Титан: Здрав като стомана, лек като алуминий-и той също е в тялото ви
Кост от титанова сплав може да остане в тялото ви за цял живот, а изцяло-титанов самолет може да лети със скорост три пъти по-висока от скоростта на звука. Този метал-по-лек от стомана и по-здрав от алуминий-се крие във вашата паста за зъби, слънцезащитни продукти и колене.
Този метал е титан. Не е безобразно скъпо; просто е безобразно рядко.
I. Половината от теглото на стоманата, два пъти по-твърд от алуминия
Титанът има плътност от 4,51 g/cm³, което е 56% от тази на стоманата и 1,6 пъти по-голяма от тази на алуминия. Якостта на чистия титан е равна на тази на средно-въглеродната стомана, докато титаниевите сплави (най-класическата е Ti-6Al-4V, известна в индустрията като "Titanium 64") повишават якостта до 900–1170 MPa, което ги поставя в същата лига като високо{14}}легираните стомани. По отношение на специфичната якост - т.е. натоварването, което може да понесе на единица тегло - титанът превъзхожда всички останали метали.
Още по-забележителното е, че тази висока якост не идва за сметка на здравината. Въпреки че много -стомани с висока якост са здрави, те често са крехки; титаниевите сплави обаче поддържат добра якост и устойчивост на счупване дори в течен азот при -200 градуса и не омекват бързо при високи температури над 400 градуса, за разлика от алуминиевите сплави. От ниските температури на течния хелий близо до 4 K до високите температури на турбините на самолетните двигатели около 500 градуса, титаниевите сплави не показват значителни пропуски в производителността в целия температурен диапазон.
Сега помислете за устойчивостта на корозия. На повърхността на титан спонтанно се образува плътен пасивиращ слой TiO₂; макар и с дебелина само няколко нанометра, тя действа като защитна броня, плътно свързана със субстрата. Дори ако този слой бъде надраскан, той бързо -се окислява и възстановява -толкова бързо, че признаците на корозия са практически невидими. Титаниева сплав, оставена потопена в морска вода в продължение на двадесет години, все още ще блести, когато се избърше след отстраняване. Среди като концентрирана сярна киселина, азотна киселина, хлорен газ и органични киселини също се борят да причинят значителна корозия. Единствената слабост е флуороводородната киселина (HF): флуоридните йони директно разтварят оксидния филм върху повърхността на титания, излагайки титановия субстрат и причинявайки корозия.
Като вземем всичко това предвид, може да си помислите, че титанът трябва да е изключително скъп. Титанът обаче се нарежда на девето място по изобилие в земната кора, което го прави по-изобилен от медта, цинка и оловото. Така че защо все още е пет до десет пъти по-скъп от неръждаемата стомана? Тъй като процесът на Kroll е партиден-тип, енергоемък-метод, който изисква приблизително 36 000 киловат-часа електроенергия, за да произведе един метричен тон гъбест титан-достатъчно за захранване на средно домакинство за три години. Освен това, титанът има изключително ниска топлопроводимост, когато се обработва, което кара топлината да се концентрира изцяло върху режещия ръб, което износва инструмента няколко пъти по-бързо, отколкото при рязане на стомана. Високата цена на титана не произтича от самата суровина, а от високата цена на нейната обработка.
II. Титанът, контрабандно внесен от Съветския съюз, беше използван за изграждането на американски шпионски самолет, способен да лети със скорост три пъти по-висока от скоростта на звука
Разузнавателният самолет SR-71 „Blackbird“, който направи първия си полет през 1964 г., беше стратегически разузнавателен самолет с голям-обхват, голяма-надморска височина, висока-скорост, експлоатиран от ВВС на САЩ. Той включваше изобилие от най-модерни-технологии на времето, включително структура от титаниева сплав и турбореактивен/въздушно-реактивен двигател с променлив-цикъл, и беше първият работещ реактивен самолет, който успя успешно да преодолее топлинната бариера. Той беше способен да крейсерска скорост 3,2 пъти по-висока от скоростта на звука на височина от 24 000 метра-толкова бързо, че съветските ракети за противовъздушна отбрана, изстреляни по това време, просто не можеха да се справят с него. През цялата си оперативна история той никога не е бил свалян от вражески самолети или противовъздушни ракети. Една от най-строго пазените тайни на самолета се крие в неговите материали: 93 процента от корпуса му е изработен от титанова сплав.
III. Вие консумирате и прилагате титан всеки ден, но може да не го осъзнавате
От титановата руда, добивана в световен мащаб, само около 5% се редуцира до метален титан; останалите 95% се превръщат в титанов диоксид (TiO₂), известен също като титаново бяло.
Титановият диоксид е най-важният бял пигмент на Земята. Има изключително висок коефициент на пречупване, което увеличава максимално ефективността на разсейване на бялата светлина във видимия спектър. Един килограм титанов диоксид може да покрие приблизително 8 до 10 квадратни метра повърхност, придавайки му непрозрачен, чисто бял цвят. Без титанов диоксид белите стени в стаята ви ще станат сиви, пастата за зъби ще стане прозрачна, пластмасовите тръби ще разкрият естествения си жълтеникаво-кафяв цвят, а слънцезащитният крем, нанесен върху лицето ви, ще изглежда като мазен, прозрачен филм.
Гладкото бяло покритие върху бонбоните M&M's, които ядете, съдържа титанов диоксид. Обезмасленото мляко използва титанов диоксид, за да го избели, което го прави да изглежда повече като пълномаслено мляко. Бялото покритие на хапчетата също е направено от титанов диоксид. Дори белият цвят на тоалетната хартия, която използвате, след като отидете в банята-ако използвате марка с висока-белота-най-вероятно се дължи на титанов диоксид.
IV. Когато се имплантира в човешкото тяло, вашите кости ще се слеят активно с него
Ако титанова сплав се имплантира в човешкото тяло, тя не се отхвърля като обикновените метали; вместо това постепенно се "слива" с околната кост. Това явление е известно в медицината като остеоинтеграция.
Ключът към способността на титана да прави това се крие в образуването на много плътен оксиден слой на повърхността му. Този слой е стабилен и не дразни човешката тъкан, позволявайки на костните клетки безопасно да се прикрепят към повърхността му и да се размножават върху него, като постепенно образуват нова костна тъкан.
Обратно, много метали са склонни към разхлабване, корозия или реакции на отхвърляне след имплантиране, докато титаниевите сплави предлагат по-добра биосъвместимост и по-голяма -стабилност в дългосрочен план. Поради тази причина те се използват широко в медицински приложения като изкуствени стави, костни пластини, винтове и зъбни импланти.
Казано по-просто, титанът не се "насилва" в костта; по-скоро костта доброволно го приема.
Имейл-:garychen3215@hotmail.com
Адрес: No.35, Baoti Rd, град Baoji, провинция Shaanxi, Китай
За контакт: г-н Гари Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобилно/WhatsApp: +86 13092900605
