Metaal Profiel: Titanium Eigenschappen en Kenmerken

Titanium is een sterk en lichtgewicht vuurvast metaal. Legeringen van titanium zijn cruciaal voor de lucht- en ruimtevaartindustrie, maar worden door hun talrijke unieke eigenschappen ook gebruikt in medische, chemische en militaire toepassingen, evenals in sportartikelen.

Eigenschappen:

• Atoomgetal: Ti
• Atoomgetal: 22
• Element Categorie: Overgangsmetaal
• Dichtheid: 4. 506 / cm3
• Smeltpunt: 3034 ° F (1668 ° C )
• Kookpunt: 5949 ° F (3287 ° C)

• Moh's Hardness: 6

Kenmerken:

Legeringen die titanium bevatten zijn bekend om hun hoge sterkte, lichtgewicht en uitzonderlijke corrosiebestendigheid.

Ondanks zijn sterkte als staal, is titanium ongeveer 40% lichter in gewicht, die samen met zijn weerstand tegen cavitatie en erosie het een essentieel structureel metaal voor luchtvaarttechnici maakt.

Titanium is ook formidabel in zijn weerstand tegen corrosie door zowel water als chemische media. Dit doet dit door het vormen van een dunne laag titaandioxide (TiO2) op het oppervlak dat extreem moeilijk is om deze materialen door te dringen.

Met een lage elasticiteitsmodule betekent dat titanium niet ook erg flexibel is, maar terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm na buigen, waardoor het belangrijk is om geheugenlegeringen te vormen.

Titanium is niet-magnetisch en biocompatibel (niet giftig, niet allergisch), wat heeft geleid tot het toenemende gebruik ervan op medisch gebied.

Geschiedenis:

Het gebruik van titaniummetaal, in welke vorm dan ook, is pas echt ontwikkeld na de Tweede Wereldoorlog.

In feite werd titanium niet geïsoleerd als metaal totdat de Amerikaanse chemicus Matthew Hunter het produceerde door titaniumtetrachloride (TiCl4) te reduceren met natrium in 1910; Een methode nu bekend als het Hunter-proces.

De commerciële productie kwam echter pas nadat William Justin Kroll toonde aan dat titanium ook in de jaren dertig van chloride in magnesium kon worden gereduceerd.

Het Kroll-proces blijft tot nu toe de belangrijkste commerciële productiemethode.

Nadat een kosteneffectieve productiemethode werd ontwikkeld, was het eerste grote gebruik van titanium in militaire vliegtuigen. Zowel de Sovjet- als de Amerikaanse militaire vliegtuigen en duikboten (zoals Sovjet Alfa en Submarines van Mike Class en de USAF F100 Super Saber en Lockheed A-12), ontworpen in de jaren 1950 en 1960, begonnen met gebruik te maken van titanium legeringen. Begin 1960's werden titanium legeringen ook gebruikt door commerciële vliegtuigfabrikanten.

Het medisch veld, met name tandheelkundige implantaten en prothetica, werd wakker geworden na het gebruik van titanium na de zweedse doktor Per-Ingvar Brånemark's studies uit de jaren 1950. Toen bleek dat titanium geen negatief immuunrespons bij mensen heeft, waardoor het metaal in ons lichaam kan integreren een proces dat hij noemde osseointegration .

Productie:

Hoewel titanium de vierde meest voorkomende metalen elementen in de aardkorst is (achter aluminium, ijzer en magnesium), is de productie van titaniummetaal uiterst gevoelig voor verontreiniging, met name door zuurstof, die voor haar relatief recente ontwikkeling en hoge kosten.

De belangrijkste ertsen die in de primaire productie van titanium worden gebruikt, zijn ilmeniet, die ongeveer 90% van de productie vertegenwoordigt en rutiel, die voor de resterende 10% uitmaken.

Ongeveer 6. 3 miljoen ton titanium mineraalconcentraat is in 2010 geproduceerd, hoewel slechts een kleine fractie (ongeveer 5%) van titaniumconcentraat elk jaar uiteindelijk eindigt in titaniummetaal. In plaats hiervan wordt het meeste gebruikt in de productie van titaniumdioxide (TiO2), een whitening pigment gebruikt in verf, voedsel, medicijnen en cosmetica.

In de eerste stap van het Kroll-proces wordt titaniumerts geplet en verwarmd met kokskool in een chlooratmosfeer om titaniumtetrachloride (TiCl4) te produceren. Het chloride wordt dan gevangen en door een condensor gestuurd, die een titaniumchloride vloeistof produceert die meer 99% zuiver is.

Het titaniumtetrachloride wordt dan direct verzonden in vaten die gesmolten magnesium bevatten. Om zuurstofverontreiniging te vermijden wordt dit inert door de toevoeging van argongas.

Tijdens het bijbehorende destillatieproces, dat een aantal dagen kan duren, wordt het vat verwarmd tot 1832 ° F (1000 ° C). Het magnesium reageert met het titaniumchloride, het verwijderen van het chloride en het produceren van elementair titanium en magnesiumchloride.

Het vezelachtige titanium dat als resultaat wordt geproduceerd, wordt titanium spons genoemd. Om titaniumlegeringen en hoge zuiverheid titanium ingots te produceren, kan titanium spons worden gesmolten met verschillende legeringselementen met behulp van elektronenbundel, plasma-boog of smeltvakken.

In de hoop om de winningskosten van titanium te verminderen blijven de elektrolytische en andere processen voor het produceren van titaniummetaal actief onderzocht.

Vanwege zijn strategische aard kan statistieken over titaniummetaalproductie moeilijk zijn om te komen. Er wordt echter geschat dat de totale wereld titanium sponsproductie in 2010 ongeveer 150.000 ton bedraagt. De grootste producerende landen zijn China, Japan, Rusland, Kazachstan en de Verenigde Staten. Grote titanium sponsproducenten omvatten VSMPO (Rusland), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanium Industry (China), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (China) en Osaka Titanium Technology Co. (Japan).

Toepassingen:

Titaniummetaallegeringen worden voornamelijk gebruikt in de volgende industrieën:

• Luchtvaart
• Militair
• Medisch
• Chemisch
• Sportartikelen

De afgelopen decennia zijn vliegtuigen Fabrikanten hebben steeds meer gewerkt aan titanium als een belangrijk structurele component. Vanaf het eerste gebruik in de vroege jaren zestig is het gemiddelde titaniumgehalte in Boeing's commerciele luchtvaartmaatschappijen gestegen van ongeveer 2% lichaamsgewicht tot ongeveer 15%. Meer …

Bronnen:

TIMET Video: Het Kroll-proces.Beschikbaar op de International Titanium Association website: // www. titanium. org
Het Geologische Survey van Amerika: Titanium. // mineralen. USGS. gov / mineralen / pubs / commodity / titanium /
Vulcan, Tom. 2010. Titanium: Het Metaal van de Goden . Hardassetinvestor. com.

Volg Terence op Google+