Титан и его сплавы: характеристики, свойства

Производство и изготовление

Благодаря распространённости в природе добывать руду, содержащую титан, не сложно. Самые распространённые виды руды, в которых содержится этот металл — брукит, ильменит, анатаз и рутил. Однако дальнейшие способы обработки титана (плавка, закалка и старение) считаются дорогостоящими. Существует несколько этапов получения чистого металла из руды:

В первую очередь добывается титановый шлак, с помощью разогревания ильменита до 1650 градусов.
Далее шлак проходит процесс хлорирования.
После этого с помощью печей сопротивления производится титановая губка.
Для получения чистого металла заключительным этапом обработки является процесс рафинирования.

Если нужно получить слитки титана, губку на его основе переплавляют в вакуумной печи.

Магниетермический процесс

Магниетермическое восстановление — популярный метод получения металла. Проведение технологического процесса:

Расплавляется оборотный магниевый конденсат.
Сливается конденсат хлористого магния.
При температуре 800 градусов, жидкий тетрахлорид титана с жидким магнием подаются в форму для застывания. Скорость подачи — 2,1–2,3 г/ч см2.

Постепенно температура снижается до 600 градусов.

Гидридно-кальциевый метод

Это промышленный метод восстановления металла. Процесс проведения работ:

При температуре 500 градусов Цельсия металлический кальций насыщается водородом.
Далее его смешивают с двуокисью титана. Компоненты нагревают в реторте, постепенно повышая температуру до 1100 градусов.
Спекшиеся компоненты вымывают из реторты.
Далее проводится обработка соляной кислотой.
Титановый порошок сушат, запекают в индукционных печах при температуре около 1400 градусов.

На спекшуюся массу должно воздействовать давление 10в-3 мм.

Электролизный метод

Способ получения сплава, основанный на применении электрического тока. Напряжение воздействует на ТiO2, ТiСl4. До этого их растворяют с помощью расплавленных солей фторидов.

Йодидный метод

Способ получения металла после термической диссоциации TiJ4. Изначально его получают при реакции паров йода с металлическим титаном.

Чтобы получить сплав высокой чистоты, необходимо применять последний способ получения соединения. Три первых метода позволяют быстро получать технический титан.

Идеи дизайна

После выбора материала, внимание переключается на внешний вид кольца. Современное ювелирное искусство предлагает огромную палитру разнообразных моделей, и молодожёны могут выбирать как исходя из разнообразных примет и традиций, так и из собственного эстетического вкуса.

Матовое или глянцевое, с единичным крупным камнем или россыпью небольших, с гравировкой или напылением – интересных решений невероятно много. При выборе конкретного украшения стоит учитывать, что обручальные кольца не принято снимать никогда, поэтому дизайн должен подходить ко всему гардеробу, как к повседневному, так и к праздничному, а также уместно смотреться как на юном, так и на пожилом человеке.

С другой стороны, традиции меняются. Некоторые пары покупают новые кольца на годовщину, и это позволяет для свадьбы выбрать необычное дизайнерское решение. Титан в этом плане крайне удобный сплав, ведь играть можно не только с формой и декором, но и с цветом самого кольца.

Классика без камня

Минималистичные и элегантные кольца, круглые или квадратные в сечении, отлично смотрятся без узора и дополнительных элементов. По традиции считается, что любые шероховатости на обручальном кольце приводят к ссорам, поэтому украшения обязательно должны быть гладкими.

Простое по дизайну кольцо легче сочетать с любым стилем в одежде, оно не слишком бросается в глаза, но при этом добавляет аристократических ноток общему образу.

Идея! Матовые варианты без декора смотрятся лаконично и элегантно, при этом в них присутствуют нотки нежности, особенно если и оттенок подобрать пастельный.

За гладкими кольцами легче ухаживать, а полировка делает титан лишь ярче, не уменьшая вес изделия и не истончая его.

С узором

Узор на титановое кольцо наносится как с помощью напыления или гравировки, так и благодаря вставкам из других металлов.

Интересна японская техника мокумэ-ганэ, при котором материалы не сплавляются, а словно бы склеиваются между собой. Получившиеся абстрактные узоры придутся по душе любительницам изящных и необычных украшений. Конечно, стоимость подобного аксессуара существенно повысится по сравнению с чисто титановыми аналогами, но зато и внешний вид получится совершенно роскошным.

В качестве напыления используют платину, золото различного цвета, серебро. Благородные металлы от соседства титана становятся менее капризными, но подобные изделия всё равно будут уступать по свойствам чистому сплаву.

С камнем

Если вы желаете получить роскошное украшение, то отличный вариант – инкрустация драгоценным камнем. Это может быть единичный крупный кристалл той или иной формы или россыпь мелких камушков.

Интересно выглядит алмазная грань, создающая очаровательные переливы при каждом движении руки. Особенно популярно такое решение при использовании чёрного титана – внешний вид аксессуара получается элегантным и одновременно необычным.

Кроме бриллиантов, используют другие драгоценные и полудрагоценные камни – сапфиры, изумруды, рубины, жемчуг. Обязательно изучите свойства выбранного камня, так как каждый из них требует определённого ухода.

Если титану не страшны никакие превратности судьбы, то изумруд вполне способен разбиться или поцарапаться от неловкого удара, жемчуг плохо переносит резкие перепады температур, сапфир темнеет. Также можно обратить внимание на полудрагоценные камни – малахит, горный хрусталь, аметист, янтарь.

Помните, что каждый камень обладает своей энергетикой и связанными с ним суевериями – учитывайте это. Подбирать кристалл также можно по знаку Зодиака.

С эмалью

Если защитные свойства эмали для сверхпрочного титана совершенно бесполезны, то, с эстетической точки зрения, подобный декор смотрится интересно.

Существует два способа работы с эмалью. Более простой, но менее долговечный холодный и более дорогой горячий. В обоих случаях возможно создание неожиданных и интересных узоров – хорошие мастера способны передать подробную картину с мельчайшими деталями, благо палитра цветов эмали практически безгранична. А так как титановые кольца обычно довольно широкие, то и холст для уникального узора позволяет фантазии новобрачных и ювелира разойтись по полной программе.

Особенность! В случае титановых колец эмаль более удобный способ декора, нежели гравировка, поэтому надписи или иной узор лучше наносить именно ей.

Не менее интересны и тонкие линии эмали, идущие через кольцо параллельной или пересекающейся линией. Подобный лаконичный дизайн чаще всего предпочитают мужчины. Драгоценные камни в этом случае лучше добавлять не на саму эмаль, а на пространство вокруг, чтобы не перегрузить композицию.

Стоит при этом понимать, что эмаль – это прочное, но всё-таки стекло, по своей прочности ни в какое сравнение не идущее с мощным титаном. Поэтому если вы выбираете подобное украшение, то обращаться с ним придется намного бережнее, нежели с чистым сплавом, и оберегать поверхность от ударов.

Достоинства и недостатки

Как и у любого другого металла, у титана есть сильные и слабые стороны. К преимуществам относятся:

малый вес;
коррозийная стойкость;
устойчивость к воздействию высоких температур;
высокая прочность — больше, чем у лучших образцов стали.

Недостатки:

Пыль и стружка, остающаяся после обработки титановых заготовок, может воспламенится при температуре в 400 градусов.
Этот металл плохо сваривается и практически не поддаётся резке.
Затратный способ получения металла из руды обуславливает его высокую стоимость.

Однако, несмотря на имеющиеся минусы, материал и его сплавы широко распространены в различных отраслях производства.

Малый вес

Украшения из титана: уход и хранение

Как и за любыми украшениями, за изделиями из титана тоже нужен уход. К сожалению, их поразительная прочность и устойчивость к коррозии не обеспечивают стопроцентной защиты от повреждений.

Однако если соблюдать несколько нехитрых правил, титановые украшения смогут радовать не только вас, но и ваших детей и внуков.

1. Во-первых, как и любую драгоценность, изделия из титана стоит хранить в индивидуальном мешочке или в шкатулке. Если выберете второй вариант, следите за тем, чтобы украшение не соприкасалось с изделиями, в которых присутствуют алмазы. Все-таки титан менее прочен, чем алмаз. И легко может поцарапаться от соприкосновения с последним.

Также берегите титановые украшения от других металлических изделий.

2. Украшения из титана нуждаются в полировке. Достаточно проводить эту процедуру раз в полгода. Со временем можно прибегать к ней реже. Полировка позволит сохранить блеск и привлекательность изделия. Еще долгие годы оно будет выглядеть как новое.

3. Если украшение загрязниться, чистить его лучше в теплой воде с мыльным раствором. А после промокнуть мягкой салфеткой или тряпочкой. Сушить на воздухе не рекомендуется. При бережном хранении и ношении чистить украшение достаточно раз в несколько месяцев. Если вы носите изделие из титана ежедневно, пару раз в неделю протирайте его салфеткой из микрофибры, без использования чистящих средств.

Характеристики и свойства

Характеристики титана напрямую зависят от количества примесей, содержащихся в его составе. Физические параметры:

Удельная прочность — 450 МПа.
Температура плавления титана — 1668 градусов.
Температура кипения — 3227 градусов.
Предел прочности у сплавов — 2000 Мпа.
Упругость титана — 110,25 Гпа.
Твердость металла — 103 НВ.
Предел текучести — 380 Мпа.

Структура и свойства этого металла обуславливают его низкую электропроводность. В нормальных условиях титан обладает высоким показателем устойчивости к коррозийным процессам.

Металл

Физические свойства металла

Титан представляет собой серебристо-белый металл. Он тугоплавкий, немного тяжелее алюминия. Однако при чуть большем весе прочность титана в три раза больше. Поддаётся различным способам обработки. Устойчив к воздействию влаги и кислот. Основные свойства титана были описаны выше.

Химические свойства титана

В нормальных условиях на поверхности этого металла образуется оксидная плёнка, которая защищает его от разрушительного воздействия влаги и кислот. К химическим свойствам титана можно отнести его устойчивость к воздействию щелочей, растворам хлора. Имеет степень окисления +4. С кислородом начинает взаимодействовать при температуре в 600 градусов. Титановая стружка может самовоспламеняться при нагревании.

Титан

В периодической системе химический элемент титан обозначается, как Ti (Titanium) и располагается в побочной подгруппе IV группы, в 4 периоде под атомным номером 22. Это серебристо-белый твёрдый металл, который входит в состав большого количества минералов. Купить титан вы можете на нашем сайте.

Открыли титан в конце 18 века химики из Англии и Германии Ульям Грегор и Мартин Клапрот, причём независимо друг от друга с шестилетней разницей. Название элементу дал именно Мартин Клапрот в честь древнегреческих персонажей титанов (огромных, сильных, бессмертных существ).

Как оказалось, название стало пророческим, но чтобы познакомиться со всеми свойствами титана, человечеству понадобилось ещё больше 150 лет. Только через три десятилетия удалось получить первый образец металла титана. На тот момент времени его практически не использовали из-за хрупкости.

В 1925 году после ряда опытов, при помощи йодидного метода химики Ван Аркель и Де Бур добыли чистый титан.

Благодаря ценным свойствам металла, на него сразу же обратили внимание инженеры и конструкторы. Это был настоящий прорыв. В 1940 году Кролль разработал магниетермический способ получения титана из руды. Этот способ актуален и на сегодняшний день.

Физические и механические свойства

Титан является довольно тугоплавким металлом. Температура его плавления составляет 1668±3°С. По этому показателю он уступает таким металлам, как тантал, вольфрам, рений, ниобий, молибден, тантал, цирконий. Титан – это парамагнитный металл. В магнитном поле он не намагничивается, но не выталкивается из него.

Изображение 2 Титан обладает низкой плотностью (4,5 г/см³) и высокой прочностью (до 140 кг/мм²). Эти свойства практически не меняются при высоких температурах. Он более чем в 1,5 раза тяжелее алюминия (2,7 г/см³), зато в 1,5 раза легче железа (7,8 г/см³). По механическим свойствам титан намного превосходит эти металлы.

По прочности титан и его сплавы располагаются в одном ряду со многими марками легированных сталей.

По стойкости к коррозии титан не уступает платине. Металл обладает отличной устойчивостью в условиях кавитации. Пузырьки воздуха, образующиеся в жидкой среде при активном движении титановой детали, практически не разрушают её.

Это прочный металл, способный сопротивляться разрушению и пластической деформации. Он в 12 раз твёрже алюминия и в 4 раза — меди и железа. Ещё один важный показатель – это предел текучести. С увеличением этого показателя улучшается сопротивление деталей из титана эксплуатационным нагрузкам.

В сплавах с определёнными металлами (особенно с никелем и водородом) титан способен «запоминать» форму изделия, созданную при определённой температуре. Такое изделие потом можно деформировать и оно надолго сохранит это положение. Если же изделие нагреть до температуры, при которой оно было сделано, то изделие примет первоначальную форму. Называют это свойство «памятью».

Теплопроводность титана сравнительно низкая и коэффициент линейного расширения соответственно тоже. Из этого следует, что металл плохо проводит электричество и тепло. Зато при низких температурах он является сверхпроводником электричества, что позволяет ему передавать энергию на значительные расстояния. Также титан обладает высоким электросопротивлением.

Чистый металл титан подлежит различным видам обработки в холодном и горячем состоянии. Его можно вытягивать и делать проволоку, ковать, прокатывать в ленты, листы и фольгу с толщиной до 0,01 мм.

Из титана изготавливают такие виды проката: титановая лента, титановая проволока, титановые трубы, титановые втулки, титановый круг, титановый пруток.

Химические свойства

Чистый титан – это химически активный элемент. Благодаря тому, что на его поверхности формируется плотная защитная плёнка, металл обладает высокой устойчивостью к коррозии.

Он не подвергается окислению на воздухе, в соленой морской воде, не меняется во многих агрессивных химических средах (например: разбавленная и концентрированная азотная кислота, царская водка). При высоких температурах титан взаимодействует с реагентами намного активнее. На воздухе при температуре 1200°С происходит его воспламенение.

Возгораясь, металл даёт яркое свечение. Активная реакция происходит и с азотом, с образованием нитридной плёнки желто-коричневого цвета на поверхности титана.

Реакции с соляной и серной кислотами при комнатной температуре слабые, но при нагреве металл усиленно растворяется. В результате реакции образуются низшие хлориды и моносульфат. Также происходят слабые взаимодействия с фосфорной и азотной кислотами. Металл реагирует с галогенами. Реакция с хлором происходит при 300°С.

Активная реакция с водородом протекает при температуре чуть выше комнатной. Титан активно поглощает водород. 1 г титана может поглотить до 400 см³ водорода. Нагретый металл разлагает двуокись углерода и пары воды. Взаимодействие с парами воды происходит при температуре более 800°С. В результате реакции образуется окисел металла и улетучивается водород.

Виды сплавов

Титановые сплавы можно разделить на три большие группы:

Соединения на основе химических соединений. Представители этой группы имеют жаропрочную структуру и низкую плотность. Снижение плотности напрямую влияет на снижение веса материала. Такие сплавы используют при изготовлении деталей для автомобилей, каркасов для летательных аппаратов и корпусов для кораблей.
Жаропрочные сплавы с низкой плотностью. Это аналог соединений с никелем, но с меньшей ценой. В зависимости от химического состава меняется устойчивость сплава титана к высоким температурам.
Конструкционные — высокопрочные соединения, которые легко поддаются обработке благодаря высокому показателю пластичности. Из этих сплавов изготавливаются детали, которые устанавливаются в оборудовании, работающим с большими нагрузками.

При производстве титановых сплавов используется официальная маркировка, которая указывает на то, с какими металлами он соединён.

Кому подходят?

Подобный материал придётся по душе уверенным в себе людям, идущим в ногу со временем и создающим уникальные собственные традиции. Любовь, столь же вечная, как используемый для космических кораблей сплав, безусловно, довольно красивый символ.

Титан оценят молодые люди, желающие чего-нибудь особенного, например, носить изысканные кольца с фиолетовым или чёрным градиентом.

Идеально подойдёт лёгкий, но внушительно выглядящий сплав мужчинам, желающим подчеркнуть несгибаемый характер. На хрупких женских пальчиках подобные кольца также смотрятся сказочно, вне зависимости от ширины и декора.

Титан – отличный вариант для новобрачных, не желающих переплачивать, ведь в данном случае бюджетность не мешает изделию сохранять превосходное качество.

Свойства и применение титановых сплавов

Титановые сплавы лишены основных недостатков чистого металла. При добавлении сторонних материалов изменяются его характеристики. Ключевые свойства титановых сплавов:

устойчивость к коррозийным процессам;
малая плотность;
большая удельная прочность.

Также сплавы более устойчивы к воздействию высоких температур. Благодаря повышенной защите от воздействия кислот и щелочей сплавы на основе этого материала получили популярность в химической промышленности и медицине. Их используют в строительстве, изготовлении оборудования, машин, самолётов, ракет и кораблей.

Титан и соединения на его основе распространены в различных направлениях промышленности. Этот металл обладает уникальными характеристиками, которые выделяют его на фоне других материалов. Из-за сложностей получения чистого металла цена на него достаточно высока.