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티타늄이 사용됩니다. 티타늄은 금속입니다. 티타늄의 특성. 티타늄 적용. 티타늄의 등급과 화학성분. 티타늄에 대한 흥미로운 사실

강도와 경도, 가벼움을 겸비한 가장 중요한 구조재료 중 하나입니다. 그러나 금속의 다른 특성은 매우 구체적이어서 물질을 얻는 과정이 어렵고 비용이 많이 듭니다. 그리고 오늘 우리는 글로벌 티타늄 생산 기술을 간략하게 언급하겠습니다.

금속은 두 가지 변형으로 존재합니다.

α-Ti– 883C의 온도까지 존재하며 조밀한 육각형 격자를 가지고 있습니다.
β-티– 체심 입방 격자를 가지고 있습니다.

전이는 밀도의 매우 작은 변화로 발생합니다. 왜냐하면 후자는 가열되면 점차적으로 감소하기 때문입니다.

티타늄 제품을 작동하는 동안 대부분의 경우 α상을 처리합니다. 그러나 합금을 녹이고 제조할 때 야금학자들은 β-변형을 사용합니다.
재료의 두 번째 특징은 이방성입니다. 물질의 탄성계수와 자화율은 방향에 따라 달라지며, 그 차이는 상당히 눈에 띕니다.
세 번째 특징은 순도에 대한 금속 특성의 의존성입니다. 예를 들어 일반 기술 티타늄은 불순물로 인해 내열성을 잃기 때문에 로켓 과학에 사용하기에 적합하지 않습니다. 이 산업 분야에서는 극히 순수한 물질만 사용됩니다.

이 비디오는 티타늄의 구성에 대해 알려줍니다.

티타늄 생산

금속의 사용은 지난 세기 50년대에야 시작되었습니다. 추출 및 생산은 복잡한 과정이므로 상대적으로 일반적인 요소는 조건부 희귀 요소로 분류되었습니다. 그런 다음 티타늄 생산 공장의 기술과 장비를 살펴 보겠습니다.

원자재

티타늄은 자연의 풍부함 측면에서 7위를 차지합니다. 가장 흔히 이들은 산화물, 티타네이트 및 티타노실리케이트입니다. 최대 금액물질은 이산화물에 포함되어 있습니다 - 94-99%.

루틸– 가장 안정적인 변형은 푸르스름한, 갈색-노란색, 붉은색의 광물입니다.
아나타즈- 다소 희귀한 광물로 800-900C의 온도에서 금홍석으로 변합니다.
브루카이트– 사방정계의 결정은 650C에서 부피가 감소하면서 돌이킬 수 없이 금홍석으로 변합니다.

더 일반적인 금속-철 화합물은 다음과 같습니다. 일메나이트(티타늄 최대 52.8%). 이것은 Geikilite, Pyrophanite, Crichton입니다. 화학적 구성 요소일메나이트는 매우 복잡하고 다양합니다.
일메나이트의 풍화 결과는 산업적 목적으로 사용됩니다 - 류옥센. 여기에서는 철의 일부가 일메나이트 격자에서 제거되는 다소 복잡한 화학 반응이 발생합니다. 결과적으로 광석 내 티타늄의 부피는 최대 60%까지 증가합니다.
그들은 또한 일메나이트처럼 금속이 철과 결합되지 않고 티탄산철의 형태로 나타나는 광석을 사용합니다. 아리조나이트, 슈도브루카이트.

가장 중요한 광상은 일메나이트(ilmenite), 루틸(rutile) 및 티타노자석(titanomanetite)입니다. 그들은 3개의 그룹으로 나누어집니다:

불의– 초염기성 및 염기성 암석의 분포 영역, 즉 마그마의 분포와 관련이 있습니다. 대부분 이들은 일메나이트, 티타노마그네타이트 일메나이트-적철광 광석입니다.
외인성 퇴적물– 티탄철광과 금홍석의 사금 및 잔여 충적층, 충적-수호 퇴적물. 풍화 지각의 해안 바다 사금, 티타늄, 아나타제 광석뿐만 아니라. 해안 해양 사금자는 가장 중요합니다.
변성 퇴적물– 류옥센, 일메나이트-마그네타이트 광석을 함유한 사암, 지속형 및 분산형.

외인성 퇴적물(잔류 또는 사금 퇴적물)은 노천 채굴 방식을 사용하여 개발됩니다. 이를 위해 준설기와 굴착기가 사용됩니다.

1차 매장지의 개발은 광산 침몰과 관련이 있습니다. 생성된 광석은 현장에서 분쇄되고 농축됩니다. 중력 농축, 부양 및 자기 분리가 사용됩니다.

티타늄 슬래그를 공급원료로 사용할 수 있습니다. 최대 85%의 이산화금속을 함유하고 있습니다.

수신기술

일메나이트 광석에서 금속을 생산하는 과정은 여러 단계로 구성됩니다.

티타늄 슬래그를 얻기 위한 환원 제련;
슬래그의 염소화;
복원을 통한 금속 생산;
티타늄 정제는 일반적으로 제품의 특성을 개선하기 위해 수행됩니다.

이 프로세스는 복잡하고 다단계이며 비용이 많이 듭니다. 결과적으로 상당히 저렴한 금속은 생산 비용이 매우 많이 드는 것으로 나타났습니다.

이 비디오에서는 티타늄 생산에 대해 설명합니다.

슬래그 수령

일메나이트는 산화티타늄과 철의 결합체입니다. 따라서 생산 첫 번째 단계의 목적은 산화철에서 이산화물을 분리하는 것입니다. 이를 위해 산화철이 감소됩니다.

이 공정은 전기 아크로에서 수행됩니다. 일메나이트 정광을 용광로에 넣은 다음 숯, 무연탄, 코크스 등 환원제를 도입하고 1650C로 가열합니다. 이 경우 철은 산화물에서 환원됩니다. 주철은 환원철과 침탄철에서 얻어지며, 산화티타늄은 슬래그로 변합니다. 후자는 궁극적으로 82-90%의 티타늄을 함유합니다.

주철과 슬래그를 별도의 주형에 붓습니다. 주철은 야금 생산에 사용됩니다.

슬래그 염소화

이 공정의 목적은 추가 사용을 위해 사염화금속을 얻는 것입니다. 다량의 염화제2철이 형성되어 일메나이트 농축물을 직접 염소화하는 것이 불가능한 것으로 밝혀졌습니다. 이 화합물은 장비를 매우 빠르게 파괴합니다. 따라서 산화철을 예비 제거하는 단계 없이는 불가능합니다. 염소화는 광산 또는 소금 염소처리기에서 수행됩니다. 과정은 약간 다릅니다.

광산 염소처리기– 높이가 최대 10m이고 직경이 최대 2m인 늘어선 원통형 구조 분쇄된 슬래그의 연탄이 염소처리기 위에 놓이고 65~70% 염소를 함유한 마그네슘 전해조의 가스가 송풍구를 통해 공급됩니다. . 티타늄 슬래그와 염소 사이의 반응은 열 방출과 함께 발생하며 이는 공정에 필요한 것을 제공합니다. 온도 체계. 사염화티타늄 가스는 상단에서 제거되고, 남은 슬래그는 하단에서 지속적으로 제거됩니다.
소금 염소처리기, 샤모트가 늘어선 챔버와 마그네슘 전해조의 사용된 전해질로 절반이 채워진 챔버입니다. 용융물에는 나트륨, 칼륨, 마그네슘 및 칼슘과 같은 금속 염화물이 포함되어 있습니다. 분쇄된 티타늄 슬래그와 코크스는 위에서 용탕으로 공급되고 염소는 아래에서 주입됩니다. 염소화 반응은 발열 반응이기 때문에 온도 체계는 공정 자체에 의해 유지됩니다.

사염화티타늄은 여러 번 정제됩니다. 가스에는 이산화탄소, 일산화탄소 및 기타 불순물이 포함될 수 있으므로 정화는 여러 단계로 수행됩니다.

사용한 전해질은 주기적으로 교체됩니다.

금속 생산

금속은 마그네슘이나 나트륨을 사용하여 사염화물에서 환원됩니다. 열이 방출되면서 환원이 일어나므로 추가 가열 없이 반응이 진행될 수 있습니다.

복원에는 전기 저항로가 사용됩니다. 먼저, 2~3m 높이의 크롬 합금으로 만들어진 밀봉된 플라스크를 챔버에 넣고 용기를 +750C로 가열한 후 마그네슘을 넣습니다. 그리고 사염화티타늄이 공급됩니다. 피드는 조정 가능합니다.

1회 회수 주기는 30~50시간 동안 지속되므로 온도가 800~900C 이상으로 올라가지 않으며 레토르트에 공기가 불어집니다. 결과적으로 1 ~ 4 톤의 해면질 덩어리가 얻어집니다. 금속은 부스러기 형태로 침전되어 다공성 덩어리로 소결됩니다. 액체 염화마그네슘은 주기적으로 배출됩니다.

다공성 물질은 상당히 많은 염화마그네슘을 흡수합니다. 따라서 환원 후 진공증류를 실시한다. 이를 위해 레토르트를 1000C로 가열하고 그 안에 진공을 생성한 후 30~50시간 동안 유지합니다. 이 시간 동안 불순물이 증발합니다.

나트륨을 이용한 환원도 거의 같은 방식으로 진행됩니다. 차이점은 마지막 단계에만 있습니다. 염화나트륨 불순물을 제거하기 위해 티타늄 스폰지를 분쇄하고 일반 물로 소금을 침출시킵니다.

정제

위에서 설명한 방법으로 얻은 공업용 티타늄은 화학 산업용 장비 및 용기 생산에 매우 적합합니다. 그러나 높은 내열성과 물성의 균일성이 요구되는 분야에는 금속이 적합하지 않습니다. 이 경우 그들은 정제에 의지합니다.

정제는 온도가 100-200C로 유지되는 온도 조절기에서 수행됩니다. 티타늄 스폰지가 포함된 레토르트를 챔버에 넣은 다음 특수 장치를 사용하여 요오드가 함유된 캡슐을 닫힌 챔버에서 깨뜨립니다. 요오드는 금속과 반응하여 요오드화 티타늄을 형성합니다.

레토르트에는 티타늄 와이어가 늘어나 전류가 통과됩니다. 와이어는 최대 1300-1400C까지 가열되며, 생성된 요오드화물은 와이어에서 분해되어 가장 순수한 티타늄 결정을 형성합니다. 요오드가 방출되어 반응합니다. 티타늄 스폰지의 새로운 부분을 사용하면 금속이 고갈될 때까지 공정이 계속됩니다. 티타늄 성장으로 인해 와이어 직경이 25~30mm가 되면 생산이 중단됩니다. 그러한 장치 중 하나에서는 99.9~99.99%의 비율로 10kg의 금속을 얻을 수 있습니다.

잉곳에서 가단성 금속을 얻어야 하는 경우에는 다르게 진행하십시오. 이를 위해 금속이 고온에서 가스를 적극적으로 흡수하기 때문에 티타늄 스폰지를 진공 아크로에서 녹입니다. 소모성 전극은 티타늄 폐기물과 스펀지에서 얻습니다. 액체 금속은 물로 냉각되는 결정화기의 장치에서 응고됩니다.

잉곳의 품질을 향상시키기 위해 일반적으로 용융을 두 번 반복합니다.

물질의 특성(산소, 질소와의 반응 및 가스 흡수)으로 인해 모든 티타늄 합금의 생산은 전기 아크 진공로에서만 가능합니다.

아래에서 러시아 및 기타 티타늄 생산 국가에 대해 읽어보세요.

티타늄의 물리화학적 특성, 티타늄 생산

순수 형태와 합금 형태의 티타늄 활용, 화합물 형태의 티타늄 활용, 티타늄의 생리적 효과

섹션 1. 자연에서 티타늄의 역사와 발생.

타이탄 -이것원자 번호 22인 D.I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 네 번째 주기인 네 번째 그룹의 2차 하위 그룹 요소입니다. 단일 물질 티타늄(CAS 번호: 7440-32-6)은 은빛의 경금속입니다. - 흰색. 이는 두 가지 결정 변형으로 존재합니다: 육각형 조밀 패킹 격자를 갖는 α-Ti, 입방체 중심 패킹을 갖는 β-Ti, 다형성 변환 α-β의 온도는 883°C입니다. 융점 1660±20 °C.

자연에서 티타늄의 역사와 발생

타이탄(Titan)은 고대 그리스 문자 타이탄(Titans)의 이름을 따서 명명되었습니다. 독일의 화학자 마르틴 클라프로트(Martin Klaproth)는 원소의 화학적 성질에 따라 이름을 붙이려고 했던 프랑스인과 달리 개인적인 이유로 이렇게 명명했으나, 당시 원소의 성질을 알 수 없었기 때문에 이 이름을 선택하게 되었습니다. .

티타늄은 지구상의 수량 기준으로 10번째 원소입니다. 지각에 함유된 티타늄의 양은 0.57질량%, 해수 1리터당 0.001밀리그램입니다. 티타늄 매장지는 남아프리카, 우크라이나, 러시아, 카자흐스탄, 일본, 호주, 인도, 실론, 브라질 및 대한민국.

티타늄은 물리적 특성상 가벼운 은빛 금속이며 가공 시 점도가 높고 절삭 공구에 달라붙는 경향이 있으므로 이러한 효과를 없애기 위해 특수 윤활제나 스프레이를 사용합니다. 실온에서는 TiO2 산화물의 레이저화 필름으로 덮여 있어 알칼리를 제외한 대부분의 공격적인 환경에서도 부식에 강합니다. 티타늄 분진은 폭발하기 쉬우며 인화점은 400°C입니다. 티타늄 부스러기는 화재 위험이 있습니다.

순수한 형태 또는 합금의 티타늄을 생산하기 위해 대부분의 경우 이산화티타늄은 소수의 화합물이 포함된 상태로 사용됩니다. 예를 들어, 티타늄 광석을 농축하여 얻은 금홍석 정광이 있습니다. 그러나 금홍석 매장량은 극히 적기 때문에 일메나이트 정광을 가공하여 얻은 소위 합성 금홍석 또는 티타늄 슬래그가 사용됩니다.

티타늄의 발견자는 28세의 영국 수도사 윌리엄 그레고르(William Gregor)로 여겨진다. 1790년에 그는 자신의 교구에서 광물학 조사를 수행하던 중 영국 남서부의 메나칸 밸리(Menacan Valley)에 검은 모래가 널리 퍼져 있다는 사실과 특이한 특성을 발견하고 이를 연구하기 시작했습니다. 모래 속에서 신부는 일반 자석에 의해 끌어당겨진 검고 반짝이는 광물 알갱이를 발견했습니다. 1925년 Van Arkel과 de Boer가 요오드화 방법을 사용하여 얻은 가장 순수한 티타늄은 다양한 설계자와 엔지니어의 관심을 끌었던 많은 귀중한 특성을 지닌 연성이며 제조 가능한 금속으로 밝혀졌습니다. 1940년에 Kroll은 광석에서 티타늄을 추출하기 위한 마그네슘-열 방법을 제안했는데, 이는 오늘날에도 여전히 주요 방법입니다. 1947년에 최초로 상업적으로 순수한 티타늄 45kg이 생산되었습니다.

멘델레예프의 원소 주기율표에서 티타늄의 일련번호는 22입니다. 동위원소 연구 결과를 통해 계산된 천연 티타늄의 원자 질량은 47.926입니다. 따라서 중성 티타늄 원자의 핵에는 22개의 양성자가 포함되어 있습니다. 중성자, 즉 중성의 전하가 없는 입자의 수는 다릅니다. 일반적으로 26개이지만 24~28개까지 가능합니다. 따라서 티타늄 동위원소의 수는 다릅니다. 현재 22번 원소의 총 13개 동위원소가 알려져 있습니다. 천연 티타늄은 5개의 안정한 동위원소의 혼합물로 구성되어 있으며, 가장 널리 대표되는 것은 티타늄-48이며 천연 광석에서 차지하는 비율은 73.99%입니다. 하위 그룹 IVB의 티타늄 및 기타 원소는 하위 그룹 IIIB(스칸듐 그룹)의 원소와 특성이 매우 유사하지만 더 큰 원자가를 나타내는 능력이 후자와 다릅니다. 스칸듐, 이트륨 및 하위 그룹 VB 원소(바나듐 및 니오븀)와 티타늄의 유사성은 천연 광물에서 티타늄이 종종 이러한 원소와 함께 발견된다는 사실로 표현됩니다. 1가 할로겐(불소, 브롬, 염소 및 요오드)을 사용하면 황 및 해당 그룹(셀레늄, 텔루르)의 원소(일황화물 및 이황화물)와 산소(산화물, 이산화물 및 삼산화물)와 함께 이황화합물 및 사화합물을 형성할 수 있습니다.

티타늄은 또한 수소(수소화물), 질소(질화물), 탄소(탄화물), 인(인화물), 비소(비소)와 화합물을 형성할 뿐만 아니라 많은 금속과 화합물(금속간 화합물)을 형성합니다. 티타늄은 단순할 뿐만 아니라 수많은 복합 화합물을 형성하며 유기 물질과 결합한 화합물도 많이 알려져 있습니다. 티타늄이 참여할 수 있는 화합물 목록에서 볼 수 있듯이 화학적으로 매우 활성적입니다. 동시에 티타늄은 매우 높은 내식성을 지닌 몇 안 되는 금속 중 하나입니다. 티타늄은 공기, 냉수 및 끓는 물에서 실질적으로 영원하며 해수, 많은 염분, 무기 및 유기산 용액에서 매우 저항력이 있습니다. . 해수에 대한 내식성 측면에서 금, 백금 등 귀금속을 제외한 대부분의 스테인레스 스틸, 니켈, 구리 및 기타 합금을 제외한 모든 금속을 능가합니다. 물과 많은 공격적인 환경에서 순수 티타늄은 부식되지 않습니다. 티타늄은 금속에 화학적, 기계적 영향이 결합되어 발생하는 침식 부식에 저항합니다. 이런 점에서 그는 열등하지 않다 최고의 브랜드스테인레스 스틸, 구리 기반 합금 및 기타 구조 재료. 티타늄은 또한 피로 부식에 잘 견디며, 이는 종종 금속의 완전성 및 강도 위반(균열, 국부 부식 등)의 형태로 나타납니다. 질산, 염산, 황산, 왕수, 기타 산 및 알칼리와 같은 많은 공격적인 환경에서 티타늄의 거동은 이 금속에 대한 놀라움과 감탄을 불러일으킵니다.

티타늄은 내화성이 매우 높은 금속입니다. 오랫동안 1800 ° C에서 녹는 것으로 믿어졌지만 50 년대 중반입니다. 영국 과학자 Deardorff와 Hayes는 순수 원소 티타늄의 녹는점을 확립했습니다. 내화도 측면에서 티타늄은 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀, 레늄, 몰리브덴, 백금족 금속, 지르코늄과 같은 금속에 이어 두 번째이며 주요 구조 금속 중에서 첫 번째입니다. 금속으로서 티타늄의 가장 중요한 특징은 저밀도, 고강도, 경도 등 독특한 물리적, 화학적 특성입니다. 가장 중요한 것은 이러한 특성이 다음과 같이 크게 변하지 않는다는 것입니다. 고온.

티타늄은 가벼운 금속으로 0°C에서 밀도는 4.517g/cm8, 100°C에서는 4.506g/cm3입니다. 티타늄은 비중이 5g/cm3 미만인 금속군에 속합니다. 여기에는 비중이 0.9~1.5g/cm3인 모든 알칼리 금속(나트륨, 카드듐, 리튬, 루비듐, 세슘), 마그네슘(1.7g/cm3), 알루미늄(2.7g/cm3) 등이 포함됩니다. 티타늄은 그 이상입니다. 알루미늄보다 1.5배 더 무겁고, 이 점에서는 물론 뒤처지지만 철(7.8g/cm3)보다 1.5배 가볍습니다. 그러나 비중 측면에서 알루미늄과 철의 중간 위치를 차지하는 티타늄은 기계적 특성이 알루미늄보다 몇 배나 우수합니다.) 티타늄은 경도가 상당히 높습니다. 알루미늄보다 12배, 철과 구리보다 4배 더 단단합니다. 금속의 또 다른 중요한 특성은 항복 강도입니다. 수치가 높을수록 이 금속으로 만든 부품이 작동 부하에 더 잘 견딥니다. 티타늄의 항복강도는 알루미늄의 항복강도보다 거의 18배 더 높습니다. 티타늄 합금의 비강도는 1.5~2배 증가할 수 있습니다. 높은 기계적 성질은 최대 수백 도의 온도에서도 잘 보존됩니다. 순수 티타늄은 뜨겁고 차가운 조건에서 모든 유형의 가공에 적합합니다. 철처럼 단조할 수 있고, 인발할 수 있으며 심지어 와이어로 만들 수도 있고, 최대 0.01mm 두께의 시트, 스트립, 호일로 굴릴 수도 있습니다.

대부분의 금속과 달리 티타늄은 상당한 전기 저항을 가지고 있습니다. 은의 전기 전도도를 100으로 하면 구리의 전기 전도도는 94, 알루미늄은 60, 철과 백금은 -15, 티타늄은 3.8입니다. 티타늄은 상자성 금속으로, 자기장에서 철처럼 자화되지는 않지만 구리처럼 밀려나지 않습니다. 자기 감수성은 매우 약하여 건축에 사용할 수 있습니다. 티타늄의 열전도율은 22.07W/(mK)로 철의 열전도율보다 약 3배, 마그네슘의 열전도율보다 7배, 알루미늄이나 구리에 비해 17~20배 정도 낮습니다. 따라서 티타늄의 선형 열팽창 계수는 다른 구조 재료보다 낮습니다. 20C에서는 철보다 1.5배 낮고, 구리보다 2배 낮고, 알루미늄보다 거의 3배 낮습니다. 따라서 티타늄은 전기와 열의 열악한 전도체입니다.

오늘날 티타늄 합금은 항공 기술에 널리 사용됩니다. 티타늄 합금은 최초로 항공기 구조에 산업 규모로 사용되었습니다. 제트 엔진. 제트 엔진 설계에 티타늄을 사용하면 무게를 10~25% 줄일 수 있습니다. 특히, 압축기 디스크 및 블레이드, 공기 흡입 부품, 가이드 베인 및 패스너는 티타늄 합금으로 제작됩니다. 티타늄 합금은 초음속 항공기에 없어서는 안 될 요소입니다. 비행 속도 증가 항공기피부 온도가 상승하여 알루미늄 합금이 더 이상 초음속 항공기가 부과하는 요구 사항을 충족하지 못합니다. 이 경우 피복 온도는 246...316 °C에 이릅니다. 이러한 조건에서 티타늄 합금이 가장 적합한 재료로 판명되었습니다. 70년대에는 민간 항공기 기체에 티타늄 합금의 사용이 크게 증가했습니다. 중거리 TU-204 항공기에서 티타늄 합금으로 만들어진 부품의 총 질량은 2570kg입니다. 헬리콥터의 티타늄 사용은 주로 로터 시스템, 구동 및 제어 시스템 부품을 중심으로 점차 확대되고 있습니다. 티타늄 합금은 로켓 과학에서 중요한 위치를 차지합니다.

티타늄과 그 합금은 해수에서의 높은 내식성으로 인해 조선소의 프로펠러 제조, 도금, 도금 등에 사용됩니다. 바다 선박, 잠수함, 어뢰 등 껍질은 티타늄과 그 합금에 달라붙지 않으므로 선박이 움직일 때 저항이 급격히 증가합니다. 점차적으로 티타늄의 적용분야가 확대되고 있습니다. 티타늄과 그 합금은 화학, 석유화학, 펄프, 제지, 식품 산업, 비철 야금, 전력 공학, 전자, 원자력 공학, 전기 도금, 무기 생산, 장갑판 제조, 수술 도구, 수술용 임플란트, 담수화 플랜트, 경주용 자동차 부품, 스포츠 장비(골프 클럽, 등산 장비), 시계 부품, 심지어 보석까지. 티타늄을 질화하면 표면에 금색 필름이 형성되는데, 이는 실제 금보다 아름다움이 열등하지 않습니다.

TiO2의 발견은 영국인 W. Gregor와 독일의 화학자 M. G. Klaproth에 의해 거의 동시에 독립적으로 이루어졌습니다. 자성 철 모래의 구성을 연구하는 W. Gregor(1791년 영국 콘월 크리드 소재)는 알려지지 않은 금속의 새로운 "토양"(산화물)을 분리했으며 이를 메나켄이라고 불렀습니다. 1795년 독일의 화학자 클라프로스는 금홍석에서 새로운 원소를 발견하고 티타늄이라는 이름을 붙였습니다. 2년 후, 클라프로스는 금홍석 흙과 메나켄 흙이 같은 원소의 산화물이라는 사실을 확립했고, 이로 인해 클라프로스는 “티타늄”이라는 이름을 제안하게 되었습니다. 10년 후, 티타늄이 세 번째로 발견되었습니다. 프랑스 과학자 L. Vauquelin은 아나타제에서 티타늄을 발견하고 금홍석과 아나타제가 동일한 티타늄 산화물임을 증명했습니다.

금속 티타늄의 첫 번째 샘플은 1825년 J. Ya. 티타늄의 높은 화학적 활성과 정제의 어려움으로 인해 1925년 네덜란드 A. van Arkel과 I. de Boer는 요오드화 티타늄 증기 TiI4의 열분해를 통해 순수한 Ti 샘플을 얻었습니다.

티타늄은 자연의 보급률 측면에서 10위를 차지합니다. 지각의 함량은 중량 기준으로 0.57%이고 해수에서는 0.001mg/l입니다. 초염기성 암석에서는 300g/t, 염기성 암석에서는 9kg/t, 산성 암석에서는 2.3kg/t, 점토 및 셰일에서는 4.5kg/t. 지각에서 티타늄은 거의 항상 4가이며 산소 화합물에만 존재합니다. 자유 형식에서는 찾을 수 없습니다. 풍화 및 강수 조건에서 티타늄은 Al2O3와 지구화학적 친화성을 갖습니다. 이는 풍화 지각의 보크사이트와 해양 점토 퇴적물에 집중되어 있습니다. 티타늄은 광물의 기계적 조각 형태와 콜로이드 형태로 전달됩니다. 일부 점토에는 중량 기준 최대 30%의 TiO2가 축적됩니다. 티타늄 광물은 풍화에 강하고 사금에 큰 농도를 형성합니다. 티타늄을 함유한 광물은 100가지 이상 알려져 있습니다. 그 중 가장 중요한 것은 금홍석 TiO2, 일메나이트 FeTiO3, 티타노자석 FeTiO3 + Fe3O4, 페로브스카이트 CaTiO3, 티타나이트 CaTiSiO5입니다. 일차 티타늄 광석인 일메나이트-티타노마그네타이트와 사금 광석인 루틸-일메나이트-지르콘이 있습니다.

주요 광석: 일메나이트(FeTiO3), 금홍석(TiO2), 티타나이트(CaTiSiO5).

2002년 현재, 채굴된 티타늄의 90%가 이산화티타늄(TiO2) 생산에 사용되었습니다. 이산화티타늄의 세계 생산량은 연간 450만 톤이었습니다. 확인된 이산화티타늄 매장량(러시아 제외)은 약 8억톤으로 미국지질조사국에 따르면 2006년 현재 이산화티타늄 기준으로 러시아를 제외한 티탄광석 매장량은 6억300만~6억7300만톤, 루틸광석은 6억300만~6억7300만톤에 이른다. - 4,970만~5,270만 톤. 따라서 현재 생산 속도로 볼 때 세계에서 확인된 티타늄 매장량(러시아 제외)은 150년 이상 지속될 것입니다.

러시아는 중국에 이어 세계에서 두 번째로 많은 티타늄 매장량을 보유하고 있습니다. 러시아의 티타늄 광물 자원 기반은 20개 매장지로 구성되어 있으며(이 중 11개는 원시 매장지, 9개는 충적 매장지) 전국에 고르게 분포되어 있습니다. 탐사된 매장지 중 가장 큰 매장지(Yaregskoye)는 Ukhta(Komi Republic) 시에서 25km 떨어져 있습니다. 매장량은 평균 20억 톤의 광석으로 추산되며, 평균 이산화티타늄 함량은 약 10%입니다.

세계 최대의 티타늄 생산업체 - 러시아 회사"VSMPO-AVISMA".

대개, 소스 자료티타늄 및 그 화합물의 생산에는 상대적으로 불순물이 적은 이산화티타늄이 사용됩니다. 특히, 티타늄 광석을 농축하여 얻은 금홍석 정광일 수 있습니다. 그러나 세계적으로 금홍석 매장량은 매우 제한되어 있으며, 일메나이트 정광 가공에서 얻은 소위 합성 금홍석 또는 티타늄 슬래그가 더 자주 사용됩니다. 티타늄 슬래그를 얻기 위해서는 전기로에서 일메나이트 정광을 환원하고, 철은 금속상(주철)으로 분리하고, 환원되지 않은 산화티타늄과 불순물은 슬래그상을 형성합니다. 풍부한 슬래그는 염화물 또는 황산 방법을 사용하여 처리됩니다.

순수한 형태와 합금 형태

모스크바 레닌스키 대로에 있는 가가린의 티타늄 기념물

금속은 화학 산업(원자로, 파이프라인, 펌프, 파이프라인 부속품), 군사 산업(방탄복, 항공 장갑 및 방화 장벽, 잠수함 선체), 산업 공정(담수화 플랜트, 펄프 및 종이 공정), 자동차 산업, 농업 산업, 식품 산업, 피어싱 주얼리, 의료 산업(보철물, 골보철물), 치과 및 근관치료 기구, 치과 임플란트, 스포츠 용품, 보석류(Alexander Khomov), 휴대폰, 경합금 등 산업 분야에서 가장 중요한 구조 재료입니다. 항공, 로켓, 조선.

티타늄 주조는 진공로에서 흑연 주형으로 수행됩니다. 진공 손실 왁스 주조도 사용됩니다. 기술적 어려움으로 인해 예술적 캐스팅에서는 제한적으로 사용됩니다. 세계 최초의 기념비적인 주조 티타늄 조각품은 모스크바에 있는 유리 가가린의 이름을 딴 광장에 있는 유리 가가린의 기념비입니다.

티타늄은 많은 합금강과 대부분의 특수 합금의 합금 첨가제입니다.

니티놀(니켈-티타늄)은 의학 및 기술에 사용되는 형상 기억 합금입니다.

티타늄 알루미나이드는 산화 및 내열성이 매우 강하여 항공 및 자동차 제조에서 구조재로 사용됩니다.

티타늄은 고진공 펌프에 사용되는 가장 일반적인 게터 재료 중 하나입니다.

백색 이산화티탄(TiO2)은 페인트(예: 티타늄 백색)와 종이 및 플라스틱 생산에 사용됩니다. 식품 첨가물 E171.

유기 티타늄 화합물(예: 테트라부톡시티타늄)은 화학, 페인트, 바니시 산업에서 촉매제와 경화제로 사용됩니다.

무기 티타늄 화합물은 화학 전자 및 유리 섬유 산업에서 첨가제 또는 코팅제로 사용됩니다.

티타늄 카바이드, 티타늄 디보라이드, 티타늄 탄질화물은 금속 가공용 초경질 재료의 중요한 구성 요소입니다.

질화티타늄은 악기, 교회 돔 코팅 및 의상 보석 생산에 사용됩니다. 금색과 비슷한 색을 띕니다.

티탄산 바륨 BaTiO3, 티탄산 납 PbTiO3 및 기타 여러 티탄산염은 강유전체입니다.

다양한 금속을 함유한 티타늄 합금이 많이 있습니다. 합금 원소는 다형성 변형 온도에 미치는 영향에 따라 베타 안정제, 알파 안정제 및 중성 강화제의 세 그룹으로 나뉩니다. 첫 번째는 변환 온도를 낮추고 두 번째는 변환 온도를 높이며 세 번째는 변형 온도에 영향을 미치지 않지만 매트릭스의 용액 강화로 이어집니다. 알파 안정제의 예: 알루미늄, 산소, 탄소, 질소. 베타 안정제: 몰리브덴, 바나듐, 철, 크롬, 니켈. 중성 경화제: 지르코늄, 주석, 실리콘. 베타 안정제는 차례로 베타 동형과 베타 공석 형성으로 구분됩니다. 가장 일반적인 티타늄 합금은 Ti-6Al-4V 합금(러시아 분류에서는 VT6)입니다.

60% - 페인트;

20% - 플라스틱;

13% - 종이;

7% - 기계 공학.

순도에 따라 킬로그램당 $15-25.

거친 티타늄(티타늄 스폰지)의 순도와 등급은 일반적으로 불순물 함량에 따라 달라지는 경도에 따라 결정됩니다. 가장 일반적인 브랜드는 TG100과 TG110입니다.

2010년 12월 22일 기준 페로티타늄(티타늄 최소 70%) 가격은 킬로그램당 6.82달러입니다. 2010년 1월 1일 현재 가격은 킬로그램당 $5.00입니다.

러시아의 2012년 초 티타늄 가격은 1200-1500 루블/kg이었습니다.

장점:

낮은 밀도(4500kg/m3)는 사용되는 재료의 질량을 줄이는 데 도움이 됩니다.

높은 기계적 강도. 고온(250-500°C)에서 티타늄 합금은 고강도 알루미늄 및 마그네슘 합금보다 강도가 우수하다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

티타늄이 표면에 TiO2 산화물의 얇은(5-15 미크론) 연속 필름을 형성하는 능력으로 인해 비정상적으로 높은 내식성, 금속 덩어리와 단단히 연결됨;

최고의 티타늄 합금의 비강도(강도와 밀도의 비율)는 30-35 이상에 이르며 이는 합금강의 비강도의 거의 두 배입니다.

결점:

높은 생산 비용, 티타늄은 철, 알루미늄, 구리, 마그네슘보다 훨씬 비쌉니다.

고온, 특히 액체 상태에서 대기를 구성하는 모든 가스와의 활성 상호 작용으로 인해 티타늄과 그 합금은 진공 또는 불활성 가스 환경에서만 녹을 수 있습니다.

티타늄 폐기물을 생산에 포함시키는 어려움;

티타늄과 티타늄의 결합으로 인해 마찰 방지 특성이 좋지 않습니다.

수소 취성 및 염 부식에 대한 티타늄 및 그 합금의 높은 민감성;

오스테나이트계 스테인리스강의 가공성과 유사한 열악한 가공성;

높은 화학적 활성, 고온에서의 입자 성장 경향 및 용접 사이클 중 상 변화로 인해 티타늄 용접이 어려워집니다.

티타늄의 대부분은 항공, 로켓 기술, 해양 조선의 요구에 사용됩니다. 티타늄(페로티타늄)은 결찰 첨가제로 사용됩니다. 품질 강철그리고 탈산제로서. 테크니컬 티타늄은 컨테이너, 화학 반응기, 파이프라인, 피팅, 펌프, 밸브 및 공격적인 환경에서 작동하는 기타 제품의 제조에 사용됩니다. 컴팩트 티타늄은 고온에서 작동하는 전기 진공 장치의 메쉬 및 기타 부품을 만드는 데 사용됩니다.

구조재로서의 용도에서는 티타늄이 Al, Fe, Mg에 이어 4위를 차지하고 있습니다. 티타늄 알루미나이드는 산화 및 내열성이 매우 강하여 항공 및 자동차 제조에서 구조재로 사용됩니다. 티타늄의 생물학적 안전성은 식품 산업 및 재건 수술에 탁월한 소재입니다.

티타늄과 그 합금은 고온에서 유지되는 높은 기계적 강도, 내식성, 내열성, 비강도, 저밀도 및 기타 유용한 특성으로 인해 기술 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 티타늄과 그 합금의 높은 가격은 많은 경우 더 뛰어난 성능으로 상쇄되며 어떤 경우에는 주어진 특정 조건에서 작동할 수 있는 장비나 구조물을 만들 수 있는 유일한 재료이기도 합니다.

티타늄 합금 플레이 큰 역할항공 기술에서는 필요한 강도와 결합된 가장 가벼운 구조를 얻기 위해 노력합니다. 티타늄은 다른 금속에 비해 가볍지만 동시에 고온에서도 작동할 수 있습니다. 티타늄 합금은 케이스, 고정 부품, 전원 키트, 섀시 부품 및 다양한 장치를 만드는 데 사용됩니다. 이 재료는 항공기 제트 엔진 제작에도 사용됩니다. 이를 통해 체중을 10-25% 줄일 수 있습니다. 티타늄 합금은 압축기 디스크 및 블레이드, 공기 흡입구 및 가이드 베인 부품, 패스너를 생산하는 데 사용됩니다.

티타늄과 그 합금은 로켓 과학에도 사용됩니다. 엔진의 단기 작동과 로켓 과학의 조밀한 대기층의 빠른 통과로 인해 피로 강도, 정적 내구성 및 부분적 크리프 문제가 크게 제거됩니다.

테크니컬 티타늄은 열 강도가 충분하지 않기 때문에 항공 분야에 사용하기에는 적합하지 않지만, 매우 높은 내식성으로 인해 화학 산업 및 조선 분야에서는 필수 불가결한 경우도 있습니다. 따라서 황산 및 염산과 그 염, 파이프라인, 차단 밸브, 오토클레이브, 다양한 유형의 용기, 필터 등과 같은 공격적인 매체를 펌핑하기 위한 압축기 및 펌프의 제조에 사용됩니다. 티타늄만이 내식성을 가지고 있습니다. 습염소, 염소의 수용액 및 산성 용액과 같은 환경에 사용되므로 염소 산업용 장비는 이 금속으로 만들어집니다. 열교환기는 티타늄으로 만들어지며 질산(금연)과 같은 부식성 환경에서 작동합니다. 조선업에서 티타늄은 프로펠러 제조, 선박 도금, 잠수함, 어뢰 등에 사용됩니다. 껍질은 티타늄과 그 합금에 달라붙지 않으므로 선박이 움직일 때 저항이 급격히 증가합니다.

티타늄 합금은 다른 많은 응용 분야에서 사용이 유망하지만 티타늄의 높은 비용과 희소성으로 인해 기술 확산이 방해를 받고 있습니다.

티타늄 화합물은 또한 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 티타늄 카바이드는 경도가 높으며 절삭 공구 및 연마재 생산에 사용됩니다. 백색 이산화티탄(TiO2)은 페인트(예: 티타늄 백색)와 종이 및 플라스틱 생산에 사용됩니다. 유기 티타늄 화합물(예: 테트라부톡시티타늄)은 화학, 페인트, 바니시 산업에서 촉매제와 경화제로 사용됩니다. 무기 티타늄 화합물은 화학 전자 및 유리 섬유 산업에서 첨가제로 사용됩니다. 이붕화티타늄은 금속 가공용 초경질 재료의 중요한 구성 요소입니다. 질화티타늄은 기구 코팅에 사용됩니다.

현재 티타늄의 높은 가격을 고려하면 티타늄은 주로 군용 장비 생산에 사용됩니다. 주요 역할가치에 속하지는 않지만 기술 사양. 그럼에도 불구하고 티타늄의 독특한 특성을 민간용으로 활용하는 사례가 알려져 있습니다. 티타늄 가격이 하락하고 생산량이 증가함에 따라 군사 및 민간 목적으로 이 금속의 사용이 점점 더 확대될 것입니다.

비행. 티타늄과 그 합금은 비중이 낮고 강도가 높기 때문에(특히 높은 온도에서) 매우 귀중한 항공 소재입니다. 항공기 건설 및 항공기 엔진 생산 분야에서 티타늄은 점점 더 알루미늄과 스테인리스강을 대체하고 있습니다. 온도가 상승하면 알루미늄은 빠르게 강도를 잃습니다. 반면에 티타늄은 분명한 이점최대 430 ° C의 온도에서의 강도 측면에서 공기 역학적 가열로 인해 이 정도의 온도 상승이 고속에서 발생합니다. 항공 분야에서 강철을 티타늄으로 대체할 때의 장점은 강도 손실 없이 무게를 줄일 수 있다는 것입니다. 상승된 온도에서 향상된 성능과 함께 전체적인 무게 감소는 항공기의 탑재량, 범위 및 기동성을 증가시킵니다. 이는 항공기 제작, 엔진 생산, 동체 제작, 스킨 제작, 심지어 패스너 제작에 티타늄 사용을 확대하려는 노력을 설명합니다.

제트 엔진 제작에서 티타늄은 주로 압축기 블레이드, 터빈 디스크 및 기타 다양한 스탬프 부품 제조에 사용됩니다. 여기서 티타늄은 스테인리스강과 열처리 가능한 합금강을 대체합니다. 엔진 중량을 1kg 줄이면 동체가 가벼워져 항공기 전체 중량이 최대 10kg까지 절약됩니다. 앞으로는 엔진 연소실 케이싱 제조에 티타늄 시트를 사용할 계획입니다.

항공기 설계에서 티타늄은 고온에서 작동하는 동체 부품에 널리 사용됩니다. 시트 티타늄은 모든 종류의 케이싱, 케이블용 보호 피복 및 발사체용 가이드의 제조에 사용됩니다. 다양한 보강재, 동체 프레임, 리브 등이 합금 티타늄 시트로 만들어집니다.

하우징, 플랩, 케이블 가드 및 발사체 가이드는 비합금 티타늄으로 제작됩니다. 합금 티타늄은 동체 프레임, 프레임, 파이프라인 및 방화 칸막이 제조에 사용됩니다.

티타늄은 F-86 및 F-100 항공기 제작에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 앞으로 티타늄은 랜딩 기어 도어, 유압 시스템 파이프라인, 배기 파이프 및 노즐, 스파, 플랩, 접이식 스트럿 등을 만드는 데 사용될 것입니다.

티타늄은 장갑판, 프로펠러 블레이드 및 포탄 상자를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

티타늄은 현재 항공기 제작에 사용됩니다. 군사 항공스키닝용 Douglas X-3, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 및 Boeing B-52.

티타늄은 DC-7 민간 항공기 제작에도 사용됩니다. Douglas 회사는 엔진 나셀과 방화 칸막이 제조 시 알루미늄 합금과 스테인리스강을 티타늄으로 대체함으로써 이미 항공기 구조의 무게를 약 90kg 절감하는 성과를 거두었습니다. 현재 이 항공기의 티타늄 부품 중량은 2%이며, 이 수치는 항공기 전체 중량의 20%까지 늘릴 계획입니다.

티타늄을 사용하면 헬리콥터의 무게를 줄일 수 있습니다. 바닥과 문에는 티타늄 시트가 사용됩니다. 로터 블레이드를 덮기 위해 합금강을 티타늄으로 교체한 결과 헬리콥터 무게(약 30kg)가 크게 감소했습니다.

해군. 티타늄과 그 합금의 내식성은 티타늄을 바다에서 매우 귀중한 재료로 만듭니다. 미국 해군성은 연도 가스, 증기, 오일 및 해수에 대한 노출에 대한 티타늄의 부식 저항성에 대한 광범위한 연구를 수행하고 있습니다. 티타늄의 높은 비강도는 해군 문제에서도 거의 똑같이 중요합니다.

내식성과 결합된 금속의 낮은 비중은 선박의 기동성과 항속거리를 증가시키며, 또한 재료 유지 및 수리 비용을 절감합니다.

티타늄의 해군 응용 분야에는 잠수함 디젤 엔진용 배기 머플러, 계기 디스크, 응축기 및 열교환기용 얇은 벽 튜브 등이 있습니다. 전문가에 따르면 티타늄은 다른 금속과 달리 배기 머플러의 수명을 연장할 수 있습니다. 잠수함. 바닷물, 휘발유, 기름과 접촉하여 작동하는 측정 장비의 디스크에 티타늄을 적용하면 더 나은 내구성을 제공합니다. 열교환기 파이프 제조에 티타늄을 사용할 가능성이 검토되고 있습니다. 이는 파이프 외부를 세척하는 바닷물의 부식에 저항하는 동시에 내부에 흐르는 배기 응축수의 영향에 저항해야 합니다. 연도 가스 및 해수의 영향에 대한 내성이 요구되는 티타늄으로 안테나 및 레이더 설치 부품을 제조할 가능성이 고려되고 있습니다. 티타늄은 밸브, 프로펠러, 터빈 부품 등과 같은 부품 생산에도 사용될 수 있습니다.

포. 분명히 티타늄의 가장 큰 잠재적 소비자는 포병일 수 있으며 현재 다양한 프로토타입에 대한 집중적인 연구가 진행되고 있습니다. 그러나 이 분야에서는 개별 부품과 티타늄으로 만든 부품만 생산하는 것이 표준화되어 있습니다. 광범위한 연구에도 불구하고 포병에서 티타늄을 매우 제한적으로 사용하는 것은 높은 비용으로 설명됩니다.

티타늄 가격이 하락할 경우 티타늄이 기존 재료를 대체할 가능성이 있다는 관점에서 포병 장비의 다양한 부품이 조사되었습니다. 주요 초점은 중량 절감이 중요한 부품(수동 운반 및 항공 운송 부품)이었습니다.

강철 대신 티타늄으로 만든 모르타르 베이스 플레이트. 이러한 교체와 약간의 재작업을 통해 총 무게가 22kg인 두 개의 반쪽 강판 대신 무게가 11kg인 하나의 부품을 만드는 것이 가능했습니다. 이번 교체로 서비스 인력을 3명에서 2명으로 줄일 수 있다. 총 화염 방지기 제조에 티타늄을 사용할 가능성이 고려되고 있습니다.

티타늄으로 제작된 총 마운트, 캐리지 가로대 및 반동 실린더가 테스트되고 있습니다. 티타늄은 유도 미사일 및 미사일 생산에 널리 사용될 수 있습니다.

티타늄과 그 합금에 대한 첫 번째 연구는 티타늄으로 장갑판을 제조할 수 있는 가능성을 보여주었습니다. 이 연구에 따르면 강철 장갑(두께 12.7mm)을 동일한 발사체 저항(두께 16mm)의 티타늄 장갑으로 교체하면 최대 25%의 무게를 줄일 수 있습니다.

품질이 향상된 티타늄 합금을 사용하면 강판을 동일한 두께의 티타늄 판으로 교체할 수 있어 최대 44%의 중량 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 티타늄을 산업적으로 사용하면 기동성이 향상되고 이동 범위와 무기의 내구성이 향상됩니다. 현재의 항공 운송 개발 수준은 경장갑차와 티타늄으로 만든 기타 차량의 장점을 명백히 보여줍니다. 포병부는 앞으로 보병들에게 헬멧, 총검, 수류탄 발사기, 티타늄으로 만든 수동 화염방사기를 장비할 계획입니다. 티타늄 합금은 일부 자동 총의 피스톤을 만들기 위해 포병에서 처음으로 사용되었습니다.

수송. 장갑차에 티타늄을 사용함으로써 얻을 수 있는 많은 이점은 차량에도 적용됩니다.

현재 운송 엔지니어링 기업에서 사용하는 구조 재료를 티타늄으로 대체하면 연료 소비 감소, 탑재량 증가, 크랭크 메커니즘 부품의 피로 한계 증가 등이 발생합니다. 철도에서는 감소하는 것이 매우 중요합니다. 정하중. 티타늄 사용으로 인해 철도 차량의 총 중량이 크게 감소하면 견인력이 절약되고 저널 및 액슬 박스의 크기가 줄어듭니다.

견인 차량의 경우 무게도 중요합니다. 여기에서 차축과 바퀴 생산 시 강철을 티타늄으로 교체하면 탑재량도 증가합니다.

이러한 모든 가능성은 티타늄 가격을 티타늄 반제품 파운드당 15달러에서 2~3달러로 낮추면 실현될 수 있습니다.

화학 산업. 화학 산업용 장비 생산에서는 금속의 내식성이 가장 중요합니다. 장비의 무게를 줄이고 강도를 높이는 것도 중요하다. 논리적으로, 티타늄은 산, 알칼리 및 무기염 운반 장비 생산에 많은 이점을 제공할 수 있다고 가정해야 합니다. 탱크, 컬럼, 필터 및 모든 종류의 고압 실린더와 같은 장비 생산에 티타늄을 사용할 수 있는 추가적인 가능성이 열립니다.

티타늄 파이프라인을 사용하면 실험실 오토클레이브 및 열교환기의 가열 코일 효율을 높일 수 있습니다. 가스와 액체가 오랫동안 압력 하에 저장되는 실린더 생산에 티타늄을 적용할 수 있다는 것은 연소 생성물의 미세 분석을 위해 더 무거운 유리관을 사용함으로써 입증됩니다(이미지 상단 참조). 벽 두께가 작고 낮기 때문에 비중이 튜브는 더 작고 민감한 분석 저울로 무게를 측정할 수 있습니다. 여기서 가벼움과 내식성의 결합으로 정확도가 향상됩니다. 화학 분석.

기타 응용 프로그램. 티타늄의 사용은 식품, 석유 및 전기 산업뿐만 아니라 수술 도구 제조 및 수술 자체에도 권장됩니다.

티타늄 소재의 조리용 테이블과 찜용 테이블은 스틸 제품에 비해 품질이 우수합니다.

석유 및 가스 시추 분야에서는 부식 방지가 매우 중요하므로 티타늄을 사용하면 부식성 장비 로드를 덜 자주 교체할 수 있습니다. 촉매 생산 및 송유관 제조에는 고온에서 기계적 특성을 유지하고 내식성이 우수한 티타늄을 사용하는 것이 바람직합니다.

전기 산업에서 티타늄은 우수한 비강도, 높은 전기 저항 및 비자성 특성으로 인해 케이블 외장에 사용될 수 있습니다.

다양한 산업에서 티타늄으로 만들어진 다양한 형태의 패스너를 사용하기 시작했습니다. 티타늄의 내부식성으로 인해 수술 기구 제조에 티타늄 사용이 더욱 확대될 수 있습니다. 티타늄 기구는 반복적으로 끓이거나 고압멸균할 때 기존 수술 기구에 비해 이러한 면에서 우수합니다.

수술 분야에서 티타늄은 바이탈륨 및 스테인레스강보다 우수한 것으로 입증되었습니다. 신체에 티타늄이 존재하는 것은 상당히 허용됩니다. 뼈를 고정하기 위한 티타늄 판과 나사는 몇 달 동안 동물의 몸 속에 있었고, 뼈는 나사산의 실과 판의 구멍으로 자라났습니다.

티타늄의 장점은 근육 조직이 플레이트에 형성된다는 것입니다.

세계에서 생산되는 티타늄 제품의 약 절반은 일반적으로 민간 항공기 산업으로 보내지지만, 유명한 비극적 사건 이후의 쇠퇴로 인해 많은 업계 참가자들이 티타늄의 새로운 응용 분야를 찾게 되었습니다. 이 자료티타늄의 전망에 관한 외국 야금 언론의 간행물 선택 중 첫 번째 부분을 제공합니다. 현대적인 상황. 미국의 선도적인 티타늄 제조업체 중 하나인 RT1의 추산에 따르면 전 세계적으로 연간 50~60,000톤 수준의 티타늄 생산량 중 항공우주 부문은 최대 40개의 소비, 산업 응용 및 응용 분야를 차지합니다. 응용 분야가 34개, 군사 분야가 16개를 차지하며, 약 10개는 소비재에 티타늄을 사용하기 때문입니다. 티타늄의 산업적 응용에는 화학 공정, 에너지, 석유 및 가스 산업, 담수화 플랜트. 군용 비항공 용도로는 주로 포병 및 전투 차량에 사용됩니다. 티타늄이 많이 사용되는 분야는 자동차, 건축 및 건설, 스포츠 용품, 보석류입니다. 거의 모든 티타늄 잉곳은 미국, 일본 및 CIS에서 생산됩니다. 유럽은 전 세계 생산량의 3.6에 불과합니다. 티타늄의 지역별 최종 사용 시장은 매우 다양합니다. 가장 눈에 띄는 차별점은 일본으로, 민간 항공우주 부문은 전체 티타늄 소비량 중 2~3%를 차지하고 화학 공장의 장비 및 구조 부품에 전체 티타늄 소비량의 30%를 사용합니다. 일본 전체 수요의 약 20개는 원자력 에너지고체 연료 발전소, 나머지 부분은 건축, 의학 및 스포츠에서 나옵니다. 항공 우주 부문의 소비가 매우 중요한 미국과 유럽에서는 반대의 그림이 관찰됩니다. 각 지역마다 각각 60-75 및 50-60입니다. 미국에서는 전통적으로 강력한 최종 시장이 화학, 의료 기기, 산업 장비이고, 유럽에서는 석유 및 가스, 건설 산업이 가장 큰 점유율을 차지합니다. 항공우주 산업에 대한 높은 의존도는 티타늄 산업의 오랜 관심사였으며 티타늄의 응용 분야를 확대하려고 노력하고 있으며 이는 현재 경기 침체 상황에서 특히 중요합니다. 민간 항공글로벌 규모로. 미국 지질 조사국(US Geological Survey)에 따르면 2003년 1분기에 티타늄 스펀지 수입량이 크게 감소했습니다. 이는 2002년 같은 기간의 3431톤보다 62톤 적은 1319톤에 불과했습니다. 미국의 거대 티타늄 제조업체이자 공급업체인 Tipe의 시장 개발 이사인 John Barber에 따르면, 항공우주 부문은 항상 티타늄의 주요 시장 중 하나가 될 것입니다. 그러나 우리는 도전에 맞서고 업계가 이러한 악순환을 따르지 않도록 해야 합니다. 항공우주 부문의 성장과 쇠퇴. 티타늄 업계를 선도하는 일부 제조업체는 기존 시장에서 성장 기회를 보고 있으며, 그 중 하나는 장비 및 재료 시장입니다. 수중 작업. RT1의 판매 및 유통 관리자인 Martin Proko에 따르면 티타늄은 1980년대 초반부터 꽤 오랫동안 에너지 및 해저 산업에서 사용되어 왔지만 최근 5년 동안만 이 분야가 그에 상응하는 성장과 함께 꾸준하게 발전하게 되었습니다. 시장 틈새 시장에서. 해저에서는 티타늄이 가장 적합한 재료인 더 깊은 곳의 시추를 통해 성장이 주로 이루어집니다. 말하자면 수중이다. 수명주기 50년은 해저 프로젝트의 일반적인 기간입니다. 티타늄의 사용이 증가할 가능성이 있는 분야는 이미 위에 나열되어 있습니다. 영업관리자가 지적한 대로 미국 회사 Howmet Ti-Cast 밥 퍼넬, 현재 상태시장은 트럭 터보차저, 로켓 및 펌프용 회전 부품과 같은 새로운 영역에서 성장하는 기회로 볼 수 있습니다.

현재 프로젝트 중 하나는 구경 155mm의 BAE Novitzer XM777 경포 시스템을 개발하는 것입니다. Howmet은 2004년 8월부터 USMC 부대에 납품을 시작할 것으로 예상되는 각 포마운트에 대한 28개의 구조적 티타늄 주물 중 17개를 공급할 예정입니다. 총 중량이 9,800파운드(약 4.44톤)인 티타늄은 약 1.18톤의 티타늄 중 약 2,600파운드를 차지합니다. BAE 8u81et8 화력 지원 시스템 관리자인 Frank Hrster는 6A14U 합금을 사용하여 다수의 주조물을 사용했다고 말합니다. 이 XM777 시스템은 무게가 약 17,000파운드(약 7.71톤)에 달하는 현재 M198 Hovitzer 시스템을 대체하도록 설계되었습니다. 대량 생산은 2006년부터 2010년까지 계획되어 있습니다. 처음에는 미국, 영국, 이탈리아로 배송이 예정되어 있지만 NATO 회원국에 공급하도록 프로그램이 확대될 수도 있습니다. Timet의 John Barber는 설계에 상당한 양의 티타늄을 사용하는 군용 장비의 예로 Abrams 탱크와 Bradley 전투 차량이 있다고 지적합니다. 지난 2년 동안 NATO, 미국, 영국은 무기와 방어 시스템에 티타늄 사용을 강화하기 위한 공동 프로그램을 진행해 왔습니다. 한 번 이상 언급했듯이 티타늄은 자동차 산업에 사용하기에 매우 적합하지만 이 방향의 점유율은 상당히 적습니다. 이탈리아에 따르면 소비되는 전체 티타늄 양의 약 1, 즉 연간 500톤입니다. Formula-1 및 경주용 오토바이용 티타늄 부품 제조업체인 Poggipolini. 이 회사의 연구 개발 부서 책임자인 Daniele Stoppolini는 이 시장 부문에서 티타늄에 대한 현재 수요가 500톤 수준이며 밸브, 스프링, 배기 장치 설계에 이 재료가 대량으로 사용된다고 믿습니다. 시스템, 변속기 샤프트, 볼트 등의 생산량은 잠재적으로 연간 16,000톤 미만으로 증가할 수 있습니다. 그는 자신의 회사가 생산 비용을 줄이기 위해 티타늄 볼트의 자동 생산을 이제 막 개발하기 시작했다고 덧붙였습니다. 그의 의견으로는 자동차 산업에서 티타늄 사용이 크게 확대되지 않은 제한 요인은 수요 예측 불가능성과 원자재 공급의 불확실성입니다. 동시에 자동차 산업에는 코일 스프링과 배기가스 배기 시스템에 최적의 무게와 강도 특성을 결합한 티타늄의 잠재적인 틈새 시장이 여전히 남아 있습니다. 불행하게도 미국 시장에서 이러한 시스템에 티타늄이 널리 사용되는 것은 결코 대량 생산 차량이라고 주장할 수 없는 다소 독점적인 세미 스포츠 모델인 Chevrolet Corvette Z06에 의해서만 표시됩니다. 그러나 연비와 내부식성의 지속적인 문제로 인해 이 분야에서 티타늄의 전망은 여전히 남아 있습니다. 비항공우주 및 비군사 시장의 승인을 위해 최근 합작 투자 UNITI가 이름을 따서 만들어졌습니다. 이는 Unity(단일)라는 단어와 Ti(주기율표에서 티타늄을 세계 최고의 티타늄으로 지정함)라는 단어를 따서 만든 것입니다. 생산자 - American Allegheny Technologies 및 러시아 VSMPO-Avisma. 새 회사의 사장인 Karl Moulton은 이러한 시장을 의도적으로 배제했다고 말했습니다. 우리는 새 회사를 티타늄 부품 및 어셈블리를 사용하는 산업, 주로 석유화학 및 에너지 분야의 선도적인 공급업체로 만들 계획입니다. 또한 담수화 장치, 차량, 소비재, 전자 분야에서도 적극적으로 마케팅할 계획입니다. 우리 생산 시설은 서로 잘 보완한다고 믿습니다. VSMPO는 뛰어난 생산 능력을 갖추고 있습니다. 최종 제품, Allegheny는 냉간 압연 및 열간 압연 티타늄 생산에 탁월한 전통을 갖고 있습니다. UNITI의 제품은 전세계 티타늄 시장에서 4,500만 파운드, 약 20,411톤의 점유율을 차지할 것으로 예상됩니다. 의료 장비 시장은 꾸준히 발전하는 시장이라고 볼 수 있습니다. English Titanium International Group에 따르면 전 세계적으로 다양한 임플란트 및 보철물에 사용되는 연간 티타늄 함량은 약 1000톤이며, 수술을 통해 대체할 가능성이 높아짐에 따라 이 수치는 증가할 것입니다. 사고나 사고 후 인간의 관절 부상이 증가합니다. 유연성, 강도 및 가벼움이라는 명백한 장점 외에도 티타늄은 인체 조직 및 체액에 대한 부식이 없기 때문에 생물학적 의미에서 신체와 매우 잘 어울립니다. 미국치과협회(American Dental Association)에 따르면 치과 분야에서도 의치와 임플란트의 사용이 급격히 증가하고 있습니다. 이는 주로 티타늄의 특성으로 인해 지난 10년 동안 3배나 증가한 것입니다. 건축에 티타늄을 사용한 것은 25년 이상 전으로 거슬러 올라가지만, 이 분야에서 티타늄이 널리 사용되기 시작한 것은 최근 몇 년에 불과합니다. 2006년 완공 예정인 UAE 아부다비 공항 확장 공사에는 약 680톤의 티타늄 중 최대 150만 파운드가 사용될 예정이다. 티타늄을 사용한 다양한 건축 및 건설 프로젝트가 국내뿐만 아니라 선진국미국, 캐나다, 영국, 독일, 스위스, 벨기에, 싱가포르뿐만 아니라 이집트와 페루에도 있습니다.

소비재 시장 부문은 현재 티타늄 시장에서 가장 빠르게 성장하는 부문입니다. 10년 전에는 이 부문이 티타늄 시장의 1~2배에 불과했지만 오늘날에는 시장의 8~10배로 성장했습니다. 전반적으로 소비자 제품의 티타늄 소비는 전체 티타늄 시장의 약 2배 속도로 증가했습니다. 스포츠에서 티타늄을 사용하는 것은 가장 오래 지속되며 티타늄 사용에서 가장 큰 비중을 차지합니다. 소비재 . 스포츠 장비에 티타늄을 사용하는 것이 인기 있는 이유는 간단합니다. 티타늄을 사용하면 다른 어떤 금속보다 우수한 무게 대비 강도 비율을 얻을 수 있기 때문입니다. 자전거에 티타늄이 사용되기 시작한 것은 약 25~30년 전으로 스포츠 장비에 티타늄이 처음으로 사용된 사례입니다. 사용된 기본 튜브는 Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 합금입니다. 티타늄 합금으로 만든 기타 부품에는 브레이크, 스프로킷 및 시트 스프링이 포함됩니다. 골프 클럽 생산에 티타늄을 사용하기 시작한 것은 80년대 후반과 90년대 초반 일본의 클럽 제조업체에서였습니다. 1994~1995년까지 이러한 티타늄 적용은 미국과 유럽에서는 사실상 알려지지 않았습니다. Callaway가 Great Big Bertha라고 불리는 Ruger Titanium 제작 티타늄 퍼터를 출시하면서 상황이 바뀌었습니다. 명백한 이점과 Callaway의 세심한 마케팅 덕분에 티타늄 클럽은 즉시 엄청난 인기를 얻었습니다. 짧은 시간 안에 티타늄 클럽은 소규모 골퍼 그룹의 독점적이고 값비싼 장비에서 대부분의 골퍼가 널리 사용하는 장비로 바뀌었지만 여전히 스틸 클럽보다 더 비쌉니다. 제 생각에는 골프 시장 발전의 주요 추세를 언급하고 싶습니다. 이는 노동력이 많은 다른 산업의 경로를 따라 4~5년이라는 짧은 기간에 첨단 기술에서 대량 생산으로 전환되었습니다. 의류, 장난감, 가전제품 등의 생산 비용은 노동력이 가장 저렴한 국가인 대만, 그 다음에는 중국으로 옮겨갔고 이제는 베트남, 중국 등 노동력이 훨씬 저렴한 국가에도 공장이 건설되고 있습니다. 태국 티타늄은 우수한 품질이 확실한 이점을 제공하고 더 높은 가격을 정당화하는 드라이버에 확실히 사용됩니다. 그러나 티타늄은 비용의 상당한 증가에도 불구하고 그에 상응하는 플레이 개선이 이루어지지 않았기 때문에 아직 후속 클럽에서 널리 채택되지 않았습니다. 최근 프로 골프 협회(ROA)는 소위 반사 계수의 상한선을 허용했으며, 이와 관련하여 모든 클럽 제조업체는 타격 표면의 스프링 특성을 높이려고 노력할 것입니다. 이를 위해서는 충격 표면의 두께를 줄이고 SP700, 15-3-3-3 및 VT-23과 같은 더 강한 합금을 사용해야 합니다. 이제 다른 스포츠 장비에 티타늄과 그 합금을 사용하는 방법을 살펴보겠습니다. 경주용 자전거 및 기타 부품용 파이프는 ASTM 등급 9 Ti3Al-2.5V 합금으로 만들어집니다. 다이빙 나이프 생산에는 놀라울 정도로 많은 양의 티타늄 시트가 사용됩니다. 대부분의 제조업체는 Ti6Al-4V 합금을 사용하지만 이 합금은 다른 더 강한 합금의 모서리 내구성을 제공하지 않습니다. 일부 제조업체는 VT23 합금 사용으로 전환하고 있습니다.

티타늄 다이빙 나이프의 소매가는 약 $70-$80입니다. 주조 티타늄 말굽은 강철에 비해 무게를 크게 줄이면서도 필요한 강도를 제공합니다. 불행하게도 티타늄 말굽이 말에게 불꽃을 일으키고 겁을 주기 때문에 티타늄의 이러한 사용은 결실을 맺지 못했습니다. 첫 번째 실패한 경험 이후 티타늄 말굽을 사용하는 데 동의하는 사람은 거의 없습니다. 캘리포니아주 뉴포트비치에 위치한 Titanium Beach 회사는 Ti6Al-4V 합금으로 만든 스케이트 블레이드를 개발했습니다. 불행하게도 블레이드 가장자리의 내구성이 여기서 다시 문제가 됩니다. 제조사가 15-3-3-3이나 VT-23과 같은 더 강한 합금을 사용한다면 이 제품의 수명이 늘어날 것이라고 생각합니다. 티타늄은 등산과 하이킹에 매우 널리 사용됩니다. 등산가와 등산객이 배낭에 넣고 다니는 거의 모든 품목에 사용되는 병, 컵 소매가 20-30달러, 요리 세트 소매가 약 50달러, 식기류, 대부분 상업용 순수 티타늄 1등급으로 제작 2. 등산 및 하이킹 장비의 다른 예로는 소형 스토브, 텐트 폴 및 마운트, 얼음 도끼 및 얼음 나사가 있습니다. 총기 제조사들은 최근 스포츠 사격 및 법 집행용으로 사용할 수 있는 티타늄 권총을 생산하기 시작했습니다.

가전제품은 상당히 새롭고 빠르게 성장하는 티타늄 시장입니다. 티타늄을 사용하는 경우가 많습니다. 가전이는 뛰어난 특성뿐만 아니라 제품의 매력적인 외관 때문이기도 합니다. 상업적으로 순수한 1등급 티타늄은 노트북 컴퓨터, 휴대폰, 플라즈마 평면 TV 및 기타 전자 장비용 케이스를 만드는 데 사용됩니다. 스피커 생산에 티타늄을 사용하면 강철에 비해 티타늄의 가벼움으로 인해 더 나은 음향 특성을 제공하여 음향 감도가 향상됩니다. 일본 제조업체가 처음 시장에 출시한 티타늄 시계는 이제 가장 저렴하고 인정받는 소비자 티타늄 제품 중 하나입니다. 전통적인 바디 주얼리 생산에 사용되는 티타늄의 세계 소비량은 수십 톤에 이릅니다. 티타늄 결혼반지를 점점 더 많이 볼 수 있으며, 물론 몸에 보석을 착용하는 사람들은 티타늄을 사용해야 하는 의무가 있습니다. 티타늄은 높은 내식성과 강도의 조합이 매우 중요한 해양용 패스너 및 부속품 생산에 널리 사용됩니다. 로스앤젤레스에 본사를 둔 Atlas Ti는 VTZ-1 합금으로 다양한 제품을 생산합니다. 도구 생산에 티타늄을 사용하는 것은 80년대 초 소련에서 처음 시작되었습니다. 당시 정부의 지시에 따라 작업자의 작업을 더 쉽게 만들기 위해 가볍고 편리한 도구가 만들어졌습니다. 소련의 거대 티타늄 생산업체인 Verkhne-Saldinskoe 금속 가공 공장 생산협회당시 이 회사는 티타늄 삽, 못 뽑는 도구, 쇠 지렛대, 손도끼 및 열쇠를 생산했습니다.

나중에 일본과 미국 제조업체도구는 제품에 티타늄을 사용하기 시작했습니다. 얼마 전 VSMPO는 보잉과 티타늄 판 공급 계약을 체결했습니다. 이 계약은 의심할 여지없이 러시아의 티타늄 생산 발전에 매우 유익한 영향을 미쳤습니다. 티타늄은 수년 동안 의학에서 널리 사용되어 왔습니다. 장점은 강도, 내식성이며 가장 중요한 것은 스테인레스 강의 필수 구성 요소인 니켈에 알레르기가 있는 사람이 있는 반면, 티타늄에 알레르기가 있는 사람은 없다는 것입니다. 사용되는 합금은 상업적으로 순수한 티타늄과 Ti6-4Eli입니다. 티타늄은 심장 판막과 같은 중요한 장치를 포함하여 수술 도구, 내부 및 외부 보철물의 생산에 사용됩니다. 목발과 휠체어는 티타늄으로 만들어집니다. 예술 분야에서 티타늄을 사용한 것은 1967년으로 거슬러 올라갑니다. 당시 모스크바에 최초의 티타늄 기념물이 세워졌습니다.

현재 건축가 Frank Gehry가 빌바오에 지은 구겐하임 미술관과 같은 유명한 박물관을 포함하여 거의 모든 대륙에 상당수의 티타늄 기념물과 건물이 세워졌습니다. 이 소재는 색상, 외관, 강도 및 내식성으로 인해 예술가들 사이에서 매우 인기가 있습니다. 이러한 이유로 티타늄은 기념품 및 의상 주얼리에 사용되며, 티타늄에 관한 간행물 중 하나에서 이미 언급한 바와 같이 티타늄이 폭넓은 분야로의 진출을 방해하는 주요 이유 중 하나는 은 및 금과 같은 귀금속과 성공적으로 경쟁합니다. 시장은 비용이 높다는 점입니다. RTi의 Martin Proko가 언급했듯이 미국에서는 평균 가격티타늄 스펀지는 파운드당 3.80달러이고, 러시아에서는 파운드당 3.20달러입니다. 또한, 금속 가격은 상업용 항공우주 산업의 순환적 특성에 따라 크게 달라집니다. 독일 Deutshe Titan의 전무 이사인 Markus Holz는 티타늄 생산 및 처리, 고철 처리 및 제련 기술 비용을 절감할 수 있는 방법을 찾을 수 있다면 많은 프로젝트의 개발이 급격히 가속화될 수 있다고 말했습니다. British Titanium의 대표는 높은 생산 비용으로 인해 티타늄 제품의 확장이 방해받고 있으며 티타늄이 대량 생산에 도입되기 전에 많은 개선이 이루어져야 한다는 데 동의합니다. 현대 기술.

이 방향의 단계 중 하나는 비용이 상당히 낮은 티타늄 금속 및 합금을 생산하기 위한 새로운 전해 공정인 소위 FFC 공정의 개발입니다. Daniele Stoppolini에 따르면 티타늄 산업의 전반적인 전략에는 가장 적합한 합금의 개발, 각 신규 시장에 대한 생산 기술 및 티타늄 적용이 필요합니다.

출처

위키피디아 – 무료 백과사전, 위키피디아

metotech.ru-Metotechnics

housetop.ru-하우스 탑

atomsteel.com – 아톰 테크놀로지

domremstroy.ru-DomRemStroy

티타늄(위도 티타늄, 기호 Ti로 표시)은 원자 번호 22를 갖는 화학 원소 주기율표의 네 번째 주기인 네 번째 그룹의 2차 하위 그룹의 원소입니다. 티타늄 단체(CAS 번호: 7440- 32-6)은 은백색의 경금속이다.

이야기

TiO2의 발견은 영국인 W. Gregor와 독일의 화학자 M. G. Klaproth에 의해 거의 동시에 독립적으로 이루어졌습니다. 자성 철 모래의 구성을 연구하는 W. Gregor(1789년 영국 콘월 크리드)는 알려지지 않은 금속의 새로운 "토양"(산화물)을 분리했으며 이를 메나켄이라고 불렀습니다. 1795년 독일의 화학자 클라프로스는 금홍석에서 새로운 원소를 발견하고 티타늄이라는 이름을 붙였습니다. 2년 후, 클라프로스는 금홍석 흙과 메나켄 흙이 같은 원소의 산화물이라는 사실을 확립했고, 이로 인해 클라프로스는 “티타늄”이라는 이름을 제안하게 되었습니다. 10년 후, 티타늄이 세 번째로 발견되었습니다. 프랑스 과학자 L. Vauquelin은 아나타제에서 티타늄을 발견하고 금홍석과 아나타제가 동일한 티타늄 산화물임을 증명했습니다.
금속 티타늄의 첫 번째 샘플은 1825년 J. Ya. 티타늄의 높은 화학적 활성과 정제의 어려움으로 인해 1925년 네덜란드의 A. van Arkel과 I. de Boer는 요오드화 티타늄 증기 TiI 4 의 열분해를 통해 순수한 Ti 샘플을 얻었습니다.

이름의 유래

이 금속은 고대 그리스 신화의 등장인물이자 가이아의 아이들인 타이탄(Titans)의 이름을 따서 붙여진 이름입니다. 원소의 이름은 화학 명명법에 대한 그의 견해에 따라 Martin Klaproth가 부여한 것입니다. 프랑스 화학 학교에서는 원소의 이름을 지정하려고 시도했습니다. 화학적 특성. 독일 연구원은 산화물에서만 새로운 원소의 특성을 결정하는 것이 불가능하다는 점을 지적했기 때문에 이전에 발견한 우라늄과 유사하게 신화에서 이름을 선택했습니다.
그러나 1980년대 후반에 "Technology-Youth" 저널에 발표된 또 다른 버전에 따르면 새로 발견된 금속의 이름은 고대 그리스 신화에 나오는 강력한 거인이 아니라 게르만 신화에 나오는 요정 여왕 티타니아에서 유래했다고 합니다. 셰익스피어의 '한여름 밤의 꿈'에 나오는 오베론의 아내. 이 이름은 금속의 특별한 "가벼움"(낮은 밀도)과 관련이 있습니다.

영수증

일반적으로 티타늄 및 그 화합물 생산을 위한 출발 물질은 상대적으로 불순물이 적은 이산화티타늄입니다. 특히, 티타늄 광석을 농축하여 얻은 금홍석 정광일 수 있습니다. 그러나 세계적으로 금홍석 매장량은 매우 제한되어 있으며, 일메나이트 정광 가공에서 얻은 소위 합성 금홍석 또는 티타늄 슬래그가 더 자주 사용됩니다. 티타늄 슬래그를 얻기 위해 전기로에서 일메나이트 정광이 환원되는 동안 철은 금속상(주철)으로 분리되고, 환원되지 않은 산화티타늄과 불순물은 슬래그상을 형성합니다. 풍부한 슬래그는 염화물 또는 황산 방법을 사용하여 처리됩니다.
티타늄 광석 정광은 황산 또는 건식 야금 처리를 거칩니다. 황산 처리 생성물은 이산화 티타늄 분말 TiO 2입니다. 건식 야금법을 사용하여 광석을 코크스와 함께 소결하고 염소로 처리하여 사염화 티타늄 증기 TiCl 4를 생성합니다.
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 =TiCl 2 + 2CO

생성된 TiCl4 증기는 850°C에서 마그네슘으로 환원됩니다.
TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti

생성된 티타늄 "스폰지"는 녹여 세척됩니다. 티타늄은 요오드화물법이나 전기분해를 통해 정제되어 TiCl 4 에서 Ti를 분리합니다. 티타늄 잉곳을 얻으려면 아크, 전자빔 또는 플라즈마 처리가 사용됩니다.

물리적 특성

티타늄은 가벼운 은백색 금속입니다. 이는 두 가지 결정 변형으로 존재합니다. 육각형 조밀 패킹 격자가 있는 α-Ti, 입방체 중심 패킹이 있는 β-Ti, 다형성 변환 α-β의 온도는 883°C입니다.
점도가 높고 가공시 절삭공구에 달라붙기 쉬우므로 공구에 특수코팅 및 각종 윤활제 도포가 필요합니다.
상온에서는 TiO 2 산화물 보호 부동태막으로 덮여 있어 대부분의 환경(알칼리성 제외)에서 부식 방지 기능을 제공합니다.
티타늄 분진은 폭발하는 경향이 있습니다. 인화점 400 °C. 티타늄 부스러기는 화재 위험이 있습니다.

티타늄은 생산 유통 측면에서 4위를 차지하지만 효과적인 추출 기술은 지난 세기 40년대에야 개발되었습니다. 낮은 비중과 독특한 특성이 특징인 은색의 금속입니다. 산업 및 기타 분야에서의 분포 정도를 분석하려면 티타늄의 특성과 합금의 응용 분야를 발표할 필요가 있습니다.

주요특징

금속은 비중이 4.5g/cm²에 불과해 비중이 낮습니다. 부식 방지 품질은 표면에 형성된 안정적인 산화막으로 인해 발생합니다. 이러한 품질 덕분에 티타늄은 물이나 염산에 장기간 보관해도 특성이 변하지 않습니다. 철강의 주요 문제점인 응력으로 인한 손상 부위가 없습니다.

순수한 형태의 티타늄은 다음과 같은 품질과 특징을 가지고 있습니다.

공칭 융점 - 1,660°C;
+3,227°C에서 열에 노출되면 끓습니다.
인장 강도 – 최대 450MPa;
낮은 탄력성 지수(최대 110.25GPa)가 특징입니다.
HB 척도에서 경도는 103입니다.
항복 강도는 금속 중에서 가장 최적의 강도 중 하나입니다(최대 380MPa).
첨가물이 없는 순수 티타늄의 열전도율 – 16.791 W/m*C;
최소 열팽창 계수;
이 요소는 상자성체입니다.

비교하자면, 이 소재의 강도는 순철의 2배, 알루미늄의 4배입니다. 티타늄은 또한 저온과 고온의 두 가지 다형성 단계를 가지고 있습니다.

순수 티타늄은 높은 비용과 요구되는 비용으로 인해 생산 요구에 사용되지 않습니다. 성능 품질. 강성을 높이기 위해 산화물, 하이브리드 및 질화물이 조성물에 추가됩니다. 내식성을 향상시키기 위해 재료 특성을 변경하는 것은 일반적이지 않습니다. 합금 생산을 위한 주요 첨가제 유형: 강철, 니켈, 알루미늄. 어떤 경우에는 추가 구성 요소로 작동합니다.

사용 분야

티타늄은 비중과 강도가 낮기 때문에 항공 및 우주 산업에서 널리 사용됩니다. 순수한 형태로 주요 구조재로 사용됩니다. 특별한 경우에는 내열성을 줄여 값싼 합금을 만드는 경우도 있습니다. 동시에 내식성과 기계적 강도는 변하지 않습니다.

또한 티타늄 첨가제가 포함된 소재는 다음 분야에도 적용됩니다.

화학 산업. 유기산을 제외한 거의 모든 공격적인 환경에 대한 내성으로 인해 복잡한 장비유지 보수가 필요 없는 서비스 수명이 좋습니다.
차량 생산. 그 이유는 비중이 낮고 기계적 강도가 낮기 때문이다. 구조물의 프레임 또는 하중 지지 요소가 만들어집니다.
약. 특수 목적을 위해 특수 합금 니티놀(티타늄 및 니켈)이 사용됩니다. 그 독특한 특성은 형상 기억입니다. 환자의 부담을 줄이고 신체에 부정적인 영향을 미칠 가능성을 최소화하기 위해 많은 의료용 부목 및 유사한 장치가 티타늄으로 만들어집니다.
산업계에서는 하우징 및 개별 장비 요소 제조에 금속이 사용됩니다.
티타늄 주얼리는 독특한 외관과 특성을 가지고 있습니다.

대부분의 경우 재료는 공장에서 가공됩니다. 그러나 많은 예외가 있습니다. 이 재료의 특성을 아는 것은 변경 작업의 일부입니다. 모습제품과 그 특성은 가정 워크샵에서 수행될 수 있습니다.

처리 기능

제품에 원하는 모양을 부여하려면 선반 및 밀링 머신과 같은 특수 장비를 사용해야합니다. 티타늄은 경도로 인해 손으로 절단하거나 밀링하는 것이 불가능합니다. 장비의 출력 및 기타 특성을 선택하는 것 외에도 절단기, 절단기, 리머, 드릴 등 올바른 절단 도구를 선택해야 합니다.

다음과 같은 뉘앙스가 고려됩니다.

티타늄 파일링은 가연성이 높습니다. 부품 표면을 강제 냉각하고 최소 속도로 작동해야 합니다.
제품 굽힘은 표면을 예열한 후에만 수행됩니다. 그렇지 않으면 균열이 나타날 확률이 높습니다.
용접. 특별한 조건을 준수해야 합니다.

티타늄은 우수한 성능과 기술적 품질을 갖춘 독특한 소재입니다. 그러나 이를 처리하려면 기술의 세부 사항과 가장 중요한 안전 예방 조치를 알아야 합니다.

정의

티탄- 주기율표의 22번째 요소. 명칭 - 라틴어 "티타늄"에서 유래한 Ti. IVB 그룹은 네 번째 기간에 위치합니다. 금속을 나타냅니다. 핵전하는 22이다.

티타늄은 본질적으로 매우 일반적입니다. 지각의 티타늄 함량은 0.6%(wt.)입니다. 구리, 납, 아연 등 기술에 널리 사용되는 금속 함량보다 높습니다.

단순한 물질 형태의 티타늄은 은백색 금속입니다(그림 1). 경금속을 말합니다. 내화 물질. 밀도 - 4.50g/cm3. 녹는 점과 끓는점은 각각 1668oC와 3330oC입니다. 상온에서 공기 중에서 부식에 강하며, 이는 표면에 TiO 2 조성의 보호막이 존재하기 때문입니다.

쌀. 1. 타이탄. 모습.

티타늄의 원자 및 분자 질량

물질의 상대 분자량(M r)은 주어진 분자의 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 몇 배나 큰지를 나타내는 숫자이고, 원소의 상대적 원자 질량(A r) - 화학 원소의 평균 원자 질량이 탄소 원자 질량의 1/12보다 큰 횟수입니다.

자유 상태에서 티타늄은 단원자 Ti 분자 형태로 존재하기 때문에 원자 질량과 분자 질량의 값이 일치합니다. 47.867과 같습니다.

티타늄 동위원소

자연계에서 티타늄은 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti, 50Ti의 5가지 안정 동위원소 형태로 발견될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 질량수는 각각 46, 47, 48, 49, 50입니다. 티타늄 동위 원소 46 Ti의 원자핵에는 22개의 양성자와 24개의 중성자가 포함되어 있으며 나머지 동위원소는 중성자 수만 다릅니다.

질량수가 38에서 64까지인 인공 티타늄 동위원소가 있는데, 그 중 가장 안정한 것은 반감기가 60년인 44Ti와 두 개의 핵 동위원소입니다.

티타늄 이온

티타늄 원자의 외부 에너지 준위에는 원자가인 4개의 전자가 있습니다.

1초 2 2초 2 2p 6 3초 2 3p 6 3d 2 4초 2 .

화학적 상호 작용의 결과로 티타늄은 원자가 전자를 포기합니다. 기증자이며 양전하를 띤 이온으로 변합니다.

Ti 0 -2e → Ti 2+ ;

Ti 0 -3e → Ti 3+ ;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

티타늄 분자 및 원자

자유 상태에서 티타늄은 단원자 Ti 분자 형태로 존재합니다. 티타늄 원자와 분자를 특징짓는 몇 가지 특성은 다음과 같습니다.

티타늄 합금

현대 기술에서 널리 사용되는 티타늄의 주요 특성은 티타늄 자체와 알루미늄 및 기타 금속과의 합금의 높은 내열성입니다. 또한, 이러한 합금은 내열성이 있어 고온에서 높은 기계적 특성을 유지하는 데 내성이 있습니다. 이 모든 것이 티타늄 합금을 항공기 및 로켓 생산에 매우 귀중한 재료로 만듭니다.

고온에서 티타늄은 할로겐, 산소, 황, 질소 및 기타 원소와 결합합니다. 이것이 강철의 첨가제로서 티타늄-철 합금(페로티타늄)을 사용하는 기초입니다.

문제 해결의 예

실시예 1

실시예 2

운동

무게 47.5g의 염화티타늄(IV)을 마그네슘으로 환원하는 동안 방출되는 열량을 계산하십시오. 반응의 열화학 방정식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

해결책

반응의 열화학 방정식을 다시 작성해 보겠습니다.

TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2 =477 kJ.

반응식에 따르면 염화티타늄(IV) 1몰과 마그네슘 2몰이 들어갔습니다. 방정식을 사용하여 염화티타늄(IV)의 질량을 계산해 보겠습니다. 이론 질량(몰 질량 - 190 g/mol):

m 이론(TiCl4) = n(TiCl4) × M(TiCl4);

m 이론(TiCl4) = 1 × 190 = 190g.

비율을 만들어 봅시다 :

m prac (TiCl 4)/ m 이론 (TiCl 4) = Q prac / Q 이론.

그러면 염화티타늄(IV)을 마그네슘으로 환원하는 동안 방출되는 열의 양은 다음과 같습니다.

Q prac = Q 이론 × m prac (TiCl4)/ m 이론;

Q prac = 477 × 47.5/ 190 = 119.25 kJ.

답변

열량은 119.25kJ입니다.