Titan là một nguyên tố có số nguyên tử là 22 trong bảng tuần hoàn, chu kỳ thứ tư của các nguyên tố phân nhóm, nghĩa là nhóm IV B, ngoài titan còn có zirconi, hafnium và đặc điểm chung của chúng là điểm nóng chảy cao, ở nhiệt độ phòng trên bề mặt của nó để tạo thành màng oxit ổn định.
Mười đặc điểm của titan
1. mật độ nhỏ, cường độ cao, cường độ riêng lớn
Mật độ của titan là 4,51g / cm3, bằng 57% thép, titan nhẹ hơn nhôm gấp đôi và độ bền của nó gấp ba lần nhôm. Cường độ riêng (tỷ lệ cường độ/mật độ) của hợp kim titan là lớn nhất trong các hợp kim công nghiệp thông thường (xem Bảng 1), và cường độ riêng của hợp kim titan gấp 3,5 lần so với thép không gỉ, gấp 1,3 lần so với hợp kim nhôm và 1,7 lần đó là hợp kim magiê, vì vậy nó là vật liệu kết cấu thiết yếu cho ngành hàng không vũ trụ.
2. khả năng chống ăn mòn tuyệt vời
Tính thụ động của titan phụ thuộc vào sự tồn tại 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 môi trường khử. 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 cromic, clorua kim loại, sunfua và axit hữu cơ. Tuy nhiên, trong môi trường phản ứng với titan để tạo ra hydro (như axit clohydric và axit sulfuric), titan thường có tốc độ ăn mòn cao. Tuy nhiên, nếu thêm một lượng nhỏ chất oxy hóa vào axit, một màng thụ động sẽ được hình thành trên bề mặt titan. Vì vậy, trong hỗn hợp axit sunfuric mạnh - axit nitric hoặc axit clohydric - axit nitric, và ngay cả trong axit clohydric có chứa clo tự do, titan có khả năng chống ăn mòn. Màng oxit bảo vệ của titan thường được hình thành khi kim loại tiếp xúc với nước, ngay cả với một lượng nhỏ nước hoặc hơi nước. Nếu titan tiếp xúc với môi trường oxy hóa mạnh, trong đó hoàn toàn không có nước, quá trình oxy hóa nhanh sẽ xảy ra và các phản ứng dữ dội sẽ xảy ra, thậm chí thường xảy ra hiện tượng đốt cháy tự phát. Hiện tượng như vậy đã xảy ra trong phản ứng của titan với axit nitric bốc khói có chứa quá nhiều oxit nitơ và titan với khí clo khô. Vì vậy, để ngăn chặn loại phản ứng này, phải có một giải pháp nhất định.
3. chịu nhiệt tốt
Thông thường nhôm ở 150 độ C, thép không gỉ ở 310 độ C mất đi tính chất ban đầu, trong khi hợp kim titan ở khoảng 500 độ C vẫn duy trì được tính chất cơ học tốt. Khi tốc độ máy bay đạt gấp 2,7 lần tốc độ âm thanh, nhiệt độ bề mặt của cấu trúc máy bay đạt tới 230 độ, không thể sử dụng hợp kim nhôm và hợp kim magiê và hợp kim titan có thể đáp ứng yêu cầu. Titan có khả năng chịu nhiệt tốt, được sử dụng trong đĩa và cánh của máy nén động cơ máy bay cũng như vỏ thân sau máy bay.
4. hiệu suất nhiệt độ thấp tốt
Độ bền của một số hợp kim titan (như Ti{0}}AI-2.5SnELI) tăng khi nhiệt độ giảm, nhưng độ dẻo không giảm nhiều và vẫn có độ dẻo, dai tốt ở nhiệt độ thấp , thích hợp để sử dụng ở nhiệt độ cực thấp. Nó có thể được sử dụng trong động cơ tên lửa hydro lỏng và oxy lỏng hoặc trong tàu vũ trụ có người lái như các thùng chứa và bể chứa nhiệt độ cực thấp.
5. Không có từ trường
Titan không có từ tính, nó được sử dụng trong vỏ tàu ngầm, sẽ không gây nổ mìn.
6. độ dẫn nhiệt nhỏ
Độ dẫn nhiệt của titan nhỏ, chỉ bằng 1/5 thép, 1/13 nhôm và 1/25 đồng. Độ dẫn nhiệt kém là nhược điểm của titan, nhưng trong một số trường hợp, tính năng này của titan có thể được sử dụng.
7. Mô đun đàn hồi thấp
Mô đun đàn hồi của titan chỉ bằng 55% so với thép và mô đun đàn hồi thấp là bất lợi khi sử dụng làm vật liệu kết cấu
8. độ bền kéo và cường độ năng suất rất gần nhau
Độ bền kéo của hợp kim titan Ti{0}}AI-4V là 960MPa và cường độ chảy là 892MPa, và sự khác biệt giữa hai loại này chỉ là 58MPa.
9. Titan dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao
Titan có lực liên kết mạnh với hydro và oxy, cần chú ý ngăn ngừa quá trình oxy hóa và hấp thụ hydro. Hàn titan phải được thực hiện dưới sự bảo vệ của argon để ngăn ngừa ô nhiễm. Ống và tấm titan phải được xử lý nhiệt trong chân không và phải kiểm soát không khí oxy hóa vi mô trong quá trình xử lý nhiệt của vật rèn titan.
10. hiệu suất giảm xóc thấp
Với titan và các vật liệu kim loại khác (đồng, thép) được làm cùng hình dạng và kích thước của đồng hồ, với cùng một lực gõ từng chiếc chuông sẽ thấy rằng đồng hồ làm bằng âm thanh dao động của titan tồn tại rất lâu, tức là năng lượng do gõ đồng hồ không dễ biến mất nên chúng ta nói rằng hiệu suất giảm chấn của titan thấp.
Ba chức năng đặc biệt của titan
1
Chức năng ghi nhớ hình dạng
Đề cập đến hợp kim Ti{0}}%Ni (nguyên tử), trong những điều kiện nhiệt độ nhất định, có thể khôi phục khả năng hình dạng ban đầu của nó, được gọi là hợp kim ghi nhớ hình dạng vật liệu này.
2
Chức năng siêu dẫn
Nhắc đến hợp kim Nb-Ti, khi nhiệt độ giảm xuống gần độ không tuyệt đối, dây làm bằng hợp kim Nb-Ti sẽ mất điện trở, nếu có dòng điện lớn chạy qua, dây sẽ không nóng, không tiêu tốn năng lượng, Nb-Ti được gọi là vật liệu siêu dẫn.
3
Chức năng lưu trữ hydro
Đề cập đến hợp kim Ti{0}}%Fe (nguyên tử), có khả năng hấp thụ một lượng lớn hydro. Sử dụng tính năng này của Ti-Fe, hydro có thể được lưu trữ một cách an toàn, nghĩa là việc lưu trữ hydro không nhất thiết phải sử dụng bình chịu áp suất cao bằng thép. Trong những điều kiện nhất định, hydro cũng có thể được giải phóng bởi Ti-Fe, được gọi là vật liệu lưu trữ năng lượng.