Titan là một nguyên tố có số nguyên tử là 22 trong bảng tuần hoàn. Đây là một yếu tố phân nhóm của giai đoạn thứ tư, đó là cờ IVB. Ngoài titan, nhóm nguyên tố này cũng bao gồm zirconi và hafni. Đặc điểm chung của nó là nó có nhiệt độ nóng chảy cao và nằm trên bề mặt của nó ở nhiệt độ phòng. Một màng oxit ổn định được hình thành....
Titan là một nguyên tố có số nguyên tử là 22 trong bảng tuần hoàn. Đây là một yếu tố phân nhóm của giai đoạn thứ tư, đó là cờ IVB. Ngoài titan, nhóm nguyên tố này cũng bao gồm zirconi và hafni. Đặc điểm chung của nó là nó có nhiệt độ nóng chảy cao và nằm trên bề mặt của nó ở nhiệt độ phòng. Một màng oxit ổn định được hình thành.
1. Mười đặc điểm của titan
(1) Mật độ thấp, cường độ cao và cường độ riêng cao
Mật độ của titan là 4,51g / cm3, chiếm 57% thép. Titanium nặng hơn hai lần so với nhôm và mạnh hơn ba lần so với nhôm. Cường độ cụ thể (tỷ lệ cường độ / mật độ) của hợp kim titan là lớn nhất trong các hợp kim công nghiệp thông thường (xem Bảng 2-1). Cường độ cụ thể của hợp kim titan gấp 3,5 lần so với thép không gỉ; gấp 1,3 lần so với hợp kim nhôm; Gấp 1,7 lần so với hợp kim magiê, Do đó, nó là vật liệu cấu trúc không thể thiếu cho ngành hàng không vũ trụ.
Bảng 2-1 So sánh mật độ và cường độ riêng giữa titan và các kim loại khác
(2) Chống ăn mòn tuyệt vời
Sự thụ động của titan phụ thuộc vào sự hiện diện của màng oxit và khả năng chống ăn mòn của nó trong môi trường oxy hóa tốt hơn nhiều so với môi trường khử. Tỷ lệ ăn mòn cao xảy ra trong việc giảm môi trường. Titan không bị ăn mòn trong một số môi trường ăn mòn, chẳng hạn như nước biển, clo ướt, dung dịch clorit và hypochlorite, axit nitric, axit crom, clorua kim loại, sunfua và axit hữu cơ. Tuy nhiên, trong môi trường phản ứng với titan để tạo ra hydro (chẳng hạn như axit hydrochloric và axit sunfuric), titan thường có tỷ lệ ăn mòn cao hơn. Tuy nhiên, nếu một lượng nhỏ chất oxy hóa được thêm vào axit, một màng thụ động sẽ được hình thành trên bề mặt titan. Do đó, titan có khả năng chống ăn mòn trong hỗn hợp axit sunfuric-nitric mạnh hoặc axit clohydric-nitric, ngay cả trong axit clohydric có chứa clo tự do. Màng oxit bảo vệ của titan thường được hình thành khi kim loại gặp nước, ngay cả trong một lượng nhỏ nước hoặc hơi nước. Nếu titan tiếp xúc với môi trường oxy hóa mạnh mà không có nước, nó sẽ oxy hóa nhanh chóng và phản ứng dữ dội, thậm chí thường tự bốc cháy. Hiện tượng như vậy đã xảy ra trong phản ứng của titan với axit nitric bốc khói có chứa oxit nitơ dư thừa và với clo khô. Vì vậy, để ngăn chặn các phản ứng như vậy, phải có một lượng nước nhất định.
(3) Chịu nhiệt tốt
Thông thường nhôm mất các đặc tính ban đầu ở 150 ° C, thép không gỉ mất các đặc tính ban đầu ở 310 ° C và hợp kim titan vẫn duy trì các tính chất cơ học tốt ở khoảng 500 ° C. Khi tốc độ của máy bay đạt gấp 2.7 lần tốc độ âm thanh, nhiệt độ bề mặt của cấu trúc máy bay đạt 230 ° C, hợp kim nhôm và hợp kim magiê không còn có thể được sử dụng, và hợp kim titan có thể đáp ứng các yêu cầu. Titan có khả năng chịu nhiệt tốt và được sử dụng trong các đĩa và cánh quạt của máy nén động cơ aero và da của thân sau của máy bay.
(4) Hiệu suất nhiệt độ thấp tốt
Sức mạnh của một số hợp kim titan (như Ti-5AI-2.5SnELI) tăng lên khi nhiệt độ giảm, nhưng độ dẻo không giảm nhiều, và nó vẫn có độ dẻo và độ dẻo dai tốt ở nhiệt độ thấp, phù hợp để sử dụng ở nhiệt độ cực thấp. Nó có thể được sử dụng trên các động cơ tên lửa hydro lỏng và oxy lỏng khô, hoặc như các thùng chứa nhiệt độ cực thấp và bể chứa trên tàu vũ trụ có người lái.
(5) Không từ tính
Titan không có từ tính, nó được sử dụng trong thân tàu ngầm và sẽ không gây ra vụ nổ mìn.
(6) Độ dẫn nhiệt nhỏ
So sánh độ dẫn nhiệt giữa titan và các kim loại khác được thể hiện trong Bảng 2-2.
Bảng 2-2 So sánh độ dẫn nhiệt giữa titan và các kim loại khác
Độ dẫn nhiệt của titan là nhỏ, chỉ bằng 1/5 thép, 1/13 nhôm và 1/25 đồng. Độ dẫn nhiệt kém là một nhược điểm của titan, nhưng tính năng này của titan có thể được khai thác trong một số ứng dụng nhất định.
(7) Mô đun đàn hồi thấp
So sánh mô đun đàn hồi của titan và các kim loại khác được thể hiện trong Bảng 2-3.
Bảng 2-3 So sánh mô đun đàn hồi giữa titan và các kim loại khác
Mô đun đàn hồi của titan chỉ bằng 55% so với thép. Khi được sử dụng làm vật liệu cấu trúc, mô đun đàn hồi thấp là một nhược điểm.
(8) Độ bền kéo và cường độ chảy rất gần nhau
Độ bền kéo của hợp kim titan Ti-6AI-4V là 960MPa và cường độ chảy là 892MPa, sự khác biệt giữa hai loại chỉ là 58MPa, xem Bảng 2-4.
Bảng 2-4 So sánh độ bền kéo và cường độ chảy giữa titan và các kim loại khác
(9) Titan dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao
Titan có lực liên kết mạnh với hydro và oxy, vì vậy cần chú ý ngăn chặn quá trình oxy hóa và hấp thụ hydro. Hàn titan nên được thực hiện dưới sự bảo vệ argon để ngăn ngừa ô nhiễm. Các ống và tấm titan phải được xử lý nhiệt trong chân không, và bầu không khí oxy hóa vi mô nên được kiểm soát trong quá trình xử lý nhiệt của các vật rèn titan.
(10) Hiệu suất chống giảm xóc thấp
Những chiếc chuông được làm bằng titan và các vật liệu kim loại khác (đồng, thép) với hình dạng và kích thước giống hệt nhau. Nếu bạn đánh từng quả chuông với cùng một lực, bạn sẽ thấy rằng chuông làm bằng titan dao động trong một thời gian dài, nghĩa là thông qua Năng lượng cung cấp cho chuông không dễ dàng bị tiêu tan bởi sự nổi bật, vì vậy chúng tôi nói rằng hiệu suất giảm xóc của titan thấp.
