خواص تیتانیوم
استحکام بالا، چگالی کم
تیتانیوم خالص با استحکام خاص خود با مقاومت کششی تا 590 مگاپاسکال مشخص می شود. در شکل آلیاژ، این استحکام به طور قابل توجهی تا 1250 مگاپاسکال (آلیاژ Ti-15Mo{3}}Zr-3آلیاژ درجه AI) افزایش می یابد.
استحکام خستگی آن تقریباً نصف استحکام کششی آن است و هنگام جوشکاری یا غوطه ور شدن در آب دریا کاهش نمی یابد.
تیتانیوم جزء مناسبی برای کاربردهایی است که به ترکیبی منحصر به فرد از استحکام و سبکی مواد نیاز دارند.
چگالی: 4.506 گرم بر سانتی متر 3
مقاومت کششی: حداقل 200 مگاپاسکال تا بیش از 1300 مگاپاسکال (بر اساس خلوص و ترکیب آلیاژ متفاوت است)
مقاومت در برابر خوردگی
از آنجایی که تیتانیوم خالص به راحتی با اکسیژن واکنش می دهد، به طور طبیعی یک لایه اکسیدی ایجاد می کند که از آن در برابر مواد و محیط های خورنده محافظت می کند. در برابر خوردگی ترکیبات کلر، آب دریا، اسیدهای معمولی و دماهای شدید مقاومت می کند.
مقاوم در برابر آتش
یکی دیگر از ویژگی های تیتانیوم خاصیت فلز نسوز آن است. نقطه ذوب آن بیش از 1650 درجه است که به طور قابل توجهی بالاتر از آلومینیوم و فولاد است. در عین حال، ضریب انبساط حرارتی آن 8.6 میکرومتر/(m·K) است که کمتر از فولاد و مس است.
کاربردهای تیتانیوم
صنعت هوافضا
به دلیل درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای تیتانیوم، این ماده در ساخت اجزای هواپیما (اجزای بدنه و بست)، اجزای سیستم هیدرولیک و ارابه فرود استفاده می شود.
هواپیمای نظامی لاکهید SR{0}} بلک برد که عمدتاً از تیتانیوم ساخته شده است، به دلیل سرعت و کارایی طراحی آن ارزشمند است. اگرچه هواپیمای جاسوسی رادارگریز در اواخر دهه 1990 بازنشسته شد، سازندگان هواپیما همچنان از آلیاژهای تیتانیوم در هواپیماهای مدرن برای افزایش قدرت و کاهش وزن استفاده می کنند.
تجهیزات دریایی
تیتانیوم دارای سطح بالایی از مقاومت در برابر خوردگی در برابر آب دریا است که آن را به یک جزء مناسب برای دکل های حفاری کشتی، تیغه ها و شفت پروانه ها و سایر اجزای غوطه ور در آب تبدیل می کند.
برنامه های ورزشی
نسبت استحکام به وزن بالای تیتانیوم خود را به طیف وسیعی از کاربردها در صنعت ورزش می رساند. این ماده به عنوان اجزای سازنده در کالاهای ورزشی مانند راکت تنیس، چوب بیسبال، چوب گلف، قاب دوچرخه و تجهیزات اسکی استفاده می شود.
صنعت پزشکی
تیتانیوم به دلیل بی اثر بودن و غیرسمی بودن آن در طیف گسترده ای از کاربردهای پزشکی از جمله ایمپلنت های جراحی، ایمپلنت های دندانی، ابزارهای جراحی و دستگاه های دسترسی استفاده می شود.
آتش بازی
پودر تیتانیوم جرقه های سفید روشن تولید می کند و در آتش بازی استفاده می شود.
رنگدانه
دی اکسید تیتانیوم (شکل اکسید طبیعی فلز) به عنوان یک عامل سفید کننده در رنگ، پلاستیک و خمیر دندان استفاده می شود.
جواهر سازی
زیست سازگاری تیتانیوم، نسبت استحکام به وزن بالا و خواص مقاوم در برابر خوردگی در صنعت جواهرسازی بسیار مفید است، جایی که می توان از آن برای ساخت دستبند، حلقه و گردنبند استفاده کرد.
تولید و فرآوری
تیتانیوم خالص به راحتی با اکسیژن واکنش می دهد و بیشتر تیتانیوم در طبیعت به شکل سنگ معدن یا "اسفنج" به ویژه روتیل (TiO2) یا ایلمنیت (FeTiO3) یافت می شود. فرآیند کرول TiO2 را از سنگ معدن از طریق فرآیند احیا در حضور کلر استخراج می کند و تتراکلرید تیتانیوم (TiCl 4) تولید می کند. پس از خالص سازی با تقطیر جزئی، TiCl4 توسط فلز منیزیم مذاب در یک ظرف تنظیم شده با دما کاهش می یابد تا فلز تیتانیوم خالص تولید شود.
از نظر آلیاژها، تیتانیوم با فلزاتی مانند آلومینیوم، وانادیوم، قلع و/یا پالادیوم ترکیب می شود. ترکیبهای مختلف فهرستی از نمرات تیتانیوم در دستههای آلفا و بتا ایجاد میکنند. هر درجه برای یک کاربرد خاص بر اساس عملکرد حاصل طراحی شده است.
عملیات حرارتی استحکام آلیاژهای تیتانیوم را افزایش می دهد، به ویژه از نظر مقاومت در برابر خستگی، پایداری خزش و یکپارچگی شکست. شرایط عملیات حرارتی برای بهینه سازی خواص فیزیکی مواد به شدت به ترکیب آلیاژ بستگی دارد.
