فلز تیتانیوم

تیتانیوم فلزی واسطه و به رنگ نقره ای براق است که مصارف مهمی در صنعت دارد.

خصوصیات شیمیایی و فیزیکی

تیتانیوم در جدول تناوبی با نماد Ti شناخته می‌شود. این فلز چگالی کمی داشته و مقاومت بالایی در برابر خوردگی و مواد شیمیایی مثل کلر و تیزاب سلطانی دارد. نقطه ذوب تیتانیوم بسیار بالاست، به طوری که در دمای 1668 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌گردد.

مصارف تیتانیوم

تیتانیوم مصارف بسیاری در صنایع مختلف دارد. برای مثال از پودر تیتانیوم‌دی‌اکسید ترکیبات و داروهایی تولید می‌شود که استفاده‌های مختلفی در صنعت پزشکی یا آرایشی و بهداشتی دارند. همچنین از تیتانیوم‌دی‌اکسید رنگ‌دانه‌ای تولید می‌شود که در صنایع کاغذ، پلاستیک، پارچه و حتی تولید مواد غذایی کاربرد دارد. این فلز همچنین در ساخت هواپیما، شیشه، ایمپلنت‌های جراحی، تجهيزات دريايي، توربین، شیرآلات فشارقوی، آلیاژهای ابررسانا و بسیاری از لوازم دیگر به کار می‌رود.

کاربرد تیتانیوم در جواهرسازی

همان‌طور که گفته شد، تیتانیوم چگالی پایین و مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. از طرفی رنگ نقره‌ای و نسبتاً براقش باعث شده تا جلوه زیبایی داشته باشد. همچنین این فلز قابلیت آبکاری دارد، مثل نیکل واکنش آلرژیک با پوست نشان نمی‌دهد، می‌تواند با طلا آلیاژ شود، سه برابر از فولاد محکم‌تر و در عین حال بسیار سبک است و حتی قابلیت حکاکی با لیزر را دارد. بنابراین استفاده از آن در جواهرسازی جای تعجبی ندارد.

کانسارهای تیتانیوم

ذخاير معدني فراوانی از تيتانيوم در استراليا، کشورهای اسكانديناوي، آمریکا، کانادا و مالزي يافت می‌شود. كانسارهای اقتصادی تیتانیوم نهشته‌هایی هستند كه دارای بیش از ده درصد تیتانیوم‌دی‌اکسید در كانسارهای اولیه و بیش از ده درصد ایلمنیت یا یک و نیم درصد روتیل در نهشته‌های پلاسری باشند. عناصر مزاحم در این كانسارها كروم، فسفر، گوگرد، كلسیم و منیزیم هستند. سنگ‌های گابرو،آنورتیت و گرانیت در سنگ‌های آذرین و شیست سبزرنگ در سنگ‌های دگرگونی به عنوان منابع اولیه و سنگ‌های موجود در محیط‌های ساحلی، رسوبات رودخانه‌ای، تلماسه‌های بادی و ساحلی، افق‌های لاترینی به عنوان منابع ثانویه تیتانیوم بشمار می‌روند.

تولیدکنندگان

بزرگ‌ترین تولیدکنندگان فلز تیتانیوم به ترتیب چین، روسیه، ژاپن، قزاقستان، اکراین و هند هستند. این شش کشور روی هم رفته سیصد و سی هزار تن فلز در سال تولید می‌کنند. توجه داشته باشید که فقط پنج درصد تیتانیوم استخراج شده از معادن، صرف توليد فلز تيتانيوم شده و نود و پنج درصد دیگر در توليد رنگ‌دانه تیتان مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

بازیافت

فلز تیتانیوم‌ و آلیاژهای آن هرچند کم، اما بازیافت می‌شوند. برای مثال قراضه‌های حاصل از ذوب و ریخته‌گری، قطعات به کار رفته در هواپیماها، لوازم پزشکی و جراحی، مبدل های حرارتی و جواهرات و زیورآلات فقط برخی از اقلامی هستند که از آن تیتانیوم بازیافت می‌شود؛ البته در ضایعات الکترونیکی نمی توان این فلز را پیدا کرد. لازم به ذکر است که بیشتر فلز بازیافت‌شده در صنعت فولاد به ویژه در تهیه فروتیتانیوم به كار می‌رود.

آلیاژهای تیتانیوم

آلیاژهای تیتانیوم کاربردها زیاد و نقش مهمی در صنعت دارند؛ چراکه آن‌ها علاوه بر استحکام کششی و چقرمگی بالا، مقاومت زیادی در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند. این آلیاژها به صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند (البته دسته‌بندی‌های دیگری نیز وجود دارد):

گرید 1

با خلوص 99.5 درصد، خالص‌ترین رده تیتانیوم است. تیتانیوم رده 1 نرم‌ترین و شکل‌پذیرترین نوع بین رده‌های تولیدی تیتانیوم در مقیاس صنعتی به شمار می‌آید. البته در مقایسه با سایر رده‌های تیتانیوم خالص و آلیاژی، از استحکام مکانیکی کمتری برخوردار است. به دلیل خلوص بالا، قابلیت جوشکاری این رده بسیار مناسب است.

گرید 2

اقتصادی‌ترین آلیاژ تیتانیوم است که علاوه بر داشتن استحکام مکانیکی، شکل‌پذیری سرد و مقاومت به خوردگی مناسب، دارای قابلیت جوشکاری عالیست. مقاومت به خوردگی گرید 2 مشابه تیتانیوم گرید 1 است، ولی از مقاومت مکانیکی بالاتری در مقایسه با آن برخوردار است.

گرید 3

یکی از آلیاژهای تیتانیوم خالص است که در مقایسه با سایر گریدها، کاربرد کمتری در صنعت دارد. تیتانیوم گرید 3 استحکام مکانیکی بالاتری از گریدهای 1 و 2 دارد، ولی شکل‌پذیری آن از رده‌های نامبرده کمتر است.

گرید 4

این آلیاژ، بیشترین استحکام مکانیکی را دارد. همانند سایر رده‌های تیتانیوم خالص از مقاومت به خوردگی بالایی برخوردار است. شکل‌پذیری مناسب، قابلیت جوشکاری، چقرمگی بالا و مقاومت به شکست بر اثر ضربه، گرید 4 را تبدیل به گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای ورق‌کاری کرده است.

گرید 5

با ساختار بلوری آلفا بتا، در ترکیب آلیاژی خود دارای چهار درصد وانادیوم و شش درصد آلومینیوم است. وجود این عناصر در ترکیب آلیاژی موجب بهبود خواص مکانیکی و مقاومت به حرارت تا حد قابل توجهی نسبت به سایر آلیاژها می‌گردد.

گرید 6

حاوی پنج درصد آلومینیم و دو و نیم درصد قلع است. این آلیاژ به سبب قابلیت جوشکاری خوب و حفظ پایداری و استحکام در دمای بالا در ساخت بدنه هواپیماها و موتور جت استفاده می‌شود.

گرید 7

مقاوم‌ترین آلیاژ تیتانیومی نسبت به خوردگی در محیط‌های کاهنده است و معمولاً در صنایع تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

گرید 7h

مشابه گرید ۷ است، با این تفاوت که مقاومت به خوردگی بیشتری دارد.

گرید 9

حاوی سه درصد آلومینیم و دو و نیم درصد وانادیم است. این گرید هم قابلیت جوشکاری، استحکام بالا و ساخت آسان گریدهای خالص را دارد.

گرید 11

از اضافه کردن دو دهم درصد پالادیوم به آلیاژ گرید 1، تولید می‌شود. لازم به ذکر است که وجود پالادیوم در این آلیاژ، منجر به مقاومت بسیار مناسب این فلز در مقابل خوردگی شیاری و خوردگی در محیط‌های کاهنده کلریدی شده است.

گرید 12

آلیاژ تیتانیوم گرید 12، حاوی سه دهم درصد مولیبدن و هشت دهم درصد نیکل است. این گرید در صنایع دریایی، عملیات حرارتی، نفت، گاز و پتروشیمی، نیروگاهی و هوافضا کاربرد دارد.