خصائص ووظائف معدن التيتانيوم

تعتبر سبائك التيتانيوم مادة خفيفة الوزن ومقاومة للتآكل وعالية القوة، ويمكن أن يؤدي التطبيق الناتج على الهواتف الذكية إلى تحسين القوة الإجمالية للهاتف ومقاومة السقوط ومقاومة الخدش. ومع ذلك، تعتبر سبائك التيتانيوم مادة صعبة المعالجة، ويمثل إدخال إطارات مصنوعة من سبائك التيتانيوم تحديًا في تكنولوجيا CNC. لماذا نعتقد أن سبائك التيتانيوم مادة يصعب تصنيعها؟ دعونا نتعرف على خصائصه معا.
التيتانيوم هو عنصر ذو العدد الذري 22 في الجدول الدوري، وهو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية للدورة الرابعة، أي المجموعة IVB، وهي مجموعة عناصر أخرى غير التيتانيوم والزركونيوم والهافنيوم، سمتها المشتركة هي نقطة انصهار عالية ودرجة حرارة الانصهار العالية. تشكيل طبقة أكسيد مستقرة على سطحه عند درجة حرارة الغرفة.
1، كثافة منخفضة، قوة عالية، قوة محددة
كثافة التيتانيوم 4.51 جم/سم3، 57% من الفولاذ، والتيتانيوم أثقل من الألومنيوم بمرتين، وأقوى بثلاث مرات من الألومنيوم. تعد القوة النوعية لسبائك التيتانيوم (نسبة القوة / الكثافة) أكبر السبائك الصناعية شائعة الاستخدام (انظر الجدول 1)، والقوة النوعية لسبائك التيتانيوم 3.5 مرة من الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك الألومنيوم 1.3 مرة من سبائك المغنيسيوم 1.7 مرة، لذلك فهي هي المواد الهيكلية الأساسية لصناعة الطيران.
2، مقاومة ممتازة للتآكل
تعتمد سلبية التيتانيوم على وجود طبقة أكسيد، والتي تتمتع بمقاومة أفضل للتآكل في الوسائط المؤكسدة مقارنةً بالوسائط المختزلة. يحدث تآكل عالي السرعة في تقليل الوسائط. لا يتآكل التيتانيوم في بعض الوسائط المسببة للتآكل، مثل مياه البحر وغاز الكلور الرطب ومحاليل الكلوريت والهيبوكلوريت وحمض النيتريك وحمض الكروميك وكلوريدات المعادن والكبريتيدات والأحماض العضوية. ومع ذلك، في الوسائط التي تتفاعل مع التيتانيوم لإنتاج الهيدروجين (مثل أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك)، عادةً ما يكون للتيتانيوم معدل تآكل كبير. ومع ذلك، إذا تمت إضافة كمية صغيرة من عامل الأكسدة إلى الحمض، فسوف يتكون فيلم التخميل على سطح التيتانيوم. ولذلك، فإن التيتانيوم مقاوم للتآكل في مخاليط حمض الكبريتيك وحمض النيتريك القوية أو حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك، وحتى في حمض الهيدروكلوريك الذي يحتوي على الكلور الحر. غالبًا ما يتم تشكيل طبقة الأكسيد الواقية من التيتانيوم عندما يواجه المعدن الماء، حتى بكميات صغيرة من الماء أو بخار الماء. إذا تعرض التيتانيوم لبيئة مؤكسدة بقوة في ظل الغياب التام للماء، تحدث أكسدة سريعة وتحدث تفاعلات عنيفة وحتى احتراق تلقائي في كثير من الأحيان. وقد حدثت مثل هذه الظواهر عندما يتفاعل التيتانيوم مع حمض النيتريك المدخن الذي يحتوي على كمية زائدة من أكسيد النيتروجين، وعندما يتفاعل التيتانيوم مع غاز الكلور الجاف. ولذلك، فإن كمية معينة من الماء ضرورية لمنع مثل هذه التفاعلات.
3، مقاومة جيدة للحرارة
عادةً ما يكون الألومنيوم عند 150 درجة، والفولاذ المقاوم للصدأ عند 310 درجة، مما يؤدي إلى فقدان الأداء الأصلي، وسبائك التيتانيوم عند 500 درجة أو نحو ذلك لا تزال تحتفظ بخصائص ميكانيكية جيدة. عندما تصل سرعة الطائرة إلى 2.7 مرة سرعة الصوت، تصل درجة حرارة سطح هيكل الطائرة إلى 230 درجة، ولا يمكن استخدام سبائك الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم، بينما يمكن لسبائك التيتانيوم تلبية المتطلبات. مقاومة التيتانيوم للحرارة جيدة، ويتم استخدامه لقرص وشفرة ضاغط المحرك الهوائي وجلد الجزء الخلفي من جسم الطائرة للطائرة.
4، أداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة
بعض سبائك التيتانيوم (مثل Ti-5AI-2.5SnELI) تتمتع بقوة مع انخفاض درجة الحرارة وزيادة، ولكن اللدونة لا تقل كثيرًا، ولا تزال تتمتع بمرونة جيدة وصلابة عند درجات حرارة منخفضة، ومناسبة استخدامها في درجات حرارة منخفضة للغاية. يمكن استخدامه في المحركات الصاروخية ذات الهيدروجين السائل الجاف والأكسجين السائل، أو في المركبات الفضائية المأهولة للحاويات وصناديق التخزين ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
5، غير المغناطيسية
التيتانيوم غير مغناطيسي، ويستخدم في قذائف الغواصات، ولن يسبب انفجار الألغام.
6، الموصلية الحرارية الصغيرة
الموصلية الحرارية للتيتانيوم صغيرة، فقط 1/5 من الفولاذ والألومنيوم 1/13 والنحاس 1/25. يعد ضعف التوصيل الحراري من عيوب التيتانيوم، لكن في بعض المناسبات يمكنك استخدام هذه الخاصية من التيتانيوم.
7، انخفاض معامل المرونة
معامل مرونة التيتانيوم هو 55% فقط من الفولاذ، كمادة هيكلية، معامل المرونة المنخفض هو عيب.
8، قوة الشد وقوة الخضوع قريبة جدًا
Ti-6AI-4V قوة شد سبائك التيتانيوم تبلغ 960 ميجا باسكال، وقوة الخضوع 892 ميجا باسكال، والفرق بين الاثنين هو 58 ميجا باسكال فقط.
9، يتأكسد التيتانيوم بسهولة عند درجات الحرارة العالية
التيتانيوم مع مزيج قوي من الهيدروجين والأكسجين، يجب علينا الاهتمام لمنع الأكسدة وامتصاص الهيدروجين. يجب أن يتم لحام التيتانيوم تحت حماية الأرجون لمنع التلوث. يجب معالجة أنابيب وألواح التيتانيوم بالحرارة تحت التفريغ، ومعالجة مطروقات التيتانيوم بالحرارة للتحكم في الغلاف الجوي المؤكسد الصغير.
10، مقاومة التخميد منخفضة
التيتانيوم والمواد المعدنية الأخرى (النحاس والفولاذ) المصنوعة من نفس شكل وحجم الساعة، وبنفس قوة طرق كل ساعة ستجد أن الساعة المصنوعة من التيتانيوم تهتز حتى الصوت لفترة طويلة، أي من خلال ليس من السهل أن تختفي الطاقة الممنوحة للساعة، لذلك نقول أن أداء التخميد للتيتانيوم منخفض.