Το τιτάνιο είναι ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό 22 στον περιοδικό πίνακα, ο τέταρτος κύκλος των στοιχείων της υποομάδας, δηλαδή η ομάδα IV Β, εκτός από το τιτάνιο, υπάρχουν και το ζιρκόνιο, το άφνιο και τα κοινά τους χαρακτηριστικά είναι το υψηλό σημείο τήξης, σε θερμοκρασία δωματίου στην επιφάνειά του για να σχηματιστεί ένα σταθερό φιλμ οξειδίου.
Δέκα χαρακτηριστικά του τιτανίου
1.μικρή πυκνότητα, υψηλή αντοχή, μεγάλη ειδική αντοχή
Η πυκνότητα του τιτανίου είναι 4,51 g/cm3, δηλαδή το 57% του χάλυβα, το τιτάνιο είναι λιγότερο από δύο φορές βαρύτερο από το αλουμίνιο και η αντοχή του είναι τριπλάσια από αυτή του αλουμινίου. Η ειδική αντοχή (λόγος αντοχής/πυκνότητας) του κράματος τιτανίου είναι η μεγαλύτερη στα κοινά βιομηχανικά κράματα (βλ. Πίνακα 1) και η ειδική αντοχή του κράματος τιτανίου είναι 3,5 φορές εκείνη του ανοξείδωτου χάλυβα, 1,3 φορές εκείνη του κράματος αλουμινίου και 1,7 φορές αυτό του κράματος μαγνησίου, επομένως είναι απαραίτητο δομικό υλικό για την αεροδιαστημική βιομηχανία.
2. εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση
Η παθητικότητα του τιτανίου εξαρτάται από την ύπαρξη φιλμ οξειδίου και η αντίστασή του στη διάβρωση στα οξειδωτικά μέσα είναι πολύ καλύτερη από ότι στα αναγωγικά μέσα. Υψηλά ποσοστά διάβρωσης εμφανίζονται στα μέσα μείωσης. Το τιτάνιο δεν διαβρώνεται σε ορισμένα διαβρωτικά μέσα, όπως το θαλασσινό νερό, το υγρό χλώριο, τα διαλύματα χλωρίτη και υποχλωριώδους άλατος, νιτρικό οξύ, χρωμικό οξύ, χλωριούχα μέταλλα, σουλφίδια και οργανικά οξέα. Ωστόσο, στο μέσο που αντιδρά με το τιτάνιο για την παραγωγή υδρογόνου (όπως το υδροχλωρικό οξύ και το θειικό οξύ), το τιτάνιο έχει συνήθως υψηλό ρυθμό διάβρωσης. Ωστόσο, εάν μια μικρή ποσότητα οξειδωτικού παράγοντα προστεθεί στο οξύ, θα σχηματιστεί ένα φιλμ παθητικοποίησης στην επιφάνεια του τιτανίου. Επομένως, στο μείγμα ισχυρού θειικού οξέος - νιτρικού οξέος ή υδροχλωρικού οξέος - νιτρικού οξέος, ακόμη και σε υδροχλωρικό οξύ που περιέχει ελεύθερο χλώριο, το τιτάνιο είναι ανθεκτικό στη διάβρωση. Το προστατευτικό φιλμ οξειδίου του τιτανίου σχηματίζεται συχνά όταν το μέταλλο χτυπά το νερό, ακόμη και σε μικρές ποσότητες νερού ή υδρατμών. Εάν το τιτάνιο εκτεθεί σε ένα ισχυρό οξειδωτικό περιβάλλον στο οποίο δεν υπάρχει καθόλου νερό, θα προκύψει ταχεία οξείδωση και βίαιες αντιδράσεις, ακόμη και αυθόρμητη καύση. Τέτοια φαινόμενα έχουν συμβεί στην αντίδραση τιτανίου με ατμίζον νιτρικό οξύ που περιέχει υπερβολικό οξείδιο του αζώτου και τιτανίου με ξηρό αέριο χλώριο. Για να αποφευχθεί λοιπόν αυτού του είδους η αντίδραση, πρέπει να υπάρχει ένα ορισμένο α
3. καλή αντοχή στη θερμότητα
Συνήθως το αλουμίνιο στους 150 βαθμούς C, ο ανοξείδωτος χάλυβας στους 310 βαθμούς C που έχασε τις αρχικές ιδιότητες, ενώ το κράμα τιτανίου στους 500 βαθμούς C περίπου διατηρεί ακόμα καλές μηχανικές ιδιότητες. Όταν η ταχύτητα του αεροσκάφους φτάσει 2,7 φορές την ταχύτητα του ήχου, η θερμοκρασία επιφάνειας της δομής του αεροσκάφους φτάνει τους 230 βαθμούς, το κράμα αλουμινίου και το κράμα μαγνησίου δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν και το κράμα τιτανίου μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις. Το τιτάνιο έχει καλή αντοχή στη θερμότητα και χρησιμοποιείται στο δίσκο και τη λεπίδα του αεροσυμπιεστή του αεροκινητήρα και στο δέρμα της πίσω ατράκτου του αεροσκάφους.
4. καλή απόδοση χαμηλής θερμοκρασίας
Η αντοχή ορισμένων κραμάτων τιτανίου (όπως το Ti-5AI-2.5SnELI) αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, αλλά η πλαστικότητα δεν μειώνεται πολύ και εξακολουθεί να έχει καλή ολκιμότητα και σκληρότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες , το οποίο είναι κατάλληλο για χρήση σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυραυλοκινητήρες ξηρού υγρού υδρογόνου και υγρού οξυγόνου ή σε επανδρωμένα διαστημόπλοια ως δοχεία και δεξαμενές αποθήκευσης εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας.
5. Χωρίς μαγνητικό πεδίο
Το τιτάνιο είναι μη μαγνητικό, χρησιμοποιείται στο κύτος του υποβρυχίου, δεν θα προκαλέσει έκρηξη ορυχείου.
6. μικρή θερμική αγωγιμότητα
Η θερμική αγωγιμότητα του τιτανίου είναι μικρή, μόνο το 1/5 του χάλυβα, το 1/13 του αλουμινίου και το 1/25 του χαλκού. Η κακή θερμική αγωγιμότητα είναι ένα μειονέκτημα του τιτανίου, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτό το χαρακτηριστικό του τιτανίου.
7. Χαμηλός συντελεστής ελαστικότητας
Ο συντελεστής ελαστικότητας του τιτανίου είναι μόνο 55% αυτού του χάλυβα και ο χαμηλός συντελεστής ελαστικότητας είναι μειονέκτημα όταν χρησιμοποιείται ως δομικό υλικό
8. η αντοχή εφελκυσμού και η αντοχή διαρροής είναι πολύ κοντά
Η αντοχή εφελκυσμού του κράματος τιτανίου Ti-6AI-4V είναι 960 MPa και η αντοχή διαρροής είναι 892 MPa και η διαφορά μεταξύ των δύο είναι μόνο 58 MPa.
9. Το τιτάνιο οξειδώνεται εύκολα σε υψηλές θερμοκρασίες
Το τιτάνιο έχει ισχυρή δεσμευτική δύναμη με το υδρογόνο και το οξυγόνο και πρέπει να δοθεί προσοχή στην πρόληψη της οξείδωσης και της απορρόφησης υδρογόνου. Η συγκόλληση τιτανίου θα πρέπει να πραγματοποιείται υπό την προστασία του αργού για την πρόληψη της ρύπανσης. Ο σωλήνας και το φύλλο τιτανίου πρέπει να υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία υπό κενό και η μικροοξειδωτική ατμόσφαιρα θα πρέπει να ελέγχεται κατά τη θερμική επεξεργασία των σφυρηλατήσεων τιτανίου.
10. χαμηλή απόδοση απόσβεσης
Με τιτάνιο και άλλα μεταλλικά υλικά (χαλκός, χάλυβας) από το ίδιο σχήμα και μέγεθος του ρολογιού, με την ίδια δύναμη να χτυπά κάθε κουδούνι θα διαπιστώσετε ότι το ρολόι από ήχο ταλάντωσης τιτανίου διαρκεί πολύ, δηλαδή η ενέργεια που δίνεται με το χτύπημα του ρολογιού δεν είναι εύκολο να εξαφανιστεί, οπότε λέμε ότι η απόδοση απόσβεσης του τιτανίου είναι χαμηλή.
Τρεις ειδικές λειτουργίες του τιτανίου
1
Λειτουργία μνήμης σχήματος
Αναφέρεται στο κράμα Ti-50%Ni (ατομικό), υπό ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας, μπορεί να αποκαταστήσει την αρχική του ικανότητα σχήματος, που ονομάζεται αυτό το κράμα μνήμης σχήματος υλικού.
2
Υπεραγώγιμη λειτουργία
Αναφέρεται στο κράμα Nb-Ti, όταν η θερμοκρασία πέσει κοντά στο απόλυτο μηδέν, το σύρμα από κράμα Nb-Ti, θα χάσει την αντίσταση, τυχόν μεγάλο ρεύμα, το καλώδιο δεν θα θερμανθεί, δεν υπάρχει κατανάλωση ενέργειας, Nb-Ti ονομάζεται υπεραγώγιμο υλικό.
3
Λειτουργία αποθήκευσης υδρογόνου
Αναφέρεται στο κράμα Ti-50%Fe (ατομικό), το οποίο έχει την ικανότητα να απορροφά μεγάλη ποσότητα υδρογόνου. Χρησιμοποιώντας αυτό το χαρακτηριστικό του Ti-Fe, το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί με ασφάλεια, δηλαδή, η αποθήκευση υδρογόνου δεν χρησιμοποιεί απαραίτητα χαλύβδινους κυλίνδρους υψηλής πίεσης. Υπό ορισμένες συνθήκες, το υδρογόνο μπορεί επίσης να απελευθερωθεί από το Ti-Fe, το οποίο ονομάζεται υλικό αποθήκευσης ενέργειας.