Титан: Міцний, як сталь, легкий, як алюміній-і він також у вашому корпусі
Кістка з титанового сплаву може залишатися у вашому тілі на все життя, а повністю-титановий літак може літати зі швидкістю, що втричі перевищує швидкість звуку. Цей метал-легший за сталь і міцніший за алюміній-захований у вашій зубній пасті, сонцезахисному кремі та колінах.
Цим металом є титан. Це не надзвичайно дорого; це просто надзвичайно рідко.
I. Половина ваги сталі, вдвічі твердіша за алюміній
Титан має щільність 4,51 г/см³, що на 56% більше, ніж у сталі, і в 1,6 рази більше, ніж у алюмінію. Міцність чистого титану дорівнює міцності середньо-вуглецевої сталі, тоді як титанові сплави (найбільш класичний Ti-6Al-4V, відомий у промисловості як «Титан 64») підвищують міцність до 900–1170 МПа, що ставить їх у ту ж лігу, що й високоміцні-леговані сталі. За питомою міцністю, тобто за навантаженням, яке він може витримати на одиницю ваги, титан перевершує всі інші метали.
Ще більш примітним є те, що ця висока міцність не приходить за рахунок міцності. Хоча багато високоміцних-сталей міцні, вони часто крихкі; однак титанові сплави зберігають хорошу в'язкість і стійкість до руйнування навіть у рідкому азоті при -200 градусах і не розм'якшуються швидко при високих температурах вище 400 градусів, на відміну від алюмінієвих сплавів. Від низьких температур рідкого гелію близько 4 К до високих температур турбін авіаційних двигунів близько 500 градусів, титанові сплави не демонструють значних розривів у продуктивності в усьому діапазоні температур.
Тепер розглянемо стійкість до корозії. На поверхні титану спонтанно утворюється щільний пасивуючий шар TiO₂; хоч і має товщину лише кілька нанометрів, він діє як захисна броня, міцно з’єднана з підкладкою. Навіть якщо цей шар подряпати, він швидко -окислюється та відновлюється-так швидко, що ознаки корозії практично непомітні. Титановий сплав, занурений у морську воду на двадцять років, усе ще сяятиме, якщо витерти його після видалення. Такі середовища, як концентрована сірчана кислота, азотна кислота, газоподібний хлор і органічні кислоти, також важко спричинити значну корозію. Єдиним недоліком є плавикова кислота (HF): іони фториду безпосередньо розчиняють оксидну плівку на поверхні титану, оголюючи титанову підкладку та викликаючи корозію.
Беручи все це до уваги, ви можете подумати, що титан має бути надзвичайно дорогим. Однак титан посідає дев’яте місце за кількістю в земній корі, що робить його більш поширеним, ніж мідь, цинк і свинець. Так чому ж вона все ще в п’ять-десять разів дорожча за нержавіючу сталь? Оскільки процес Кролла є періодичним-типом, енергоємним-методом, який потребує приблизно 36 000 кіловат-годин електроенергії для виробництва однієї метричної тонни губчастого титану-достатньо для забезпечення електроенергією середнього домогосподарства протягом трьох років. Крім того, титан має надзвичайно низьку теплопровідність під час механічної обробки, через що тепло повністю концентрується на ріжучій кромці, що зношує інструмент у кілька разів швидше, ніж під час різання сталі. Висока вартість титану зумовлена не самою сировиною, а високою вартістю її обробки.
II. Контрабандний титан із Радянського Союзу використовувався для створення американського літака-розвідника, здатного літати зі швидкістю в три рази швидше звуку
Літак-розвідник SR-71 «Blackbird», який здійснив свій перший політ у 1964 році, був реактивним стратегічним реактивним літаком-розвідником великої-дальності,-високої-високої{8}}розвідки ВПС США. Він включав у себе багатство передових-технологій того часу, зокрема конструкцію з титанового сплаву та турбореактивний/ПВРД-тактовий двигун, і був першим діючим реактивним літаком, який успішно подолав тепловий бар’єр. Він міг летіти зі швидкістю в 3,2 рази вищою за швидкість звуку на висоті 24 000 метрів-так швидко, що радянські ракети ППО, запущені в той час, просто не могли за ним встигати. За всю історію експлуатації він жодного разу не був збитий авіацією та зенітними ракетами противника. Один із найбільш ретельно охоронюваних секретів літака полягає в його матеріалах: 93 відсотки його планера виготовлені з титанового сплаву.
III. Ви споживаєте та застосовуєте титан щодня, але можете цього не усвідомлювати
З титанової руди, що видобувається в усьому світі, лише близько 5% відновлюється до металевого титану; решта 95% перетворюється на діоксид титану (TiO₂), також відомий як білий титан.
Діоксид титану є найважливішим білим пігментом на Землі. Він має надзвичайно високий показник заломлення, що максимізує ефективність розсіювання білого світла у видимому спектрі. Один кілограм діоксиду титану може покрити приблизно від 8 до 10 квадратних метрів поверхні, надавши їй непрозорий чистий білий колір. Без діоксиду титану білі стіни у вашій кімнаті стали б сірими, зубна паста стала б прозорою, пластикові труби мали б природний жовтувато-коричневий колір, а сонцезахисний крем, нанесений на ваше обличчя, виглядав би як жирна прозора плівка.
Гладке біле покриття на цукерках M&M's, які ви їсте, містить діоксид титану. Для відбілювання знежиреного молока використовується діоксид титану, завдяки чому воно більше схоже на незбиране молоко. Біле покриття на таблетках також зроблено з діоксиду титану. Навіть білий колір туалетного паперу, яким ви користуєтеся після відвідування ванної кімнати-якщо ви використовуєте-марку високої білизни-, швидше за все, завдяки діоксиду титану.
IV. Після імплантації в людське тіло ваші кістки активно зрощуватимуться з ним
Якщо титановий сплав імплантувати в організм людини, він не відторгається, як звичайні метали; замість цього він поступово «зрощується» з навколишньою кісткою. Це явище відоме в медицині як остеоінтеграція.
Ключ до здатності титану робити це полягає в утворенні дуже щільного шару оксиду на його поверхні. Цей шар стабільний і не подразнює тканину людини, дозволяючи клітинам кістки безпечно прикріплюватися до її поверхні та розмножуватися на ній, поступово утворюючи нову кісткову тканину.
Навпаки, багато металів схильні до ослаблення, корозії або реакцій відторгнення після імплантації, тоді як титанові сплави пропонують кращу біосумісність і більшу-тривалу стабільність. З цієї причини вони широко використовуються в медичних цілях, таких як штучні суглоби, кісткові пластини, гвинти та зубні імплантати.
Простіше кажучи, титан не «вдавлюється» в кістку; скоріше, кістка охоче приймає це.
Електронна-пошта:garychen3215@hotmail.com
Адреса: No.35, Baoti Rd, Baoji city, Shaanxi Province, China
Контактна особа: пан Гері Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобільний/WhatsApp: +86 13092900605
