Titanium is een element met een atoomnummer 22 in het periodiek systeem, de vierde cyclus van de subgroepelementen, dat wil zeggen groep IV B, naast titanium zijn er zirkonium, hafnium en hun gemeenschappelijke kenmerken zijn een hoog smeltpunt, bij kamertemperatuur op het oppervlak om een stabiele oxidefilm te vormen.
Tien kenmerken van titanium
1. kleine dichtheid, hoge sterkte, grote specifieke sterkte
De dichtheid van titanium is 4,51 g/cm3, wat 57% van staal is, titanium is minder dan twee keer zo zwaar als aluminium en de sterkte is drie keer die van aluminium. De specifieke sterkte (sterkte/dichtheidsverhouding) van een titaniumlegering is de grootste in gewone industriële legeringen (zie tabel 1), en de specifieke sterkte van een titaniumlegering is 3,5 keer die van roestvrij staal, 1,3 keer die van een aluminiumlegering en 1,7 keer die van een titaniumlegering. die van magnesiumlegering, dus het is een essentieel structureel materiaal voor de lucht- en ruimtevaartindustrie.
2. uitstekende corrosieweerstand
De passiviteit van titanium hangt af van het bestaan van een oxidefilm en de corrosieweerstand ervan in oxiderende media is veel beter dan in reducerende media. Hoge corrosiesnelheden treden op in reducerende media. Titanium wordt niet gecorrodeerd in sommige corrosieve media, zoals zeewater, natte chloor-, chloriet- en hypochlorietoplossingen, salpeterzuur, chroomzuur, metaalchloriden, sulfiden en organische zuren. In het medium dat reageert met titanium om waterstof te produceren (zoals zoutzuur en zwavelzuur), heeft titanium echter gewoonlijk een hoge corrosiesnelheid. Als er echter een kleine hoeveelheid oxidatiemiddel aan het zuur wordt toegevoegd, zal er een passivatiefilm op het oppervlak van titanium worden gevormd. Daarom is titanium in het mengsel van sterk zwavelzuur - salpeterzuur of zoutzuur - salpeterzuur, en zelfs in zoutzuur dat vrij chloor bevat, corrosiebestendig. De beschermende oxidefilm van titanium wordt vaak gevormd wanneer het metaal in contact komt met water, zelfs in kleine hoeveelheden water of waterdamp. Als titanium wordt blootgesteld aan een sterk oxiderende omgeving waarin helemaal geen water aanwezig is, zal er snelle oxidatie optreden en zullen er hevige reacties optreden, en zelfs spontane ontbranding zal vaak voorkomen. Dergelijke verschijnselen hebben zich voorgedaan bij de reactie van titanium met rokend salpeterzuur dat een overmaat aan stikstofoxide bevat, en titanium met droog chloorgas. Om dit soort reacties te voorkomen, moet er dus een zekere mate van veiligheid zijn
3. goede hittebestendigheid
Meestal aluminium bij 150 graden C, roestvrij staal bij 310 graden C dat de oorspronkelijke eigenschappen verloor, terwijl titaniumlegering bij ongeveer 500 graden C nog steeds goede mechanische eigenschappen behoudt. Wanneer de vliegtuigsnelheid 2,7 maal de geluidssnelheid bereikt, bereikt de oppervlaktetemperatuur van de vliegtuigconstructie 230 graden, kunnen aluminiumlegeringen en magnesiumlegeringen niet worden gebruikt en kan een titaniumlegering aan de eisen voldoen. Titanium heeft een goede hittebestendigheid en wordt gebruikt in de schijf en het blad van de vliegtuigmotorcompressor en in de huid van de achterste romp van het vliegtuig.
4. goede prestaties bij lage temperaturen
De sterkte van sommige titaniumlegeringen (zoals Ti-5AI-2.5SnELI) neemt toe naarmate de temperatuur daalt, maar de plasticiteit neemt niet veel af, en het heeft nog steeds een goede ductiliteit en taaiheid bij lage temperaturen , die geschikt is voor gebruik bij ultralage temperaturen. Het kan worden gebruikt in raketmotoren voor droge vloeibare waterstof en vloeibare zuurstof, of in bemande ruimtevaartuigen als containers en opslagtanks met ultralage temperaturen.
5. Geen magnetisch veld
Titanium is niet-magnetisch, het wordt gebruikt in de romp van onderzeeërs en veroorzaakt geen mijnexplosie.
6. kleine thermische geleidbaarheid
De thermische geleidbaarheid van titanium is klein, slechts 1/5 van staal, 1/13 van aluminium en 1/25 van koper. Slechte thermische geleidbaarheid is een nadeel van titanium, maar in sommige gevallen kan deze eigenschap van titanium worden gebruikt.
7. Lage elastische modulus
De elasticiteitsmodulus van titanium bedraagt slechts 55% van die van staal, en een lage elasticiteitsmodulus is een nadeel bij gebruik als constructiemateriaal
8. treksterkte en vloeigrens zijn zeer dichtbij
De treksterkte van Ti-6AI-4V titaniumlegering is 960 MPa en de vloeigrens is 892 MPa, en het verschil tussen de twee is slechts 58 MPa.
9. Titanium kan gemakkelijk worden geoxideerd bij hoge temperaturen
Titanium heeft een sterke bindingskracht met waterstof en zuurstof, en er moet aandacht worden besteed aan het voorkomen van oxidatie en waterstofabsorptie. Titaniumlassen moet worden uitgevoerd onder de bescherming van argon om vervuiling te voorkomen. Titaniumbuis en plaat moeten onder vacuüm met warmte worden behandeld en de micro-oxiderende atmosfeer moet worden gecontroleerd tijdens de warmtebehandeling van titaniumsmeedstukken.
10. lage dempingsprestaties
Met titanium en andere metalen materialen (koper, staal) gemaakt van dezelfde vorm en grootte van de klok, met dezelfde kracht om op elke bel te kloppen, zal de klok gemaakt van titanium oscillatiegeluid lang meegaan, dat wil zeggen de energie gegeven door op de klok te kloppen is niet gemakkelijk te verdwijnen, daarom zeggen we dat de dempingsprestaties van titanium laag zijn.
Drie bijzondere functies van titanium
1
Vormgeheugenfunctie
Verwijst naar Ti-50% Ni (atomaire) legering, die onder bepaalde temperatuuromstandigheden zijn oorspronkelijke vormvermogen kan herstellen, deze materiaallegering met vormgeheugen genoemd.
2
Supergeleidende functie
Verwijst naar Nb-Ti-legering, wanneer de temperatuur daalt tot bijna het absolute nulpunt, zal de draad gemaakt van Nb-Ti-legering weerstand verliezen, elke grote stroom zal de draad niet verwarmen, er is geen energieverbruik, Nb-Ti heet supergeleidend materiaal.
3
Waterstofopslagfunctie
Verwijst naar de Ti-50%Fe (atomaire) legering, die het vermogen heeft om een grote hoeveelheid waterstof te absorberen. Met behulp van deze eigenschap van Ti-Fe kan waterstof veilig worden opgeslagen, dat wil zeggen dat waterstofopslag niet noodzakelijkerwijs gebruik maakt van stalen hogedrukcilinders. Onder bepaalde omstandigheden kan waterstof ook vrijkomen door Ti-Fe, een materiaal voor energieopslag.