ไทเทเนียมเป็นโลหะสีขาวเงินซึ่งมีคุณค่าในด้านความแข็งแกร่ง น้ำหนักเบา และทนทานต่อการกัดกร่อน คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์และเป็นที่ต้องการได้นำไปสู่การใช้ในอุตสาหกรรมและการใช้งานจำนวนมาก โดยหลักๆ ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ การแพทย์ และกระบวนการทางเคมี ไทเทเนียมมีให้เลือกหลายเกรดและโลหะผสม โดยโลหะผสมแต่ละประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่เหมาะกับการใช้งานเฉพาะด้าน บทความนี้จะนิยามไทเทเนียมและอธิบายคุณสมบัติของไทเทเนียม อภิปรายเกรดและโลหะผสมต่างๆ และอธิบายการใช้งานของไทเทเนียม
ไทเทเนียมคืออะไร?
ไทเทเนียมเป็นโลหะสีขาวเงินที่มีเลขอะตอม 22 เป็นโลหะน้ำหนักเบา เหนียว แข็งแรง ทนต่อการกัดกร่อน และเข้ากันได้ทางชีวภาพ โดยมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง ไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบที่มีมากเป็นอันดับเก้าของโลก มักพบตามหิน ดินเหนียว และทราย Rutile และ ilmenite เป็นแร่ธาตุเชิงพาณิชย์หลักสองชนิดที่ใช้ในการสกัดและปรับแต่งไทเทเนียม ไทเทเนียมแบ่งออกเป็นโลหะผสม โลหะผสม และ - โลหะผสม โลหะผสมไทเทเนียมอัลฟ่าผสมกับออกซิเจนเท่านั้น และมักผสมกับโลหะอื่นๆ เช่น อลูมิเนียม โมลิบดีนัม และวาเนเดียม การเติมโลหะเหล่านี้ช่วยให้บรรลุคุณสมบัติที่ต้องการ เช่น ความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้น ความต้านทานการกัดกร่อน และน้ำหนักที่ลดลง การใช้งานทั่วไปสำหรับไทเทเนียมและโลหะผสมประกอบด้วย: การใช้งานเชิงพาณิชย์และการบินและอวกาศ คอนเดนเซอร์ของโรงไฟฟ้า โรงกลั่นน้ำทะเล การใช้งานทางทะเล ผลิตภัณฑ์ก่อสร้าง การปลูกถ่ายทางการแพทย์ เช่น ฮาร์ดแวร์ทดแทนข้อต่อ และผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค เช่น ไม้กอล์ฟและเฟรมจักรยาน
ไทเทเนียมมีต้นกำเนิดมาจากอะไร?
ไทเทเนียมถูกค้นพบโดยนักเคมีและนักแร่วิทยาชาวอังกฤษ วิลเลียม เกรเกอร์ ในปี พ.ศ. 2334 และตั้งชื่อโดยนักเคมีชาวเยอรมัน มาร์ติน ไฮน์ริช ในปี พ.ศ. 2338 Klapoulos ตั้งชื่อธาตุนี้ว่า "ไทเทเนียม" ตามชื่อไททันส์ในตำนานเทพเจ้ากรีก อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมบริสุทธิ์ไม่มีจำหน่ายจนกระทั่งปี 1910 MA Hunter นักวิทยาศาสตร์ที่ Rensselaer Polytechnic Institute แยกโลหะโดยการให้ความร้อนไทเทเนียมเตตราคลอไรด์ (TiCl4) กับโซเดียมที่ความดันและอุณหภูมิสูง (1292-1472 องศา F) ทำให้เกิดไทเทเนียมบริสุทธิ์ และโซเดียมคลอไรด์เป็นผลพลอยได้ จากนั้นในปี 1932 William Justin Kroll ได้แยกไทเทเนียมโดยการลด TiCl4 ด้วยแคลเซียมเป็นเศษส่วน ตามด้วยแมกนีเซียมและโซเดียม ปัจจุบัน "กระบวนการ Kroll" เป็นกระบวนการที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการผลิตไทเทเนียมในเชิงพาณิชย์
ไทเทเนียมอีกคำหนึ่งคืออะไร?
ไทเทเนียมบางครั้งถูกเรียกว่า "โลหะมหัศจรรย์" หรือ "โลหะการบินและอวกาศ" เนื่องจากมีคุณสมบัติหลายอย่างที่จำเป็นสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ ความหนาแน่น ความเหนียว ความต้านทานแรงดึง และความต้านทานการกัดกร่อนต่ำของไททาเนียมล้วนมีส่วนทำให้เกิดชื่อเล่นนี้
สัญลักษณ์ทางเคมีของไทเทเนียมคืออะไร?
สัญลักษณ์ทางเคมีของไทเทเนียมคือ "Ti"
ไทเทเนียมทำมาจากอะไร?
เนื่องจากไทเทเนียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ง่าย จึงไม่พบไทเทเนียมบริสุทธิ์ในธรรมชาติ แต่ไทเทเนียมกลับพบได้ในหิน ดินเหนียว ทราย และแร่ธาตุเกือบทั้งหมดบนโลกในรูปของไทเทเนียมไดออกไซด์ Rutile และ ilmenite เป็นแร่ธาตุหลักสองชนิดที่ใช้ในการผลิตไทเทเนียมเชิงพาณิชย์ แอนาเทส, เพอรอฟสไกต์, บรูไคต์และไททาไนต์ก็มีไทเทเนียมเช่นกัน แร่ธาตุแต่ละชนิดที่กล่าวมาข้างต้นสามารถนำมากลั่นเพื่อให้ได้ไทเทเนียมบริสุทธิ์
ไทเทเนียมทำขึ้นมาได้อย่างไร?
กระบวนการ Kroll เป็นวิธีการทั่วไปในการผลิตไทเทเนียมบริสุทธิ์ กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการให้ความร้อนแก่แร่ เช่น รูไทล์หรืออิลเมไนต์เพื่อผลิตไทเทเนียมเตตระคลอไรด์เหลว (TiCl4) จากนั้นของเหลว TiCl4 จะถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่นแบบแยกส่วน (คล้ายกับกระบวนการแยกส่วนที่ใช้ในการผลิตน้ำมันเบนซินจากน้ำมันดิบ) หลังจากการกลั่น แมกนีเซียมหลอมเหลวจะถูกเติมลงใน TiCl4 ของเหลวเพื่อสร้าง "ฟองน้ำ" ไทเทเนียมที่มีรูพรุนและเกลือที่มีแมกนีเซียมเป็นหลัก จากนั้นฟองน้ำไทเทเนียมจะถูกบีบอัดและหลอมในเตาอาร์คไฟฟ้า ในที่สุด ไทเทเนียมบริสุทธิ์ก็จะถูกหล่อเป็นแท่งโลหะ โลหะผสมสามารถทำได้โดยการผสมไทเทเนียมบริสุทธิ์ที่ละลายกับโลหะอื่นๆ แล้วหล่อให้เป็นแท่งโลหะ
ลักษณะสำคัญของไทเทเนียมคืออะไร?
คุณสมบัติและคุณลักษณะของไทเทเนียมแตกต่างกันไปตามเกรดและโลหะผสมเฉพาะ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทั่วไปบางประการของไทเทเนียมแสดงอยู่ในตารางด้านล่าง:
ความต้านทานการกัดกร่อน: ไทเทเนียมมีความทนทานสูงต่อการกัดกร่อนจากน้ำทะเล คลอรีน และสารกัดกร่อนอื่นๆ อีกมากมาย ทำให้มีประโยชน์สำหรับการใช้งานทางทะเลและกระบวนการแปรรูปทางเคมี
น้ำหนักเบา: ไทเทเนียมมีความหนาแน่นน้อยกว่าโลหะอื่นๆ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในโครงสร้างและส่วนประกอบน้ำหนักเบาในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานยนต์
ความแข็งแรงสูง: ความแข็งแรงของไทเทเนียมเทียบได้กับเหล็ก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไทเทเนียมมีความหนาแน่นต่ำกว่า โครงสร้างไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงเท่ากันจึงมีน้ำหนักน้อยกว่าโครงสร้างเหล็กที่เกี่ยวข้องประมาณ 45% เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงและมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง ไทเทเนียมจึงมักใช้ในการใช้งานด้านการบินและอวกาศ ยานยนต์ การแพทย์ และทางทะเล
ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ: ไทเทเนียมถือเป็นโลหะที่เข้ากันได้ทางชีวภาพมากที่สุด เนื่องมาจากความเฉื่อย ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของของเหลวในร่างกาย ความสามารถในการรวมตัวเข้ากับกระดูก (การรวมตัวของกระดูก) และขีดจำกัดความเมื่อยล้าแบบวงจรสูง ช่วยให้สามารถใช้ไทเทเนียมในกระดูก ข้อต่อ และรากฟันเทียมได้
ความต้านทานความร้อน: ไทเทเนียมมีค่าการนำความร้อนต่ำ ทำให้ไทเทเนียมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีความร้อนสูง เช่น การตัดเฉือน ยานอวกาศ เครื่องยนต์ไอพ่น ขีปนาวุธ และรถยนต์
ไม่เป็นแม่เหล็ก: ไทเทเนียมไม่มีความเป็นแม่เหล็ก แต่จะกลายเป็นพาราแมกเนติกเมื่อมีสนามแม่เหล็ก
ความเหนียว: ไทเทเนียมเป็นโลหะที่มีความเหนียว และความเหนียวจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ นอกจากนี้ การผสมไทเทเนียมกับโลหะที่มีความเหนียวอื่นๆ เช่น อลูมิเนียม สามารถเพิ่มความเหนียวได้อย่างมาก
การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: ไทเทเนียมมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ไทเทเนียมไม่ขยายตัวหรือหดตัวภายใต้อุณหภูมิที่สูงเกินไปเช่นเดียวกับวัสดุอื่นๆ เช่น เหล็ก คุณสมบัติการขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำทำให้ไทเทเนียมเหมาะสำหรับการใช้งานโครงสร้างที่ต้องพบกับอุณหภูมิสูง เช่น การบินและอวกาศและยานอวกาศ หรืออาคารขนาดใหญ่และตึกระฟ้าในกรณีเกิดเพลิงไหม้
ต้านทานความล้าได้ดีเยี่ยม: ไทเทเนียมมีความต้านทานความล้าได้ดีเยี่ยม สิ่งนี้ทำให้ไททาเนียมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ ซึ่งส่วนประกอบโครงสร้างของเครื่องบิน เช่น แลนดิ้งเกียร์ ระบบไฮดรอลิก และท่อไอเสียต้องเผชิญกับโหลดแบบวน
ไทเทเนียมมีสีอะไร?
ไทเทเนียมเป็นสีเทาเงินหรือสีขาวเงิน อย่างไรก็ตาม หากชุบอโนไดซ์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ไทเทเนียมก็สามารถสร้างสีได้ครบถ้วน ด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าระหว่างการชุบอโนไดซ์ ทำให้ได้สีไทเทเนียมที่ต่างกัน
ไทเทเนียมมีหน้าตาเป็นอย่างไร?
ไทเทเนียมมักพบในหินอัคนีและหินตะกอนและแร่ธาตุ อิลเมไนต์ (เหล็กไทเทเนียมออกไซด์) และรูไทล์เป็นแร่ธาตุสองชนิดที่ไทเทเนียมถูกสกัดโดยทั่วไป อิลเมไนต์เป็นหินสีเทาดำ ส่วนรูไทล์เป็นหินสีน้ำตาลเข้มถึงดำที่มีลักษณะเป็นผลึก
