تیتانیم (Titanium)

مقدمه محیط زیست از تیتانیوم مصون است؛ چراکه این فلز آلودگی شاخصی ایجاد نمی کند. جایی که دیگر فلزات معماری از عمر محدودی برخوردار هستند، تیتانیوم دوام می آورد. از آن جا که تیتانیوم یکی از نجیب ترین فلزات است، اتصال آن با فلزات غیر مشابه باعث خوردگی گالوانیک تیتانیوم نمی شود. این ویژگی ها، به علاوۀ چندین خواص منحصر به فرد دیگر، باعث شده تیتانیوم برای بسیاری از کاربردها از پزشکی گرفته تا هوافضا بهترین انتخاب باشد. در این مقاله با این عنصر فلزی محبوب، خواص، آلیاژها و کاربردهای آن بیشتر آشنا می شویم ...

عنصر تیتانیوم با نماد شیمیایی Ti و عدد اتمی 22، عضوی از فلزات واسطه در جدول تناوبی عناصر است. ریشۀ نام این عنصر از عبارت “تایتان” (Titan) است. در اساطیر یونان، تایتان ها به عنوان گروهی از خدایان بسیار قوی و مقتدر شناخته می شدند. به همین ترتیب، این فلز که بسیار مقاوم و با دوام است، نام تیتانیوم را گرفته است.

تیتانیوم نهمین عنصر فراوان در پوستۀ زمین است اما تا اوائل دهۀ 1790 میلادی هنوز کشف نشده بود. اولین مادۀ معدنی کشف شده از تیتانیوم، یک ماسۀ سیاه رنگ به نام “مناکانیت” (menachanite) بود. این ماده در سال 1791 در منطقۀ “کورن وال” توسط یک کشیش به نام “ویلیام گرگور” کشف شد.

او پس از تجزیه و تحلیل این مادۀ معدنی، نتیجه گرفت که از اکسیدهای آهن و یک فلز ناشناخته تشکیل شده است. لذا آن را به انجمن زمین شناسی سلطنتی کرنوال گزارش داد.

چهار سال بعد یعنی در سال 1795، دانشمند آلمانی “مارتین هاینریش کلاپروت” سنگ معدن قرمزی معروف به شرل (Schörl) را در مجارستان کشف کرد. این سنگ ظاهرا اکسید تیتانیوم روتیل (TiO2) بود. اما کلاپروت دریافت که این سنگ متشکل از اکسید همان عنصری است که تا آن روز ناشناخته بود.

کلاپروت این ماده را تیتانیوم نامید. هنگامی که به او در مورد کشف گریگور گفتند، وی مناکانیت را نیز آنالیز کرد و تأیید کرد که آن سنگ نیز حاوی تیتانیوم هست. اما به هر حال، فرم خالص این عنصر تا سال 1910 دست نیافتنی بود. سالی که دانشمندی به نام “م. هانتر” از شرکت جنرال الکتریک ایالات متحده، فرم خالص تیتانیم را سنتز کرد. او با گرمایش تتراکلرید تیتانیوم و فلز سدیم، توانست به این هدف دست یابد.

خواص فیزیکی تیتانیوم

به عنوان یک فلز، تیتانیوم به نسبت استحکام به وزن بالایی که دارد معروف است. تیتانیوم فلزی مستحکم با چگالی کم است که مخصوصا در یک محیط بدون اکسیژن کاملاً شکل پذیر است. همچنین ظاهری براق و یک رنگ سفید فلزی خاص دارد.

نقطه ذوب نسبتاً زیاد این فلز (بیش از 1650 درجۀ سلسیوس) از آن یک فلز نسوز ساخته است. این ماده پارامغناطیس است و در مقایسه با سایر فلزات، هدایت الکتریکی و حرارتی نسبتاً کمی دارد. تیتانیوم در صورت سرد شدن تا زیر دمای بحرانی خود یعنی 49/0 کلوین، ابررسانا (superconductor) است.

گریدهای تجاری تیتانیوم خالص (99.2 درصد خالص) دارای استحکام کششی نهایی حدود 434 مگاپاسکال هستند. جالب اینجاست که در عین چگالی کمتری که تیتانیوم دارد، استحکام کششی آن با آلیاژهای فولادی گرید پایین (Low-Grade Steel Alloys) برابری می کند.

با این وجود، با حرارت دادن این فلز تا بالاتر از 430 درجۀ سلسیوس، از استحکام آن کم می شود. این فلز یک آلوتروپ دوریخت (Dimorphic) است. یک آلوتروپ آن دارای ساختار بلوری هگزاگونال  است که آلفا نامیده می شود. تیتانیم آلفا در دمای 882 درجۀ سلسیوس، به ساختار BCC تبدیل می شود که به آن تیتانیم بتا می گویند. شکل زیر دیاگرام فازی تیتانیوم-اکسیژن را نشان می دهد.

خواص شیمیایی تیتانیوم

مانند آلومینیوم و منیزیم، فلز تیتانیم و آلیاژهایش با قرارگیری در معرض هوا بلافاصله اکسید می شوند. اما واکنش آن به کندی صورت می گیرد.  چراکه یک پوشش اکسیدی پسیو (Passive) ایجاد می شود که فلز را از اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند.

هنگامی که این لایۀ محافظ برای اولین بار تشکیل می شود، فقط 1 تا 2 نانومتر ضخامت دارد. اما به آرامی به رشد خود ادامه می دهد و طی چهار سال به ضخامت 25 نانومتر می رسد. با این حال تیتانیوم در 1200 درجۀ سلسیوس در هوای عادی و در 610 درجۀ سلسیوس در اکسیژن خالص، به شدت با این گاز واکنش می دهد و دی اکسید تیتانیوم (TiO2) را تشکیل می دهد.

تیتانیم مقاومت به خوردگی مطلوبی در اتمسفر (در حد فلز پلاتین) دارد. این فلز قادر به مقاومت در برابر اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک رقیق، محلول های کلریدی و اکثر اسیدهای آلی است. اگرچه معمولا توسط اسیدهای غلیظ خورده می شود.

تیتانیوم از معدود عناصری است که در گاز نیتروژن خالص می سوزد و در دمای 800 درجۀ سلسیوس نیترید تیتانیوم را ایجاد کرده که باعث تردی این فلز می شود. رشته های تیتانیومی به دلیل واکنش پذیری بالای آن با اکسیژن، نیتروژن و برخی گازهای دیگر، در پمپ های تصعید به عنوان پاک کنندۀ این گازها استفاده می شود.  این پمپ های ارزان و قابل اطمینان، فشارهای بسیار کمی را در سیستم های با خلا بسیار زیاد (ultra-high vacuum) ایجاد می کنند.

مشخصات و خواص تیتانیم

فرایند تولید تیتانیوم

تیتانیوم با استفاده از فرآیندی تحت عنوان “کرول” (Kroll) تولید می شود. مراحل این فرایند شامل استخراج، تصفیه، تولید اسفنج، ایجاد آلیاژ و شکل دهی و فرم دهی است. در ایالات متحده و اکثر کشورهای تولید کنندۀ تیتانیوم، بسیاری از تولیدکنندگان در مراحل مختلف این تولیدات تخصص دارند.

به عنوان مثال، تولیدکنندگانی وجود دارند که فقط اسفنج می سازند. یا برخی دیگر که فقط عملیات ذوب را انجام می دهند و آلیاژ ایجاد می کنند. بعضی دیگر نیز صرفا محصولات نهایی را تولید می کنند. در ادامه هر یک از مراحل را بررسی می کنیم.

استخراج

در آغاز تولید کننده کنسانتره های تیتانیوم را از معادن دریافت می کند. منابع معدنی اصلی این عنصر، سنگ های روتیل، ایلمنیت و لوکوکسن هستند. از سنگ روتیل می توان به شکل طبیعی خود استفاده کرد اما سنگ ایلمنیت برای از بین بردن آهن پردازش می شود تا حداقل 85 درصد دی اکسید تیتانیوم داشته باشد.

این کنسانتره ها همراه با گاز کلر و کربن در یک رآکتور بستر سیال قرار می گیرند. سپس تا 652 درجۀ فارنهایت (900 درجۀ سلسیوس) گرم می شوند تا واکنش شیمیایی بعدی منجر به ایجاد تتراکلرید تیتانیوم ناخالص (TiCl4) و مونوکسید کربن شود. در انتهای این مرحله کلریدهای فلزی ناخواستۀ مختلفی که تولید شده اند، باید حذف شوند.

تصفیه

پس از این مرحله، فلز واکنش داده شده (Reacted Metal) را در مخازن بزرگ قرار داده و گرم می کنند. در طی این مرحله، ناخالصی ها با استفاده از تقطیر کسری (Fractional Distillation) و رسوب دهی (Precipitation) جدا می شوند. این عمل باعث حذف کلریدهای فلزاتی از جمله آهن، وانادیوم، زیرکونیوم، سیلیکون و منیزیم می شود.

تولید اسفنج

تتراکلرید تیتانیوم خالص شده به صورت مایع به محفظۀ راکتوری از جنس فولاد ضد زنگ منتقل می شود. سپس منیزیم به آن افزوده شده و محفظه تا حدود 2012 درجۀ فارنهایت (1100 درجۀ سلسیوس) گرم می شود.

سپس آرگون به درون محفظه پمپ می شود تا هوا از بین برود و از آلودگی با اکسیژن یا نیتروژن جلوگیری شود. در این محفظه تیتانیوم به آهستگی منجمد می شود. در ادامه تیتانیم جامد از رآکتور خارج می شود و سپس با آب و اسید کلریدریک تصفیه می شود تا منیزیم و کلرید منیزیم اضافی موجود در آن از بین برود. مادۀ جامد حاصل یک فلز متخلخل است که اسفنج (Sponge) نامیده می شود.

طراحی و ایجاد شمش آلیاژی

اسفنج تیتانیوم خالص را می توان از طریق کوره قوس با الکترود مصرفی به آلیاژهای قابل استفاده تبدیل کرد. در این مرحله، اسفنج با مواد افزودنی آلیاژی و ضایعات فلزی مخلوط می شود. نسبت دقیق اسفنج به مواد آلیاژی قبل از تولید در آزمایشگاه فرموله می شود.

سپس این جرم تحت فشار قرار گرفته و بهم جوش داده می شود تا یک الکترود اسفنجی تشکیل شود. سپس الکترود اسفنجی برای ذوب شدن در کورۀ قوس خلا قرار می گیرد. محفظۀ این کوره از جنس مس و خنک شده با آب است.

در این کوره از قوس الکتریکی برای ذوب الکترود اسفنجی و تولید شمش استفاده می شود. در این مرحله تمام هوای موجود در ظرف یا خارج می شود (خلا ایجاد می شود) یا اتمسفر برای جلوگیری از آلودگی با آرگون پر می شود.

به طور معمول، شمش یکی دو بار دیگر ذوب می شود تا یک شمش قابل قبول تجاری تولید شود. در ایالات متحده، بیشتر شمش های تیتانیومی تولید شده با این روش حدود 9000 پوند (4082 کیلوگرم) وزن و 30 اینچ (76.2 سانتی متر) قطر دارند.

پس از ایجاد شمش، آن را از کوره خارج کرده و از نظر نقص بررسی می کنند. سطح شمش ها را می توان مطابق با نیاز مشتری پردازش کرد و برای طی کردن مراحل شکل دهی و فرم دهی بعدی به مراکز مورد نظر انتقال داد.

تیتانیوم خالص تجاری (CP)

این ماده همان طور که از نام آن پیداست، فقط حاوی عنصر تیتانیوم است و با هیچ متریال دیگری ترکیب نمی شود. محصول نهایی تیتانیوم CP دارای بیشترین مقاومت در برابر خوردگی نسبت به هر نوع دیگری از تیتانیوم است.

مشخصه اصلی این نوع، درصد و محتوای اکسیژن آن است که به عنوان مکانیسم اصلی استحکام بخشی عمل می کند. این محصول دارای انعطاف پذیری (Malleability) فوق العاده عالی است. در ادامه چهار گرید تیتانیوم CP را معرفی می کنیم.

تیتانیم CP گرید 1

این گرید نرم ترین فرم تیتانیوم خالص است. قابلیت جوش پذیری بسیار مطلوبی دارد و از لحاظ شکل پذیری در مقام اول میان گریدهای CP قرار دارد. این ماده اغلب در صنایع معماری، پزشکی و دریایی مورد استفاده قرار می گیرد. این گرید کمترین میزان اکسیژن را از هر یک از گریدهای خالص تجاری دارد. لازم به ذکر است که با هر واحد افزایش گرید، میزان اکسیژن بیشتری نیز در ماده یافت خواهد شد.

تیتانیم CP گرید 2

این گرید انعطاف پذیری بالایی دارد اما از استحکام متوسطی برخوردار ​​است. با توجه به خواص مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی، گرید 2 بیشتر در صنایع هوافضا، خودرو، معماری و نمک زدایی (Desalination) استفاده می شود.

تیتانیم CP گرید 3

 این گرید استحکام بیشتری نسبت به گریدهای بالاتر از خود دارد، اما قابلیت انعطاف پذیری آن کمتر است. این محصولات به طور گسترده ای در فرآوری هیدروکربن ها و صنایع دریایی و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد.

تیتانیم CP گرید 4

با توجه به اینکه نسبت به گریدهای 2 و 3 استحکام بیشتری دارد، شکل پذیری آن کاهش یافته است. با این حال همچنان از خاصیت مقاومت در برابر خوردگی عالی برخوردار است. این گرید در کاربردهایی مورد استفاده قرار می گیرد که استحکام بالا مدنظر باشد. حوزه هایی نظیر پزشکی و صنایع هوافضا از مشتری های اصلی این گرید هستند. تیتانیوم گرید 4 بیشترین میزان اکسیژن را در بین درجه های خالص تجاری دارد.

طبقه بندی آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم خالص معمولاً ساختار  هگزاگونال (آلفا) دارد. اما همانطور که گفتیم، در صورت حرارت دادن تا بالاتر از 882 درجۀ سلسیوس، ساختار بلوری آن به صورت مکعب مرکز دار (بتا) در می آید. افزودن عناصر آلیاژی به تیتانیوم این دمای تحول را تحت تأثیر قرار می دهد و در بسیاری از آلیاژها منجر به باقی ماندن فاز بتا در دمای اتاق می شود.

بنابراین امکان دارد ماده ای حاوی هر دو فاز آلفا و بتا یا حتی کاملاً بتا تولید شود. مقادیر نسبی فازهای آلفا و بتا در هر آلیاژ خاص، از نظر مقاومت در برابر کشش، شکل پذیری، خواص خزش، قابلیت جوش پذیری و سهولت شکل پذیری تأثیر قابل توجهی دارد. در صنعت متالورژی معمول است که به آلیاژهای تیتانیوم با توجه به ساختار آن ها، آلفا، آلفا-بتا و آلیاژهای بتا گفته شود. در جدول زیر نمونه هایی از هرکدام این آلیاژها دیده می شود.

آلیاژهای تیتانیوم آلفا

پیش تر دیدیم که تیتانیوم خالص تجاری، اگرچه نام خالص را یدک می کشد اما در واقع با مقدار کمی اکسیژن آلیاژ می شود. این میزان اکسیژن است که باعث افزایش سختی و استحکام کششی می شود. با تغییر مقادیر اکسیژن اضافه شده، می توان طیف وسیعی از گریدهای تجاری خالص تیتانیوم را با سطح استحکام بین 290 و 740 مگاپاسکال تولید کرد.

این مواد دارای ساختار آلفا هستند. اگرچه در صورت وجود ناخالصی های تثبیت کنندۀ بتا، مانند آهن، ممکن است مقدار کمی فاز بتا نیز یافت شود. آلیاژهای تیتانیم آلفا قابلیت عملیات حرارتی برای افزایش استحکام را ندارند.

 لذا افزودن 2.5 درصد مس به تیتانیوم برای رسیدن به این مقصود توصیه می شود. آلومینیوم بعنوان افزودنی آلیاژی به تیتانیوم یک تثبیت کنندۀ فاز آلفا است و در بسیاری از آلیاژهای موجود در بازار یافت می شود.

آلیاژهای تیتانیوم آلفا-بتا

عناصری مانند وانادیوم، مولیبدن، آهن و کروم فاز بتا را در آلیاژهای تیتانیوم تثبیت کرده و از این طریق طیف گستردۀ آلیاژهای آلفا-بتا تولید می شوند. این آلیاژها معمولا از استحکام متوسط ​​تا زیاد (استحکام کششی از 620 تا 1250 مگاپاسکال) و مقاومت در برابر خزش مفید تا بازۀ 350 تا 400 درجۀ سلسیوس عرضه می شوند.

علاوه بر کنترل خصوصیات کششی، خستگی و چقرمگی شکست، پارامترهای مهمی در طراحی این آلیاژها دخیل هستند. امروزه روش های مدرن ترمومکانیکی و عملیات حرارتی، برای اطمینان از این که این آلیاژها تعادل مطلوبی از خواص مکانیکی را برای طیف گسترده ای از کاربردها فراهم می کنند، توسعه یافته اند.

به منظور حصول حداکثر مقاومت در برابر خزش در دماهایی بالاتر از 450 درجۀ سلسیوس، اکنون از آلیاژهای نزدیک به آلفا (Near Alpha) استفاده می شود. این آلیاژها استحکام خزشی قابل قبولی تا دمای حداکثر 600 درجۀ سلسیوس از خود نشان می دهند.

آلیاژهای تیتانیوم بتا

زمانی که عناصر تثبیت کنندۀ بتا به مقدار کافی به تیتانیوم اضافه شوند، می توان آلیاژهای تماماً بتا تولید کرد. اگرچه این دسته از آلیاژها سال هاست که در دسترس هستند، اما اخیراً بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. این مواد به طور کلی نسبت به آلیاژهای آلفا-بتا به راحتی کارسرد می شوند. همچنین تا دستیابی به استحکام های بالا قابلیت عملیات حرارتی دارند. همچنین برخی از آن ها مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به گریدهای خالص تجاری دارند.

طبقه بندی آلیاژها بر اساس استحکام

طبقه بندی قبلی آلیاژهای تیتانیوم با توجه به ساختارهای متالوگرافیکی انجام شده بود. دیگر سیستم طبقه بندی که طراحان تمرکز بیشتری روی آن دارند، یک سیستم مبتنی بر استحکام کششی است. این سیستم طبقه بندی در جدول زیر آورده شده است. اگرچه این جدول لیست کاملی از آلیاژهای تیتانیوم ارائه نمی دهد، اما شامل انواع متداول تر کاربردی در هر یک از محدوده های استحکام است.

تیتانیوم خالص تجاری؟ یا آلیاژهای آلفا-بتا؟

تا اینجا گفتیم که به طور کلی دو نوع مختلف تیتانیوم وجود دارد:

  • تیتانیوم خالص تجاری (گرید 1 تا 4)
  • آلیاژهای تیتانیوم (آلفا، بتا، آلفا-بتا)

در هنگام بررسی این که کدام نوع تیتانیوم مناسب نیازهای شماست، عوامل مختلفی باید در نظر گرفته شوند. در مرحله اول، لازم است اطمینان حاصل شود که نوع انتخاب شده، الزامات تولید یک محصول نهایی عالی را برآورده می کند.

در بسیاری از موارد، مثلا در صنایع هوافضا و پزشکی، کیفیت محصول مسئلۀ مرگ و زندگی است. از این رو هنگام انتخاب تیتانیومی که مطابق با نیازها باشد، بحث های اقتصادی اولویت اول نیست. با این حال هرکدام از این انواع، مزایای خاص خود را دارند که در ادامه آن ها را بررسی می کنیم.

مزایای تیتانیوم آلفا-بتا

هنگامی که نوبت به انتخاب بین تیتانیم فاز آلفا-بتا و تیتانیوم خالص تجاری می رسد، فاز آلفا-بتا مزایای مشخصی دارد که عبارتند از:

  • این نوع آلیاژ تیتانیوم قابلیت عملیات حرارتی برای افزایش استحکام را دارد.
  • این آلیاژ می تواند در مقاطع جوشکاری شده تا دمای حداکثر 600 درجۀ فارنهایت مورد استفاده قرار گیرد.
  • استحکام بالا و در عین حال سبک وزن بودن آن، به همراه مقاومت بالا در برابر خوردگی، ترکیب خواص ایده آلی را ارائه می دهد.

مزایای تیتانیوم خالص تجاری

از طرف دیگر، مزایای تیتانیم CP نسبت به آلیاژهای آن قابل توجه است. اگرچه یک لیست کوتاه را تشکیل می دهد. تیتانیوم خالص نرم تر و داکتیل تر است و چگالی کمتری نیز دارد. همچنین صفحات، میله ها و دیگر مقاطع تیتانیومی با گریدهای یک، دو و سه، مقاومت در برابر خوردگی نسبتاً بالاتری دارند.

نوع CP در مقایسه با آلیاژهای خود قابلیت پردازش (Processability) بهتری دارد. این نوع باید در مواردی استفاده شود که فرایندهای زیادی روی مواد اعمال می شود. این شرایط باعث مهم شدن خواصی مانند شکل پذیری و قابلیت جوشکاری می شود.

معمولا در چنین شرایطی چکش خواری و استحکام (که انواع آلیاژی دارند) از اهمیت بالایی برخوردار نیست. با این حال، استحکام کمی که انواع خالص تجاری دارند را نباید با “دوام کم” اشتباه گرفت. چراکه محصولات تیتانیوم خالص عمر طولانی ای دارند.

به طور کلی، تیتانیم خالص تجاری در ساخت اجزای پیچیده کاندید برتری به نظر می رسد. همچنین در مواردی که آلیاژهای آلفا-بتا واجد شرایط مورد نظر در طراحی نباشند، انواع CP کاربردهای زیادی خواهند داشت.

کاربردهای تیتانیوم

موتور جت

از زمان ظهور موتور جت، تیتانیوم در آلیاژهای جدید و با تکنیک های تولید مدرن، در این مقاطع استفاده می شود. استفاده از این فلز سبب می شود استانداردهای سختگیرانه تری ارضا شوند. استاندارهایی که برای عملکرد در دمای بالا، مقاومت در برابر خزش، استحکام و ساختار متالورژیکی دقیق و خاص تدوین شده اند.

امروزه بکارگیری روش هایی مانند ذوب سه گانه (Triple Melting) و یا ذوب با پرتو الکترونی (Electron Beam Melting) منجر به تولید با کیفیت ترین آلیاژهای تیتانیمی می شود. از این آلیاژها به طور گسترده در کاربردهای هوافضا مانند موتورها و فریم های هوایی استفاده می شود. استفاده از این فلز در ساخت تیغه های فن، علاوه بر افزایش کارایی، باعث کاهش صدا می شود.

اسکلت های هوایی

امروزه در بازار ساخت اسکلت هوایی، آلیاژهای نوآورانه ای جایگزین آلیاژهای فولاد و نیکل در ساخت چرخ دنده ها و اتاقک موتور شده اند. این متریال ها، تولیدکنندگان چارچوب و اسلکت هواپیماها را قادر می سازد تا با کاهش وزن، کارایی هواپیما را بهبود بخشند.

صفحات و ورق های آلیاژی مورد استفاده در هواپیما، عمدتاً از طریق فورج نوردی داغ تولید می شوند. برای دستیابی به صافی بحرانی در این صفحات (Critical Plate Flatness) از روش مدرن صافکاری خزشی در خلا (Vacuum Creep Flattening) استفاده می شود. جالب است بدانید در عصر حاضر با هر طراحی جدید، تولیدکنندگان هواپیماهای تجاری، استفاده از تیتانیوم را در فریم های محصولات خود افزایش می دهند.

تولید برق

در نیروگاه های تولید نیرو، جایی که از آب های شور یا آلوده به عنوان محیط خنک کننده استفاده می شود، لوله های کندانسور با دیوارۀ نازک تیتانیومی بهترین گزینه هستند. اکثر این لوله ها 40 سال ضمانت سلامت در برابر عوامل خوردگی دارند.

فراوری شیمیایی

در بسیاری از عملیات های مربوط به فرآوری شیمیایی، تیتانیوم را برای افزایش عمر تجهیزات انتخاب می کنند. این فلز مزایای قابل توجهی از لحاظ دوام و عمر مفید نسبت به مس، نیکل و فولاد ضد زنگ دارد. همچنین مزیت هزینۀ اولیه را نسبت به موادی مانند آلیاژهای با درصد نیکل بالا، تانتالوم و زیرکونیوم فراهم می کند.

صنایع نفتی

در اکتشاف و تولید نفت، وزن سبک و انعطاف پذیری لوله های تیتانیمی، آن ها را به انتخابی عالی برای بالابرهای اعماق دریا تبدیل کرده است. علاوه بر این، ایمنی تیتانیوم در برابر حملات خوردگی آب دریا، آن را به متریالی کاملا ترجیحی برای سیستم های آب فوقانی تبدیل می کند.

دیگر صنایع تولید انرژی

آلیاژهای تیتانیوم در ده ها هدف صنعتی دیگر مانند گوگرد زدایی در دودکش هابرای کنترل آلودگی، در کارخانه های PTA برای تولید پلی استر، مخازن تحت فشار، مبدل های حرارتی و اتوکلاو های هیدرومتالورژی استفاده می شود.

صنعت رایانه

در صنعت رایانه، تیتانیوم یک بستر امیدوار کننده برای درایوهای هارددیسک است. در مقایسه با آلومینیوم که معمولا به عنوان مادۀ اصلی در این کاربردها استفاده می شود، تیتانیوم مزایای قابل توجهی را فراهم می کند. خصوصیات غیر مغناطیسی آن مانع از تداخل در فرآیند ذخیره اطلاعات می شود. توانایی مقاومت در برابر حرارت این فلز، اجازه می دهد تا درجه حرارت بالاتری در طول فرآیند پوشش دهی تیتانیوم در دسترس باشد. این موضوع باعث بهبود نرخ تولید قطعات کامپیوتری می شود.

صنعت خودرو

در صنعت خودرو، هم در بازار عادی و هم در عرصۀ مسابقات اتوموبیل رانی، تیتانیوم حرف های زیادی برای گفتن دارد. قطعات موتور مانند میله های اتصال، پین ها و پیچ ها، شیرآلات، نگهدارندۀ سوپاپ ها و فنرها، بازوهای راکر و میل بادامک، همگی و همگی از آلیاژهای تیتانیوم بهره ای دارند.

تیتانیوم ممکن است در ابتدا برای این کاربردها گران باشد. اما شرکت هایی که از ویژگی های منحصر به فرد این فلز بهره می برند، در واقع برای عملکرد بهتر و ماندگاری بیشتر قطعات خودرو و موتورسیکلت هزینه می کنند.

ایمپلنت های دندانی

تیتانیوم نسبت به مایعات موجود در بدن انسان کاملاً بی اثر است. از این رو برای ساختارهای جایگزین پزشکی مانند کاشت مفصل ران و زانو ایده آل است. تیتانیوم در واقع اجازه می دهد رشد استخوان ها در کنار ایمپلنت ها به راحتی ممکن باشد. امروزه از صفحات و مش های تیتانیومی ترمیمی که استخوان های شکسته را پشتیبانی می کنند، همراه با ایمپلنت های دندانی، به طور گسترده استفاده می شود.

صنایع دفاع

نسبت استحکام به وزن بالا از ویژگی های بالستیک برتر تیتانیم برای کاربردهای زره ​​ای است. استفاده از آلیاژهای این فلز به عنوان زرۀ محافظ نفربرها و تانک ها، باعث سبک شدن این وسایل نقلیه می شود. همچنین تحرک مفید آن ها را افزایش می دهد. جلیقه های ضد گلولۀ شخصی و کلاه ایمنی برای پلیس ساخته شده از این فلز بسیار سبک تر و راحت تر از لباس های ساخته شده از دیگر مواد هستند.

منابع

Titanium”. Columbia Encyclopedia (6th ed.). New York: Columbia University Press. 2000–2006. ISBN 978-0-7876-5015-5.

Thiemann, M.; et al. (2018). “Complete electrodynamics of a BCS superconductor with μeV energy scales: Microwave spectroscopy on titanium at mK temperatures”. Phys. Rev. B. 97 (21): 214516. arXiv:1803.02736.

Steele, M. C.; Hein, R. A. (1953). “Superconductivity of Titanium”. Phys. Rev. 92(2): 243–247. Bibcode:1953PhRv…92..243S. doi:10.1103/PhysRev.92.243.

Forrest, A. L. (1981). “Effects of Metal Chemistry on Behavior of Titanium in Industrial Applications”. Industrial Applications of Titanium and Zirconium. p. 112.

Titanium”. Encyclopædia Britannica. 2006. Retrieved 29 December 2006.

www.azom.com
www.madehow.com
www.rsc.org
www.study.com

آیا مقاله برای شما مفید بود ؟
5/rateraterateraterate
5
0 نظر ثبت شده
مواد کنکور

مطالب مرتبط

دیدگاه کاربران