Titanyumun kimyasal ve fiziksel özellikleri

Titanyum güçlü ve hafif bir refrakter metaldir. Titanyum alaşımları havacılık endüstrisi için hayati öneme sahiptir ve aynı zamanda tıbbi, kimyasal ve askeri donanımların yanı sıra spor ekipmanlarında da kullanılmaktadır.

Havacılık ve uzay uygulamaları titanyum tüketiminin %80'ini oluştururken, metalin %20'si zırh, tıbbi donanım ve tüketici ürünlerinde kullanılıyor.

Titanyum özellikleri

Titanyumun özelliklerine gelince, onun benzersiz fiziksel özelliklerini göz ardı edemeyiz. Titanyum, santimetreküp başına 4,5 gram yoğunluğa sahip hafif bir metaldir ve ona mükemmel bir güç kazandırır. Bu güç-ağırlık oranı dengesi, titanyumu havacılık alanında bir iskele malzemesi haline getirir ve modern uçakların gelişimini destekler.

Atom sembolü: Ti

Atom numarası: 22

Eleman Kategorisi: Geçiş Metali

Yoğunluk: 4,506/cm3

Erime noktası: 3038 derece F (1670 derece)

Kaynama noktası: 5949 derece F (3287 derece)

Mohs sertliği: 6

özellik

Titanyum içeren alaşımlar yüksek mukavemetleri, hafiflikleri ve mükemmel korozyon dirençleriyle bilinir. Titanyum çelik kadar güçlü olmasına rağmen yaklaşık %40 daha hafiftir.

Bu, kavitasyona (zamanla metali zayıflatan veya zarar veren şok dalgalarına neden olan hızlı basınç değişiklikleri) ve erozyona karşı direnciyle birleştiğinde, onu havacılık ve uzay mühendisleri için önemli bir yapısal metal haline getirir.

Titanyum aynı zamanda su ve kimyasal ortamlardan kaynaklanan korozyona karşı da oldukça dayanıklıdır. Bu direnç, yüzeyinde ince bir titanyum dioksit (TiO2) tabakasının oluşmasından kaynaklanır ve bu malzemelerin nüfuz etmesini son derece zorlaştırır.

Titanyumun elastiklik modülü daha düşüktür. Bu, titanyumun çok esnek olduğu ve büküldükten sonra orijinal şekline dönebileceği anlamına gelir. Bellek alaşımları (soğuk olduğunda deforme olan ancak ısıtıldığında orijinal şekline dönen alaşımlar) birçok modern uygulama için önemlidir.

Titanyumun manyetik olmaması ve biyolojik olarak uyumlu (toksik olmayan, alerjik olmayan) olması tıbbi alanda kullanımının artmasına neden olmuştur.

tarih

Titanyumun endüstriyel önemini anlamak için geçmişine bakmamız gerekiyor. Titanyumun keşfi 18. yüzyıla kadar uzanıyor ancak onun yıkıcı formu 20. yüzyıla kadar başarıyla izole edilemedi. Geçtiğimiz birkaç on yılda titanyum giderek ön plana çıktı ve bilim ve teknolojinin temel dayanağı haline geldi. Havacılık sektörünün yükselişiyle birlikte titanyum alaşımları uçak yapıları için ideal bir seçim haline geldi. Hafif ve yüksek mukavemetli özellikleri, uçakları yalnızca enerji açısından verimli kılmakla kalmıyor, aynı zamanda daha güvenli hale getiriyor.

Titanyumun herhangi bir biçimde kullanımı ancak İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra gerçek anlamda gelişti. Aslında, Amerikalı kimyager Matthew Hunter'ın titanyum tetraklorürü (TiCl4) sodyum ile indirgeyerek titanyum ürettiği 1910 yılına kadar titanyum bir metal olarak izole edilmemişti; artık Hunter süreci olarak bilinen bir yöntem.

Bununla birlikte, William Justin Kroll'un magnezyumun titanyumu klorürden indirgemek için kullanılabileceğini gösterdiği 1930'lara kadar ticari üretim mümkün değildi. Kroll işlemi günümüzde en yaygın kullanılan ticari üretim yöntemi olmaya devam etmektedir.

Titanyumun ilk büyük kullanımı, uygun maliyetli bir üretim yönteminin geliştirilmesinden sonra askeri uçaklarda oldu. Sovyetler Birliği ve Amerika Birleşik Devletleri, 1950'li ve 1960'lı yıllarda tasarlanan askeri uçak ve denizaltılarda titanyum alaşımlarını kullanmaya başladı. 1960'ların başında ticari uçak üreticileri de titanyum alaşımlarını kullanmaya başladı.

İsveçli doktor Per-Ingvar Branemark'ın 1950'li yıllara dayanan araştırması, titanyumun insan vücudunda olumsuz bir bağışıklık tepkisini tetiklemediğini, metalin vücudumuza entegre olmasına izin verdiğini gösterdi. Buna osseointegrasyon denir.

Üretme

Titanyum, üretimi esas olarak klorlama yöntemine dayanan, yaygın olarak kullanılan bir hafif metaldir. Bu süreçte, titanyum cevheri genellikle klor gazı ve kok ile reaksiyona girerek titanyum klorür üretir ve bu daha sonra yüksek sıcaklıkta saf metalik titanyuma indirgenir. Bu benzersiz ve karmaşık üretim süreci bize, çeşitli alanlardaki uygulamaların temelini oluşturacak güçlü, hafif bir titanyum malzeme sağlıyor.

Titanyum yer kabuğunda (alüminyum, demir ve magnezyumdan sonra) en yaygın dördüncü metalik element olmasına rağmen, titanyum metalinin üretimi kirliliğe, özellikle de oksijene karşı son derece hassastır, bu nedenle geliştirilmesi nispeten yeni ve maliyetlidir.

Birincil titanyum üretiminde kullanılan ana cevherler ilmenit ve rutil olup, üretimin sırasıyla yaklaşık %90 ve %10'unu oluşturur.

2015 yılında ilmenit konsantresinin üretimi 10 milyon tona yakındı, ancak her yıl üretilen ilmenit konsantresinin yalnızca küçük bir kısmı (yaklaşık %5) sonuçta titanyum metaline dönüştürülüyor. Bunun yerine çoğu boya, gıda, ilaç ve kozmetikte kullanılan beyazlatıcı bir pigment olan titanyum dioksit (TiO2) üretmek için kullanılır.

Kroll işleminin ilk adımında titanyum cevheri kırılır ve titanyum tetraklorür (TiCl4) üretmek için klor atmosferinde kok kömürü ile ısıtılır. Klorür daha sonra yakalanır ve bir yoğunlaştırıcıdan geçirilerek %99'a kadar saflığa sahip titanyum klorür sıvısı üretilir.

Titanyum tetraklorür daha sonra doğrudan erimiş magnezyum içeren kaba beslenir. Oksijen kirlenmesini önlemek için argon ekleyerek inert hale getirin.

Sonraki damıtma işlemi, kabın 1832 derece F'ye (1000 derece) ısıtıldığı birkaç gün sürebilir. Magnezyum, titanyum klorürle reaksiyona girerek klorürü çıkarır ve elementel titanyum ve magnezyum klorür üretir.

Ortaya çıkan lifli titanyuma sünger titanyum adı verilir. Titanyum alaşımları ve yüksek saflıkta titanyum külçeleri üretmek için, titanyum süngeri çeşitli alaşım elementleriyle eritmek için elektron ışını, plazma arkı veya vakum arkı eritme kullanılabilir.

kullanmak

Titanyum metalinin spor malzemeleri alanındaki uygulaması esas olarak üst düzey bisikletlere, golf sopalarına, tenis raketlerine ve diğer ekipmanlara yansımaktadır. Titanyum metalinin hafiflik özellikleri spor ekipmanlarını daha esnek ve konforlu hale getirerek sporcuların rekabet düzeyini artırır.

Titanyum metali havacılık, otomotiv endüstrisi, tıbbi ekipman, kimya endüstrisi, elektronik ve spor malzemeleri ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bilim ve teknolojinin sürekli gelişmesi ve ilerlemesi ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte titanyum metalinin uygulama alanları genişlemeye devam edecektir. Titanyum metalinin mükemmel özellikleri ve çok yönlülüğü onu modern mühendislik malzemelerinin vazgeçilmez bir parçası haline getiriyor.

 

〔Alıntı〕Bell, Terence. "Titanyumun Özellikleri ve Özellikleri." DüşünceCo, 4 Nisan 2023, thinkco.com/metal-profile-titanium-2340158.