Titanium is een zilverwit metaal dat gewaardeerd wordt om zijn sterkte, lichte gewicht en weerstand tegen corrosie. De unieke en wenselijke eigenschappen hebben geleid tot het gebruik ervan in tal van industrieën en toepassingen, voornamelijk in de lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, medische en chemische verwerkingsindustrie. Titanium is verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten en legeringen, waarbij elk legeringstype unieke eigenschappen biedt die geschikt zijn voor specifieke toepassingen. Dit artikel definieert titanium en beschrijft de eigenschappen ervan, bespreekt de verschillende kwaliteiten en legeringen en legt de toepassingen van titanium uit.
Wat is titaan?
Titanium is een zilverwit metaal met een atoomnummer van 22. Het is een lichtgewicht, taai, sterk, corrosiebestendig, biocompatibel metaal met een hoge sterkte-gewichtsverhouding. Titanium is het negende meest voorkomende element op aarde. Het wordt vaak aangetroffen in rotsen, klei en zand. Rutiel en ilmeniet zijn de twee belangrijkste commerciële mineralen die worden gebruikt om titanium te extraheren en te raffineren. Titanium is onderverdeeld in legering, legering en - legering. Titanium-alfalegeringen zijn alleen gelegeerd met zuurstof en vaak met andere metalen zoals aluminium, molybdeen en vanadium. De toevoeging van deze metalen helpt gewenste eigenschappen te bereiken, zoals verhoogde sterkte, corrosieweerstand en lager gewicht. Veel voorkomende toepassingen voor titanium en zijn legeringen zijn onder meer: commerciële en ruimtevaarttoepassingen, condensors van elektriciteitscentrales, ontziltingsinstallaties, maritieme toepassingen, bouwproducten, medische implantaten zoals hardware voor gewrichtsvervanging en consumentenproducten zoals golfclubs en fietsframes.
Wat is de oorsprong van titanium?
Titanium werd ontdekt door de Britse scheikundige en mineraloog William Gregor in 1791 en genoemd door de Duitse scheikundige Martin Heinrich in 1795. Klapoulos noemde dit element "titanium" naar de Titanen uit de Griekse mythologie. Zuiver titanium was echter pas in 1910 beschikbaar. MA Hunter, een wetenschapper aan het Rensselaer Polytechnic Institute, scheidde de metalen door titaniumtetrachloride (TiCl4) te verhitten met natrium bij hoge druk en temperatuur (1292-1472 graad F), waardoor puur titanium ontstond. en natriumchloride als bijproducten. Vervolgens isoleerde William Justin Kroll in 1932 titanium door TiCl4 fractioneel te reduceren met calcium, gevolgd door magnesium en natrium. Tegenwoordig is het "Kroll-proces" het proces dat gewoonlijk wordt gebruikt voor de commerciële productie van titanium.
Wat is een andere term voor titanium?
Titanium wordt soms het ‘wondermetaal’ of ‘lucht- en ruimtevaartmetaal’ genoemd omdat het veel eigenschappen heeft die nodig zijn voor ruimtevaarttoepassingen. De lage dichtheid, ductiliteit, treksterkte en corrosieweerstand van titanium dragen allemaal bij aan de bijnaam.
Wat is het chemische symbool voor titanium?
Het chemische symbool voor titanium is ‘Ti’.
Waar is titanium van gemaakt?
Omdat titanium gemakkelijk reageert met zuurstof, komt puur titanium niet in de natuur voor. In plaats daarvan wordt titanium in bijna alle rotsen, kleisoorten, zandsoorten en mineralen op aarde aangetroffen in de vorm van titaniumdioxide. Rutiel en ilmeniet zijn de twee belangrijkste mineralen die worden gebruikt bij de commerciële productie van titanium. Anatase, perovskiet, brookiet en titaniet bevatten ook titanium. Elk van de bovengenoemde mineralen kan worden verfijnd om puur titanium te verkrijgen.
Hoe wordt titanium gemaakt?
Het Kroll-proces is de meest gebruikelijke methode voor het produceren van puur titanium. Het proces begint met het verwarmen van een erts zoals rutiel of ilmeniet om vloeibaar titaniumtetrachloride (TiCl4) te produceren. De TiCl4-vloeistof wordt vervolgens gezuiverd door gefractioneerde destillatie (vergelijkbaar met het fractioneringsproces dat wordt gebruikt om benzine uit ruwe olie te produceren). Na destillatie wordt gesmolten magnesium toegevoegd aan vloeibaar TiCl4 om een poreuze titanium "spons" en een zout op magnesiumbasis te vormen. De titaniumspons wordt vervolgens samengeperst en gesmolten in een vlamboogoven. Ten slotte wordt puur titanium in blokken gegoten. Legeringen kunnen worden gemaakt door een smelt van puur titanium te mengen met andere metalen en dit vervolgens in blokken te gieten.
Wat zijn de belangrijkste kenmerken van titanium?
De eigenschappen en kenmerken van titanium variëren per kwaliteit en specifieke legering. In onderstaande tabel worden echter enkele algemene eigenschappen van titanium weergegeven:
Corrosiebestendigheid: Titanium is zeer goed bestand tegen corrosie door zeewater, chloor en vele andere corrosieve stoffen, waardoor het nuttig is voor maritieme en chemische verwerkingstoepassingen.
Lichtgewicht: Titanium heeft een lagere dichtheid dan veel andere metalen. Het is bij uitstek geschikt voor gebruik in lichtgewicht constructies en componenten in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie.
Hoge sterkte: De sterkte van titanium is vergelijkbaar met staal. Vanwege de lagere dichtheid van titanium weegt een titaniumstructuur met gelijke sterkte echter ongeveer 45% minder dan een overeenkomstige staalstructuur. Vanwege de hoge sterkte en hoge sterkte-gewichtsverhouding wordt titanium vaak gebruikt in lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, medische en maritieme toepassingen.
Biocompatibiliteit: Titanium wordt beschouwd als het meest biocompatibele metaal vanwege zijn inertie, weerstand tegen corrosie door lichaamsvloeistoffen, het vermogen om te integreren in het bot (osseo-integratie) en de hoge cyclische vermoeidheidslimiet. Hierdoor kan titanium worden gebruikt in bot-, gewrichts- en tandheelkundige implantaten.
Hittebestendigheid: Titanium heeft een lage thermische geleidbaarheid. Dit maakt titanium ideaal voor toepassingen met hoge temperaturen, zoals machinale bewerking, ruimtevaartuigen, straalmotoren, raketten en auto's.
Niet-magnetisch: Titanium is niet-magnetisch maar wordt paramagnetisch in de aanwezigheid van een magnetisch veld.
Ductiliteit: Titanium is een taai metaal en de taaiheid ervan neemt toe met de temperatuur. Bovendien kan het legeren van titanium met andere ductiele metalen zoals aluminium de ductiliteit ervan aanzienlijk vergroten.
Lage thermische uitzetting: Titanium heeft een lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Titanium zet niet uit of krimpt niet onder extreme temperaturen, zoals andere materialen zoals staal. De lage thermische uitzettingseigenschappen maken titanium ideaal voor structurele toepassingen die hoge temperaturen ervaren, zoals in de lucht- en ruimtevaart of grote gebouwen en wolkenkrabbers in geval van brand.
Uitstekende weerstand tegen vermoeidheid: Titanium heeft een uitstekende weerstand tegen vermoeidheid. Dit maakt titanium zeer geschikt voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen, waar structurele componenten van vliegtuigen zoals landingsgestellen, hydraulische systemen en uitlaatpijpen worden onderworpen aan cyclische belastingen.
Wat is de kleur van titanium?
Titanium is zilvergrijs of zilverwit. Als titanium echter op een specifieke manier wordt geanodiseerd, kan het een volledig spectrum aan kleuren bereiken. Door de spanning tijdens het anodiseren te regelen, kunnen verschillende kleuren titanium worden verkregen.
Hoe ziet titaan eruit?
Titanium wordt vaak aangetroffen in stollingsgesteenten en sedimentaire gesteenten en mineralen. Ilmeniet (ijzertitaanoxide) en rutiel zijn twee mineralen waaruit titanium gewoonlijk wordt gewonnen. Ilmeniet is een grijszwarte rots, terwijl rutiel een donkerbruine tot zwarte rots is met een kristallijn uiterlijk.
