Deu propietats i tres funcions especials del titani

Titaniés un element de nombre atòmic 22 a la taula periòdica, un element del subgrup del quart cicle, és a dir, del grup IVB. A més del titani, els elements d'aquest grup inclouen el zirconi i l'hafni, que comparteixen la característica comuna d'un alt punt de fusió i la formació d'una pel·lícula d'òxid estable a les seves superfícies a temperatura ambient.

Les deu principals propietats del titani
 

1, baixa densitat, alta resistència, alta força específica

La densitat del titani és de 4,51 g/cm3, el 57% de l'acer, el titani és menys de dues vegades més pesat que l'alumini, tres vegades més fort que l'alumini. La força específica de l'aliatge de titani (relació força / densitat) s'utilitza habitualment en aliatges industrials en els més grans (vegeu la taula 1), la resistència específica de l'aliatge de titani és 3,5 vegades la de l'acer inoxidable, l'aliatge d'alumini 1,3 vegades la dels aliatges de magnesi, 1,7 vegades, de manera que és que la indústria aeroespacial és essencial per a l'estructura del material.

 

Comparació de la densitat i la força específica del titani amb altres metalls

Metall Aliatge de titani Ferro Alumini (aliatge) Magnesi (aliatge) acer d'alta resistència
Densitat 4.5 7.87 2.7 1.74 7.8
Força específica 29   21 16 23

 

Excel·lent resistència a la corrosió

La passivitat del titani depèn de la presència d'una pel·lícula d'òxid, i és molt més resistent a la corrosió en mitjans oxidants que en mitjans reductors. La corrosió d'alta velocitat es produeix en els mitjans reductors. El titani no es corroeix en alguns medis corrosius, com ara l'aigua de mar, el gas de clor humit, les solucions de clorit i hipoclorit, l'àcid nítric, l'àcid cròmic, els clorurs metàl·lics, els sulfurs i els àcids orgànics. Tanmateix, en medis que reaccionen amb el titani per produir hidrogen (per exemple, àcids clorhídric i sulfúric), el titani sol tenir una gran taxa de corrosió. Tanmateix, si s'afegeix una petita quantitat d'agent oxidant a l'àcid, es formarà una pel·lícula de passivació a la superfície del titani. Per tant, el titani és resistent a la corrosió en àcid sulfúric fort-àcid nítric o àcid clorhídric-àcid nítric, i fins i tot en àcid clorhídric que conté clor lliure. La pel·lícula protectora d'òxid de titani es forma sovint quan el metall troba aigua, fins i tot en petites quantitats d'aigua o vapor d'aigua. Si el titani s'exposa a un ambient fortament oxidant en absència total d'aigua, es produeix una oxidació ràpida i sovint es produeixen reaccions violentes i fins i tot combustió espontània. Aquests fenòmens s'han produït quan el titani reacciona amb l'àcid nítric fumant que conté un excés d'òxid de nitrogen i quan el titani reacciona amb el clor gasós sec. Per tant, és necessària una certa quantitat d'aigua per evitar aquestes reaccions.

bona resistència a la calor

En general, l'alumini a 150 graus, l'acer inoxidable a 310 graus, que és la pèrdua del rendiment original, i l'aliatge de titani a 500 graus més o menys encara mantenen bones propietats mecàniques. Quan la velocitat de l'avió arriba a 2,7 vegades la velocitat del so, la temperatura superficial de l'estructura de l'avió arriba als 230 graus, no es poden utilitzar aliatges d'alumini i de magnesi, mentre que els aliatges de titani poden complir els requisits. La resistència a la calor del titani és bona, s'utilitza per al disc i la fulla del compressor de motors aeris i la pell del fuselatge posterior de l'avió.

Bon rendiment a baixa temperatura

Determinats aliatges de titani (com Ti-5AI{-2.5SnELI) força amb la reducció de la temperatura i l'augment, però la plasticitat no es redueix gaire, a baixa temperatura encara té una bona ductilitat i duresa, adequada per al seu ús a temperatures molt baixes. Es pot utilitzar en motors de coets d'hidrogen líquid sec i d'oxigen líquid, o en naus espacials tripulades per a l'ús de contenidors i dipòsits d'emmagatzematge de temperatura ultra baixa.

No magnètic

El titani és magnètic? per descomptat que no. El titani és conegut pels seus atributs no magnètics, derivats de la seva estructura cristal·lina única sense electrons no aparellats, el que el fa diamagnètic i impermeable als camps magnètics. Aquesta propietat intrínseca garanteix que el titani no es vegi afectat pel magnetisme, contrastant fortament amb metalls com el ferro, el cobalt i el níquel, que posseeixen electrons no aparellats i presenten característiques magnètiques quan s'exposen a forces magnètiques. L'absència d'interferències magnètiques fa que el titani sigui una opció exemplar per a aplicacions crítiques en dispositius mèdics, enginyeria aeroespacial i indústries de processament químic, on la neutralitat magnètica és crucial per a la integritat i la seguretat operatives. Tot i que els aliatges de titani podrien mostrar trets magnètics si es contaminaven amb ferro, el titani pur conserva la seva qualitat no magnètica, proporcionant un material fiable i estable en entorns on els camps magnètics podrien suposar riscos o interferir amb el rendiment de l'equip. Així, per a les indústries que prioritzen la no interferència amb camps magnètics, el titani ofereix avantatges inigualables, combinant força, naturalesa lleugera i resistència a la corrosió amb propietats no magnètiques essencials, garantint tant la funcionalitat com la seguretat en aplicacions sensibles.

Petita conductivitat tèrmica

A la taula següent es mostra una comparació de la conductivitat tèrmica del titani amb altres metalls

metall titani pur aliatge de titani Acer normal Acer inoxidable Aliatge d'Al Aliatge de Mg coure
Conductivitat tèrmica/W•(m•K)-1 17 7.5 63 16 121 159 385

 

La conductivitat tèrmica del titani és petita, només 1/5 de la de l'acer, 1/13 de la de l'alumini i 1/25 de la del coure. La mala conductivitat tèrmica és un desavantatge del titani, però aquesta característica del titani es pot aprofitar en determinades situacions.

Baix mòdul d'elasticitat

Comparació del mòdul d'elasticitat del titani amb altres metalls

metall titani pur aliatge de titani Acer normal Acer inoxidable Aliatge d'Al Aliatge de Mg coure
Mòdul elàstic/Gpa 106.3 113.2 205.8 199.9 71.5 44.8 107.8

El mòdul d'elasticitat del titani és només el 55% del de l'acer, i el baix mòdul d'elasticitat és un desavantatge quan s'utilitza com a material estructural.

 

La resistència a la tracció és molt propera a la resistència a la fluència

Ti-6AI-4V resistència a la tracció d'aliatge de titani de 960 MPa, límit de fluència de 892 MPa, la diferència entre els dos és només de 58 MPa, vegeu la taula següent

Força Aliatge de titani
Ti-6al-4V
Aliatge de titani Acer normal
Resistència a la tracció 960 608 470
Força de rendiment 892 255 294

El titani s'oxida fàcilment a altes temperatures

El titani té un fort enllaç amb l'hidrogen i l'oxigen, per la qual cosa és important prevenir l'oxidació i l'absorció d'hidrogen. La soldadura de titani s'ha de realitzar sota protecció d'argó per evitar la contaminació. Els tubs de titani i les plaques primes s'han de tractar tèrmicament al buit i s'ha de controlar una atmosfera lleugerament oxidant durant el tractament tèrmic de les peces forjades de titani.

Baix rendiment d'amortiment

Utilitzeu titani i altres materials metàl·lics (coure, acer) per fer campanes exactament de la mateixa forma i mida. Si toqueu cada campana amb la mateixa força, trobareu que el so de la campana de titani dura més quan vibra, és a dir, l'energia donada a la campana en colpejar no és fàcil desaparèixer. Per tant, diem que el titani té un baix rendiment d'amortiment.

Tres funcions especials del titani
 

Funció de memòria de forma

Això fa referència a la capacitat de l'aliatge Ti-50%Ni (atòmic) de recuperar la seva forma original en determinades condicions de temperatura, anomenant aquest material un aliatge amb memòria de forma.

Superconductivitat

Es refereix a l'aliatge Nb-Ti, quan la temperatura baixa a prop del zero absolut, l'aliatge Nb-Ti fet de filferro, perdrà resistència, qualsevol corrent gran a través, el cable no s'escalfarà, sense consum d'energia, Nb-Ti es coneix com materials superconductors

Funció d'emmagatzematge d'hidrogen

Es refereix a l'aliatge Ti-50%Fe (atòmic), que té la capacitat d'absorbir grans quantitats d'hidrogen. Utilitzant aquesta característica de Ti-Fe, l'hidrogen es pot emmagatzemar de manera segura, és a dir, no és necessari utilitzar cilindres d'acer d'alta pressió per emmagatzemar hidrogen. En determinades condicions, el Ti-Fe també es pot utilitzar per alliberar hidrogen i el Ti-Fe s'anomena material d'emmagatzematge d'energia.

 

Per a més consultes sobre aplicacions de titani o per explorar la nostra gamma de productes, no dubteu a contactar amb nosaltres a euros.yang@xuboti.com. Estem aquí per ajudar-te!

 

 

Potser també t'agrada

Enviar la consulta