenfahrzeugen und Autos, verleiht Fahrradteilen Leichtigkeit und Festigkeit.
• Titan ist von großer Bedeutung in der Marineabteilung... Teile und Elemente von Rümpfen für U-Boote, Propeller für Boote und Hubschrauber werden daraus hergestellt.
• In der Baubranche Zink-Titan-Legierung verwendet wird. Es wird als Veredelungsmaterial für Fassaden und Dächer verwendet. Diese sehr starke Legierung hat eine wichtige Eigenschaft: Sie kann verwendet werden, um architektonische Teile mit der fantastischsten Konfiguration herzustellen. Er kann jede Form annehmen.
• In den letzten zehn Jahren wurde Titan häufig verwendet in der Ölindustrie... Seine Legierungen werden bei der Herstellung von Ausrüstungen für Supertiefbohrungen verwendet. Das Material wird zur Herstellung von Ausrüstungen für die Offshore-Produktion von Öl und Gas verwendet.

Titan hat ein sehr breites Anwendungsspektrum

Reines Titan hat seine eigenen Anwendungen. Es wird dort benötigt, wo hohe Temperaturbeständigkeit gefordert ist und gleichzeitig die Festigkeit des Metalls erhalten bleiben muss.

Es wird verwendet in :

• Flugzeugbau und Raumfahrtindustrie zur Herstellung von Außenhautteilen, Rümpfen, Befestigungselementen, Fahrgestellen;
• Medizin für die Prothetik und die Herstellung von Herzklappen und anderen Apparaten;
• Geräte für Arbeiten im kryogenen Bereich (hier nutzen sie die Eigenschaft von Titan - mit abnehmender Temperatur nimmt die Festigkeit des Metalls zu und seine Plastizität geht nicht verloren).

Prozentual gesehen sieht der Einsatz von Titan zur Herstellung verschiedener Materialien so aus:

• 60% werden für die Herstellung von Farben verwendet;
• Plastik verbraucht 20 %;
• 13% werden in der Papierherstellung verwendet;
• Der Maschinenbau verbraucht 7% des produzierten Titans und seiner Legierungen.

Die Rohstoffe und das Verfahren zur Gewinnung von Titan sind teuer, die Kosten seiner Herstellung werden durch die Lebensdauer von Produkten aus diesem Stoff, seine Fähigkeit, sein Aussehen über die gesamte Betriebsdauer nicht zu verändern, ausgeglichen und bezahlt.

Titan- eines der mysteriösen, wenig erforschten Makroelemente in der Wissenschaft und im menschlichen Leben. Obwohl es nicht umsonst das "kosmische" Element genannt wird, da es wird in den fortgeschrittenen Zweigen der Wissenschaft, Technik, Medizin und in vielen anderen Bereichen aktiv eingesetzt - es ist ein Element der Zukunft.

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

Die Entdeckung dieses chemischen Elements gehört dem großen Mineralienliebhaber, dem Engländer William McGregor. Seinen Namen verdankt Titan jedoch dem Chemiker Martin Heinrich Klaproth, der es unabhängig von McGregor entdeckte.

Vorschläge über die Gründe, warum dieses Metall "Titan" genannt wurde, sind romantisch. Nach einer Version ist der Name mit den antiken griechischen Göttern Titanen verbunden, deren Eltern der Gott Uranus und die Göttin Gaia waren, aber nach der zweiten kommt er vom Namen der Königin der Feen - Titania.

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

Titan-Aktion

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

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

Titan wird besser über den Magen-Darm-Trakt resorbiert (1-3%), aber nur etwa 1% wird über die Atemwege resorbiert, aber sein Gehalt ist im Körper konzentriert wie in der Lunge (30%). Was ist der Grund dafür? Nachdem Sie alle oben genannten Zahlen analysiert haben, können Sie mehrere Schlussfolgerungen ziehen. Erstens wird Titan im Allgemeinen schlecht vom Körper aufgenommen. Zweitens wird Titan über den Magen-Darm-Trakt mit Kot (0,52 mg) und Urin (0,33 mg) ausgeschieden, in der Lunge ist ein solcher Mechanismus jedoch schwach oder fehlt vollständig, da die Titankonzentration in diesem Organ mit dem Alter praktisch ansteigt . Was ist der Grund für eine so hohe Konzentration bei einer so schwachen Absorption? Dies liegt höchstwahrscheinlich an dem ständigen Angriff auf unseren Staubkörper, in dem der Titan-Anteil immer vorhanden ist. Darüber hinaus müssen in diesem Balken unsere Ökologie und das Vorhandensein von Industrieanlagen in der Nähe von Siedlungen berücksichtigt werden.

Im Vergleich zur Lunge bleibt der Gehalt an Makronährstoffen in anderen Organen wie Milz, Nebenniere, Schilddrüse lebenslang unverändert. Das Vorhandensein des Elements wird auch in Lymphe, Plazenta, Gehirn, menschlicher Muttermilch, Knochen, Nägeln, Haaren, Augenlinsen und Epithelgeweben beobachtet.

Titan ist in den Knochen an der Verschmelzung nach Frakturen beteiligt. Ein positiver Effekt wird auch bei den Erholungsprozessen beobachtet, die in den beschädigten beweglichen Gelenken der Knochen bei Arthritis und Arthrose auftreten. Dieses Metall ist ein starkes Antioxidans. Durch die Abschwächung der Wirkung freier Radikale auf Haut und Blutzellen schützt es den gesamten Körper vor vorzeitiger Alterung und Abnutzung.

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

Die negative Wirkung von Titan auf den Körper ist darauf zurückzuführen, dass es ist ein Schwermetall... Im Körper angekommen, wird es nicht abgebaut oder zersetzt, sondern setzt sich in den Organen und Geweben eines Menschen ab, vergiftet es und stört lebenswichtige Prozesse. Es korrodiert nicht und ist beständig gegen die Einwirkung von Alkalien und Säuren, daher kann der Magensaft nicht darauf einwirken.

Titanverbindungen haben die Fähigkeit, kurzwellige ultraviolette Strahlung zu blockieren und werden nicht durch die Haut absorbiert, sodass sie zum Schutz der Haut vor ultravioletter Strahlung verwendet werden können.

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

Tagessatz - wozu braucht man ein chemisches Element?

Die tägliche Norm eines Makronährstoffs ist darauf zurückzuführen, dass der menschliche Körper etwa 20 mg Titan enthält, davon 2,4 mg in der Lunge. Jeden Tag nimmt der Körper mit der Nahrung 0,85 mg der Substanz auf, mit Wasser - 0,002 mg und mit Luft - 0,0007 mg. Die tägliche Norm für Titan ist sehr bedingt, da die Folgen seines Einflusses auf die Organe nicht vollständig verstanden sind. Es entspricht ungefähr 300-600 mcg pro Tag. Es gibt keine klinischen Daten zu den Folgen einer Überschreitung dieser Norm - alles befindet sich im Stadium der experimentellen Forschung.

Mangel an Titan

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

Die Wirkung von überschüssigem Titan auf den Körper

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

Eine große Gefahr geht von einer systematischen Erhöhung der Konzentration des Makronährstoffs in den Atmungsorganen aus. Dies führt zu einer Schädigung des Atmungs- und Lymphsystems. Es besteht auch ein direkter Zusammenhang zwischen dem Grad der Silikose und dem Gehalt des Elements in den Atmungsorganen. Je mehr Inhalt, desto schwerer schreitet die Krankheit fort.

Bei Personen, die in chemischen und metallurgischen Anlagen arbeiten, wird ein Überschuss an Schwermetallen beobachtet. Am gefährlichsten ist Titanchlorid - in 3 Arbeitsjahren beginnt die Manifestation schwerer chronischer Krankheiten.

Solche Krankheiten werden mit speziellen Medikamenten und Vitaminen behandelt.

Was sind die Quellen?

Das Element gelangt hauptsächlich über Nahrung und Wasser in den menschlichen Körper. Das meiste davon ist in Hülsenfrüchten (Erbsen, Bohnen, Linsen, Bohnen) und Getreide (Roggen, Gerste, Buchweizen, Hafer) enthalten. Seine Anwesenheit zeigte sich in Milch- und Fleischgerichten sowie in Eiern. Pflanzen enthalten mehr von diesem Element als Tiere. Sein Gehalt ist besonders hoch an Algen - buschiger Cladophor.

Alle Lebensmittel, die Lebensmittelfarbstoff E171 enthalten, enthalten dieses Metalldioxid. Es wird bei der Herstellung von Saucen und Gewürzen verwendet. Der Schaden dieses Zusatzes ist fraglich, da Titanoxid in Wasser und Magensaft praktisch unlöslich ist.

Anwendungsgebiete

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

Das Dioxid dieser Substanz wird zur Behandlung von Hautkrankheiten wie Cheilitis, Herpes, Akne, Entzündungen der Mundschleimhaut verwendet. Ihnen wurde ein Hämangiom im Gesicht entfernt.

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

Aquacomplex Glycerosolvat Makronährstoff fördert die Heilung von ulzerativen Wunden.

Es gibt viele Möglichkeiten für Wissenschaftler auf der ganzen Welt, das Element der Zukunft zu untersuchen, da seine physikalisch-chemischen Eigenschaften hoch sind und der Menschheit unbegrenzten Nutzen bringen können.