Titanium: Like sterk som stål, så lett som aluminium-og det er i kroppen din også
Et bein av titanlegering kan forbli i kroppen din i en mannsalder, og et fly av-titanium kan fly med tre ganger lydens hastighet. Dette metallet-lettere enn stål og sterkere enn aluminium-er skjult i tannkrem, solkrem og knær.
Dette metallet er titan. Det er ikke uhyrlig dyrt; det er bare uhyrlig sjelden.
I. Halvparten av stålets vekt, dobbelt så hardt som aluminium
Titan har en tetthet på 4,51 g/cm³, som er 56 % av stål og 1,6 ganger større enn aluminium. Styrken til rent titan er på nivå med styrken til middels-karbonstål, mens titanlegeringer (den mest klassiske er Ti-6Al-4V, kjent i bransjen som "Titanium 64") trykkstyrken til 900–1170 MPa, og plasserer dem i samme liga som all4}stål{14}}høystyrke. Når det gjelder spesifikk styrke - det vil si at belastningen den kan bære per vektenhet - titan overgår alle andre metaller.
Det som er enda mer bemerkelsesverdig er at denne høye styrken ikke går på bekostning av seighet. Mens mange høy-stål er sterke, er de ofte sprø; titanlegeringer opprettholder imidlertid god seighet og bruddmotstand selv i flytende nitrogen ved -200 grader, og mykner ikke raskt ved høye temperaturer over 400 grader, i motsetning til aluminiumslegeringer. Fra de lave temperaturene på flytende helium nær 4 K til de høye temperaturene i flymotorturbiner rundt 500 grader, viser titanlegeringer ingen signifikante ytelsesgap over hele temperaturområdet.
Vurder nå korrosjonsbestandighet. Et tett TiO2-passiveringslag dannes spontant på overflaten av titan; Selv om den bare er noen få nanometer tykk, fungerer den som en beskyttende rustning tett festet til underlaget. Selv om dette laget er riper, oksiderer det raskt på nytt og reparerer seg selv-så raskt at tegn på korrosjon er praktisk talt usynlige. En titanlegering som har vært nedsenket i sjøvann i tjue år vil fortsatt skinne når den tørkes ren ved fjerning. Medier som konsentrert svovelsyre, salpetersyre, klorgass og organiske syrer sliter også med å forårsake betydelig korrosjon. Den eneste svakheten er flussyre (HF): fluoridioner løser direkte opp oksidfilmen på titanoverflaten, eksponerer titansubstratet og forårsaker korrosjon.
Med alt dette i betraktning, tror du kanskje titan må være ublu dyrt. Imidlertid rangerer titan på niendeplass i overflod i jordskorpen, noe som gjør det mer rikelig enn kobber, sink og bly. Så hvorfor er det fortsatt fem til ti ganger dyrere enn rustfritt stål? Fordi Kroll-prosessen er en batch-type, energiintensiv-metode som krever omtrent 36 000 kilowatt-timer med elektrisitet for å produsere ett metrisk tonn svamptitan-nok til å drive en gjennomsnittlig husholdning i tre år. Videre har titan ekstremt dårlig varmeledningsevne når det bearbeides, noe som får varmen til å konsentrere seg helt ved skjærekanten, noe som sliter ned verktøyet flere ganger raskere enn ved skjæring av stål. De høye kostnadene for titan stammer ikke fra selve råmaterialet, men fra de høye kostnadene ved å behandle det.
II. Titan smuglet fra Sovjetunionen ble brukt til å bygge et amerikansk spionfly som var i stand til å fly tre ganger lydens hastighet
SR-71 "Blackbird" rekognoseringsflyet, som foretok sin jomfruflyvning i 1964, var et strategisk rekognoseringsjetfly med stor- rekkevidde, høy-høyde og høyhastighets-operert av US Air Force. Det inneholdt et vell av banebrytende-teknologi fra tiden, inkludert en titanlegeringsstruktur og en turbojet/ramjet-motor med variabel-syklus, og var det første operative jetflyet som klarte å bryte gjennom varmebarrieren. Den var i stand til å krysse med 3,2 ganger lydhastigheten i en høyde på 24 000 meter-så fort at sovjetiske luftvernmissiler som ble skutt opp på den tiden, rett og slett ikke klarte å holde tritt med det. Gjennom sin operative historie ble den aldri skutt ned av fiendtlige fly eller luftvernmissiler. En av flyets mest bevoktede hemmeligheter ligger i materialene: 93 prosent av flyrammen er konstruert av titanlegering.
III. Du bruker og bruker titan hver dag, men du er kanskje ikke klar over det
Av titanmalmen som utvinnes over hele verden, er bare ca. 5 % redusert til metallisk titan; de resterende 95 % omdannes til titandioksid (TiO₂), også kjent som titanhvitt.
Titandioksid er det viktigste hvite pigmentet på jorden. Den har en ekstremt høy brytningsindeks, som maksimerer spredningseffektiviteten til hvitt lys i det synlige spekteret. Ett kilo titandioksid kan dekke omtrent 8 til 10 kvadratmeter overflateareal, noe som gir den en ugjennomsiktig, ren hvit farge. Uten titandioksid ville de hvite veggene i rommet ditt blitt grå, tannkremen ville blitt gjennomsiktig, plastrør ville avsløre sin naturlige gulaktige-brune farge, og solkrem på ansiktet ditt ville se ut som en fet, gjennomsiktig film.
Det glatte hvite belegget på M&Ms godterier du spiser inneholder titandioksid. Skummet melk bruker titandioksid for å bleke den, slik at den ser mer ut som helmelk. Det hvite belegget på piller er også laget av titandioksid. Selv den hvite fargen på toalettpapiret du bruker etter å ha gått på do-hvis du bruker et merke med høy-hvithet-, er mest sannsynlig takket være titandioksid.
IV. Når de implanteres i menneskekroppen, vil beinene dine aktivt smelte sammen med den
Hvis titanlegering implanteres i menneskekroppen, blir den ikke avvist som vanlige metaller; i stedet "smelter det" gradvis med det omkringliggende benet. Dette fenomenet er kjent i medisin som osseointegrasjon.
Nøkkelen til titans evne til å gjøre dette ligger i dannelsen av et veldig tett oksidlag på overflaten. Dette laget er stabilt og irriterer ikke menneskelig vev, slik at benceller trygt kan feste seg til og spre seg på overflaten, og gradvis danne nytt benvev.
I motsetning til dette er mange metaller utsatt for løsne-, korrosjons- eller avvisningsreaksjoner etter implantasjon, mens titanlegeringer gir bedre biokompatibilitet og større-langtidsstabilitet. Av denne grunn er de mye brukt i medisinske applikasjoner som kunstige ledd, beinplater, skruer og tannimplantater.
Enkelt sagt, titan blir ikke "tvunget" inn i beinet; snarere aksepterer beinet det villig.
E-post:garychen3215@hotmail.com
Adresse: No.35, Baoti Rd, Baoji by, Shaanxi-provinsen, Kina
Kontakt: Mr. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
