עובדות ומאפיינים של טיטניום: מדריך ליצרנים

בחירת המתכת הנכונה עבור היישום שלך היא קריטית כדי להבטיח מוצר מוגמר שלא רק מסוגל לשרת את מטרתו המיועדת אלא גם עומד בכל מפרטי הבטיחות. טיטניום היא מתכת פופולרית המשמשת ביישומים במגוון תעשיות בשל תכונותיה הטובות. זהו המדריך שלך למאפיינים, השימושים והייצור של טיטניום.

מה זה טיטניום?

טיטניום הוא יסוד נפוץ שנמצא בקרום כדור הארץ. המספר האטומי שלו הוא 22 בטבלה המחזורית של היסודות. 2 המינרלים העיקריים המכילים טיטניום, הם רוטיל ואילמניט המהווים 24% מקרום כדור הארץ. זה מוביל לכך שטיטניום היא המתכת ה-9 בשכיחותה ביותר של כדור הארץ והיא נמצאת בדרך כלל בסלעים ובמשקעים.

Ti היא מתכת מעבר, מה שאומר שהיא יכולה להיקשר באמצעות אלקטרונים מרמות אנרגיה מרובות. המתכת בצבע כסף, בעלת צפיפות נמוכה וחוזק גבוה. מקור השם במילה 'טיטאן' שמקורה ביצורים במיתולוגיה היוונית הידועים בשם 'טיטאנים', שהיו חזקים וגמישים במיוחד.

ההיסטוריה של טיטניום

טיטניום התגלה ללא ידיעתו לראשונה בשנת 1791 על ידי הגיאולוג הכומר ויליאם גרגור. הוא מצא חומר מעניין בערוץ נחל ולאחר ניתוחו גילה שמדובר בתערובת של מגנטיט, תחמוצת ברזל ומתכת חדשה.

4 שנים מאוחר יותר, מדען גרמני בשם מרטין היינריך קלפרוט חקר את מרכיבי העפרה והבין שיש בה מתכת חדשה. הוא קרא לזה טיטניום ומאוחר יותר יצר את הקשר שהדגימה של גרגור מכילה גם טיטניום.

טיטניום טהור הופק לראשונה על ידי מתיו א. האנטר, מטלורג אמריקאי, בשנת 1910. מאוחר יותר, בשנת 1932 נעשה שימוש ראשון במתכת טיטניום מחוץ למסגרת המעבדה כאשר וויליאם ג'סטין קרול הוכיח שניתן לייצר אותה על ידי הפחתת טיטניום טטרכלוריד (TiCl4) עם סידן . שמונה שנים, תהליך זה היה מעודן עם מגנזיום ונתרן.

בשנות ה-50 וה-60 של המאה ה-20 ברית המועצות הייתה חלוצה בשימוש במתכת המדהימה הזו ביישומי תעופה וחלל והגנה במהלך המלחמה הקרה והייתה היצרניות הגדולות ביותר שלה. בעודו בצד של ארה"ב, טיטניום נחשב לחומר אסטרטגי אשר התרחב לאורך כל תקופת המלחמה הקרה על ידי ממשלת ארה"ב. הממשלה, כלומר מרכז המלאי הלאומי של ההגנה, שמרה על מאגר גדול של ספוג טיטניום עד שהתרוקן סופית בשנות ה-2000.

מאפייני טיטניום

טיטניום הוא חומר מדהים בעל תכונות ייחודיות שהופכות אותו למבוקש מאוד בייצור של יישומים מודרניים וחדשניים רבים. זה חזק וקליל. חוזק המתיחה של Ti הוא בין 30,000 psi ל-200,000 psi בהתאם לסוג הטיטניום. זה גם בצפיפות נמוכה; כ-60% מצפיפות הברזל, הפחתת עומס ומתח של מתכות כבדות יותר תוך הפחתת המשקל הכולל של החפצים שהוא משמש לייצור. לטיטניום יש למעשה את יחס החוזק לצפיפות הגבוה ביותר מכל יסוד מתכתי.

נקודת ההיתוך של טיטניום גבוהה בהרבה מפלדת אל-חלד. זאת, בשילוב עם משקלו הנמוך והחוזק הגבוה, הם הסיבה שבגללה נעשה שימוש בטיטניום וסגסוגות טיטניום במטוסים, טילים ורקטות שבהם חשובים חוזק, משקל נמוך ועמידות לטמפרטורות גבוהות.

לטיטניום יש גמישות מעולה, המציג מודול יאנג המקביל לכ-50% מפלדת אל-חלד, מה שהופך אותו לרצוי עבור יישומי קפיצים מסוימים.

זה גם רצוי מאוד בייצור רפואי מכיוון שמתכת טיטניום היא אחת המתכות היותר ביולוגיות שקיימות, מה שמוביל לשימוש שלה בכל דבר, החל ממפרקים מלאכותיים ועד מסתמי לב ומכשירים ניתוחיים אחרים הניתנים להשתלה.

שיעורי ההתפשטות התרמית של טיטניום וסגסוגות טיטניום שווים בדרך כלל לכ-50% מפלדת אל חלד. המשמעות היא שיש פחות שינוי ממדי שנגרם על ידי חימום המתכת בהשוואה לנירוסטה או אלומיניום. זה, בשילוב עם תכונות המוליכות העל שלו, מתאים לשימוש במכשירים כגון מנועי אינדוקציה וייצור מוליכים למחצה.

כמה מאפיינים אחרים של טיטניום כוללים:

• תכונות העברת חום מצוינות
• נקודת התכה גבוהה – 3,135 מעלות פרנהייט (זה 400 מעלות מעל נקודת ההיתוך של פלדה ו-2000 מעלות מעל זו של אלומיניום)
• רמה גבוהה של עמידות למינרלים, חומצות וכלורידים
• לא רעיל – הופך אותו למועמד לשימוש במכשירים רפואיים המוכנסים לגוף האדם
• רמה גבוהה של התנגדות חשמלית

דאגות מטיטניום

מכיוון שטיטניום כל כך חזק, זה יכול להיות קשה ליציקה. יש לו גם תגובתיות גבוהה, מה שאומר שהוא חייב להיות מנוהל באופן הדוק בכל שלב של הייצור. בהשוואה למתכות אחרות, טיטניום נוטה להיות יקר יותר בגלל תכונותיו יקרות הערך והזמן והמשאבים הנדרשים לייצורו.

כיצד מייצרים טיטניום?

בטבע, טיטניום מופיע רק בשילובים כימיים; הנפוצים שבהם הם חמצן וברזל. על מנת להגיע למוצר מוגמר, טיטניום חייב לעבור מספר תהליכים שונים כדי להגיע למוצר מוגמר. מספר וסוג התהליכים משתנים בהתאם ליישום הסופי המיועד. עם זאת, לא משנה מהו המוצר הרצוי, תחילה יש להפריד את הטיטניום מהעפרה ולהפוך אותו לטיטניום טהור. זה נקרא תהליך קרול.

תהליך הקרול

• העפרה מתחילה בכור מיטה נוזלית המייצר תחמוצת טיטניום מטוהרת.
• תחמוצת הטיטניום המטוהרת מחומצנת עם כלור כדי לייצר טיטניום טטרכלוריד.
• לאחר מכן מזקקים את הזיהומים באופן חלקי.
• לאחר מכן, המוצר מועבר לכור נירוסטה שם הוא מעורבב עם מגנזיום באווירה של ארגון. טיטניום 3 וטיטניום 2 כלורידים (TiCl2) הם התוצאות של שלב זה.
• לאחר מכן מצטמצמים טיטניום 3 וטיטניום 2 כדי לייצר טיטניום ומגנזיום כלוריד טהור.

מתחילתו ועד סופו, תהליך Kroll נמשך מספר ימים. המוצר הסופי הוא "ספוג טיטניום" טיטניום שמוכן לעבור עיבוד נוסף אשר בסופו של דבר יכול להיות מיוצר לברים, צלחות, יריעות, חוטים, או כל מה שהיישום שלך דורש. כך נראית התגובה הכימית כמשוואה: TiCl4+2Mg=>Ti+2MgCl2

לאחר ייצור הספוג, התהליך ממשיך עם התכה של ספוג טיטניום, או ספוג בתוספת סגסוגת המאסטר. זה נעשה כדי ליצור מטיל. משם החומר עובר לייצור ראשוני שבו מטיל הופך למוצרי טחנה כלליים כגון בילט, בר, צלחת, יריעה, רצועה וצינור; ולאחר מכן ייצור משני של צורות מוגמרות ממוצרי טחנה.

ההיסטוריה של גלגול מחדש של טיטניום ב-Be-Cu.com

הסיפור של טיטניום ב-Be-Cu הוא גם מקרה מרתק וגם דוגמה ישימה לאופן שבו המסירות והמחויבות שלנו לפיתוח יכולות חומרים יכולות לתמוך בהצלחה מתמשכת.

בתחילת שנות ה-90 בי-קו אימצה את שוק התעופה והחלל עם קלטת הקלטת הטיסה שלה, מוצר סגסוגת סגסוגת דק על בסיס ניקל שהיה בשימוש במשך עשרות שנים בהצלחה רבה. עם חידושים הולכים וגדלים בתחום המסחר והיישומים הביטחוניים, הצורך ברדיד טיטניום גדל כתוצאה מפריצות דרך הנדסיות אלו.

אולם בשלב זה שרשרות האספקה היו מוגבלות. טיטניום סופק בדרך כלל רק בצורת יריעות, צלחת ובר, תוך שימוש בגלגול חם ובחישול ואקום כדי ליצור מוצר סופי. גלגול קר, ניקוי וחישול מתמשך היו מוגבלים, אם לא היו קיימים.

נקודת המפתח של הכניסה לטיטניום, עבור Be-Cu, התרחשה בסוף שנות ה-80 עם תוכנית הלקוחות הראשונה שלנו שהוקמה לרצועת טיטניום רציפה דרגה 9. סיפקנו מתכת טיטניום לשוק התעופה וחלל וקבלני משנה רבים המעורבים בפיתוח וייצור שלדות תעופה מסחריות וצבאיות. לשוק התעופה והחלל היה צורך הולך וגובר ברצועות מפותלות טיטניום ובנייר כסף עבור הרכיבים המבניים שיוצרו כדי להגן על רכיבי המנוע של שלדות התעופה הללו. כתוצאה מהמסירות של המטלורגים הפנימיים שלנו, Be-Cu פיתחה שרשרת אספקה לרכישת גלילים קטנים של חומר מוצא טיטניום, לגלגל קר את המתכת בתוך המתקן שלנו.

זה היה אתגר עבורנו, בלשון המעטה. טיטניום מתנהג בצורה שונה מאוד מפלדת אל חלד וסגסוגות ניקל. הייצור שלנו נאלץ להסתגל לקושי בייצור טיטניום, פיתוח טכניקות חדשות והשקעה ביכולות חדשות לספק מוצר מתכת טיטניום שענה לציפיות שלנו ושל לקוחותינו. יכולות רבות הן בתהליך הגלגול והן בתהליך החישול התאפשרו באמצעות פיתוח טכנולוגיה והתקנת ציוד חדש. זה בשילוב עם ההשקעה במספר טכנולוגיות אחרות ומחויבות תרבותית עמוקה של כל הארגון שלנו לדחוף את הגבולות של מה שנחשב לפני כן בלתי אפשרי אפשרו לייצר את רצועת הטיטניום שלנו ברמת איכות ויעילות גבוהות יותר מאי פעם.

ניצחון קטן, אחרי ניצחון קטן, עזר לבנות אמון בחברה, מה שהוביל לפיתוחים נוספים כדי לעזור לבסס את Be-Cu כשותפה מרכזית לרצועות טיטניום במגוון תעשיות. עם הזמן חידדנו את התהליך שלנו ומיצבנו את עצמנו להתמודד עם הדור הבא של דרישות טיטניום.

סוגי טיטניום והיישומים שלהם

ישנם סוגים שונים של טיטניום המתאימים ליישומים שונים בהתבסס על החוזקות והתכונות שלהם.

טיטניום דיוקסיד

טיטניום דו חמצני ידוע גם בשם תחמוצת טיטניום ומגיע באבקת טיטניום לבנה עדינה. זה נותן למוצרים גוון לבן בהיר. זה נוצר כאשר טיטניום יוצר אינטראקציה טבעית עם חמצן. צורה זו של טיטניום פופולרית מאוד במוצרים יומיומיים כגון נייר, פלסטיק, קרם הגנה, משחת שיניים, מוצרי קוסמטיקה, צבעים ואפילו דבקים.

סגסוגות ואפליקציות טיטניום

סגסוגת היא מתכת המכילה את המתכת העיקרית, במקרה זה, טיטניום, עם אחוז קטן של יסודות אחרים. לסגסוגת טיטניום עדיין יש חוזק גבוה ועמידות בפני קורוזיה. עם זאת, הודות למתכות האחרות יש לו גם יכולת גמישות מוגברת. זה אומר שיש לו יותר יישומים מטיטניום טהור. להלן כמה דרגות של סגסוגות טיטניום שאולבריך עובד איתן:

דירוגים ויישומים של טיטניום טהור מסחרית

טיטניום טהור מבחינה מסחרית פירושו שהמוצר המוגמר מכיל רק את היסוד טיטניום ואינו מעורבב עם רכיבים אחרים. לסוג זה של טיטניום יש את העמידות בפני קורוזיה הגבוהה ביותר מכל צורה של טיטניום. המאפיין המבחין של CP טיטניום הוא אחוז תכולת החמצן שפועל כמנגנון החיזוק העיקרי של מתכות אלו. יש לו גם תכונות גמישות יוצאות דופן. ישנן 4 דרגות של טיטניום טהור.

מדריך מהיר לטיטניום:

הטיטניום המתאים ליישום שלך

אנו מתמחים במתכות מדויקות במגוון תעשיות. לא משנה מהם צרכי היישום שלך, המומחיות שלנו בשילוב עם שיטות מתקדמות מבטיחות שהמוצר המוגמר לא רק יענה על הצרכים שלך אלא יעלה עליהם. צור איתנו קשר עוד היום ואפשר לצוות שלנו לעזור לך עם בקשות הפרויקט שלך!