تیتانیوم عنصری با عدد اتمی ۲۲ در جدول تناوبی است که ویژگیهای خاص آن سبب شده است تا در موارد مختلفی از این فلز استفاده شود. آلیاژهای تیتانیوم نیز عمدتا با ویژگیهای خاص مانند استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی شناحته میشوند. این آلیاژها در بازار جهانی قیمت بالایی دارند و کاربردهای آنها در صنعت بسیار خاص هستند. در این مطلب به بررسی خواص، ویژگیها و کاربردهای این آلیاژها میپردازیم. اما ابتدا تیتانیوم رابه طورکاملتری معرفی میکنیم.
تیتانیوم چیست؟
تیتانیوم (Titanium) با علامت Ti، نهمین عنصر فراوان در کره زمین است و میتوان آن را در سنگهای آذرین، رسوبی، مواد معدنی و خاک پیدا کرد. چگالی تیتانیوم حدود (g/cm۳)۴.۷۵ است. برای درک بهتر این عدد بهتر است بدانید که چگالی آلیاژهای استنلس استیل به طور میانگین حدود (g/cm۳)۷.۹۳ در نظر گرفته میشود. این عنصر واکنش پذیری بسیار بالایی دارد و نمیتوان آن را به صورت خالص در طبیعت پیدا کرد، زیرا به سرعت با اکسیژن واکنش میدهد. اکسید تیتانیوم میتواند لایهای محافظ با مقاومت بالا در برابر خوردگی تشکیل دهد.
قبل از معرفی آلیاژهای تیتانیوم، بهتر است اندکی با استخراج آن آشنا شویم. سنگ تیتانیوم به خودی خود در طبیعت یافت نمیشود چرا که این عنصر به صورت خالص در طبیعت وجود ندارد و به صورت ترکیبات معدنی و سنگهای معدنی شامل تیتانیوم یافت میشود. تیتاینوم از دو سنگ معدن با نامهای ایلمنیت (Ilmenite) و روتیل (Rutile) استخراج میشود که حاوی اکسید تیتانیوم و آهن هستند. سنگهای معدنی دیگر نیز مانند، آناتاز (Anatase)، پروسکایت (Perovskite) و بروکیت (Brookite) برای استخراج تیتانیوم مورد استفاده قرار میگیرند.
با اینکه قیمت تیتانیوم نسبت به سایر فلزات گرانبها کمتر است اما آلیاژهای دوتایی تیتانیوم و سایر گریدهای ترکیبی آن نسبت به آلیاژهای فلزات رایج در صنعت قیمت بالاتری دارند. قیمت هر کیلو تیتانیوم در بازار جهانی حدود ۱۸ تا ۲۰ دلار است و آلیاژهای تیتانیوم نیز حدود ۷۰ تا ۸۰ دلار به ازای هر کیلو قیمت دارند.
تاریخچه تیتانیوم
سنگ تیتانیوم برای اولین بار در سال ۱۷۹۱ توسط ویلیام گرگور که کشیشی انگلیسی بود کشف شد. او مقداری ماسه سیاه پیدا کرد که به آهن ربا جذب میشد. پس از بررسی متوجه شد که در آن ماسه سیاه، اکسید آهن و ماده ناشناخته دیگری وجود دارد. گرگور این فلز را ماناکانیت نامید. پس از آن در سال ۱۷۹۵ فرانتس- یوزف مولر فون ریخنشتاین اتریشی و مارتین هاینریش کلاپروت به طور جداگانه با این فلز برخورد کردند. این فلز با برداشتی از نام تایتانهای اساطیر یونان، با نام تیتانیوم شناخته شد.
دسیابی به تیتانیوم خالص ۱۱۵ سال بعد یعنی در سال ۱۹۱۰ توسط متیو ای. هانتر، دانشمند نیوزلندی انجام شد. او با گرم کردن تیتانیوم تتراکلرید با سدیم در فشار و دمای بالا، توانست تیتانیوم خالص را استخراج کند. در دهه ۱۹۵۰ شوروی از آلیاژهای تیتانیوم در کاربردهای نظامی استفاده کرد و پس از آن نیز آمریکا و دیگر کشورها شروع به استفاده از این متریال در کاربردهای نظامی کردند.