Tytan: Mocny jak stal i lekki jak aluminium-i to samo w Twoim ciele
Kość ze stopu tytanu może pozostać w organizmie przez całe życie, a{0}}samolot wykonany w całości z tytanu może latać z prędkością trzykrotnie większą od dźwięku. Ten metal-lżejszy od stali i mocniejszy od aluminium-skrywa się w paście do zębów, kremie z filtrem przeciwsłonecznym i kolanach.
Tym metalem jest tytan. To nie jest skandalicznie drogie; jest to po prostu skandalicznie rzadkie.
I. Połowa wagi stali, dwa razy twardsza niż aluminium
Tytan ma gęstość 4,51 g/cm3, co stanowi 56% gęstości stali i 1,6 razy większą gęstość aluminium. Wytrzymałość czystego tytanu jest porównywalna ze średnio-stalą węglową, natomiast stopy tytanu (najbardziej klasyczny to Ti-6Al-4V, znany w branży jako „Tytan 64”) zwiększają wytrzymałość do 900–1170 MPa, co plasuje je w tej samej lidze co stale stopowe o wysokiej wytrzymałości. Pod względem wytrzymałości właściwej – czyli obciążenia, jakie może wytrzymać na jednostkę masy – tytan przewyższa wszystkie inne metale.
Jeszcze bardziej niezwykłe jest to, że ta wysoka wytrzymałość nie jest osiągana kosztem wytrzymałości. Chociaż wiele stali-o wysokiej wytrzymałości jest wytrzymałych, często są one kruche; stopy tytanu zachowują jednak dobrą wytrzymałość i odporność na pękanie nawet w ciekłym azocie w temperaturze -200 stopni i nie miękną szybko w wysokich temperaturach powyżej 400 stopni, w przeciwieństwie do stopów aluminium. Od niskich temperatur ciekłego helu w pobliżu 4 K po wysokie temperatury turbin silników lotniczych około 500 stopni, stopy tytanu nie wykazują znaczących różnic w wydajności w całym zakresie temperatur.
Teraz rozważ odporność na korozję. Na powierzchni tytanu samoistnie tworzy się gęsta warstwa pasywacyjna TiO₂; choć ma tylko kilka nanometrów grubości, działa jak pancerz ochronny ściśle związany z podłożem. Nawet jeśli ta warstwa zostanie zarysowana, szybko-utlenia się ponownie i naprawia się-tak szybko, że oznaki korozji są praktycznie niewidoczne. Stop tytanu pozostawiony zanurzony w wodzie morskiej przez dwadzieścia lat będzie nadal świecił, jeśli zostanie wyczyszczony po wyjęciu. Media takie jak stężony kwas siarkowy, kwas azotowy, gazowy chlor i kwasy organiczne również nie powodują znacznej korozji. Jedyną słabością jest kwas fluorowodorowy (HF): jony fluorkowe bezpośrednio rozpuszczają warstwę tlenku na powierzchni tytanu, odsłaniając podłoże tytanowe i powodując korozję.
Biorąc to wszystko pod uwagę, można by pomyśleć, że tytan musi być niebotycznie drogi. Jednakże tytan zajmuje dziewiąte miejsce pod względem liczebności w skorupie ziemskiej, co czyni go występującym w większej ilości niż miedź, cynk i ołów. Dlaczego więc jest ona wciąż od pięciu do dziesięciu razy droższa od stali nierdzewnej? Ponieważ proces Krolla jest metodą-wsadową i energochłonną-, która wymaga około 36 000 kilowatogodzin-godzin energii elektrycznej do wytworzenia jednej tony metrycznej tytanu gąbczastego-wystarczającej do zasilenia przeciętnego gospodarstwa domowego przez trzy lata. Ponadto tytan ma wyjątkowo słabą przewodność cieplną podczas obróbki, co powoduje, że ciepło koncentruje się całkowicie na krawędzi skrawającej, co powoduje kilkukrotnie szybsze zużycie narzędzia niż w przypadku cięcia stali. Wysoki koszt tytanu wynika nie z samego surowca, ale z wysokich kosztów jego obróbki.
II. Tytan przemycony ze Związku Radzieckiego wykorzystano do zbudowania amerykańskiego samolotu szpiegowskiego, który może latać z trzykrotną prędkością dźwięku
Samolot rozpoznawczy SR-71 „Blackbird”, który odbył swój dziewiczy lot w 1964 r., był strategicznym odrzutowcem rozpoznawczym dalekiego-zasięgu,-wysokości i dużej-szybkości, obsługiwanym przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych. Wykorzystywał bogactwo najnowocześniejszych-wówczas technologii, w tym konstrukcję ze stopu tytanu i silnik turboodrzutowy/odrzutowy o zmiennym cyklu-i był pierwszym sprawnym samolotem odrzutowym, który pomyślnie przełamał barierę cieplną. Był w stanie latać z prędkością 3,2 razy większą od dźwięku na wysokości 24 000 metrów-tak szybko, że wystrzelone wówczas radzieckie rakiety przeciwlotnicze po prostu nie były w stanie za nim nadążać. W całej swojej historii operacyjnej nigdy nie został zestrzelony przez samoloty wroga ani rakiety przeciwlotnicze. Jedna z najściślej strzeżonych tajemnic samolotu leży w jego materiałach: 93 procent jego płatowca jest zbudowane ze stopu tytanu.
III. Codziennie spożywasz i stosujesz tytan, ale możesz nie zdawać sobie z tego sprawy
Z rudy tytanu wydobywanej na całym świecie tylko około 5% ulega redukcji do tytanu metalicznego; pozostałe 95% przekształca się w dwutlenek tytanu (TiO₂), znany również jako biel tytanowa.
Dwutlenek tytanu jest najważniejszym białym pigmentem na Ziemi. Posiada wyjątkowo wysoki współczynnik załamania światła, maksymalizując efektywność rozpraszania światła białego w widmie widzialnym. Jeden kilogram dwutlenku tytanu może pokryć około 8 do 10 metrów kwadratowych powierzchni, nadając mu nieprzezroczysty, czysty biały kolor. Bez dwutlenku tytanu białe ściany w Twoim pokoju stałyby się szare, pasta do zębów stałaby się przezroczysta, plastikowe rury odsłoniłyby swój naturalny żółtawo-brązowy kolor, a krem przeciwsłoneczny nałożony na twarz wyglądałby jak tłusty, przezroczysty film.
Gładka biała powłoka cukierków M&M's, które jesz, zawiera dwutlenek tytanu. Odtłuszczone mleko wykorzystuje dwutlenek tytanu do wybielenia, dzięki czemu wygląda bardziej jak mleko pełne. Biała powłoka tabletek jest również wykonana z dwutlenku tytanu. Nawet biały kolor papieru toaletowego, którego używasz po wizycie w łazience,-jeśli używasz marki o wysokiej-białości-, najprawdopodobniej wynika z dwutlenku tytanu.
IV. Po wszczepieniu w ludzkie ciało Twoje kości będą się z nim aktywnie łączyć
Jeśli stop tytanu zostanie wszczepiony w ludzkie ciało, nie zostanie odrzucony tak jak zwykłe metale; zamiast tego stopniowo „łączy się” z otaczającą kością. Zjawisko to znane jest w medycynie jako osteointegracja.
Kluczem do zdolności tytanu do tego jest utworzenie na jego powierzchni bardzo gęstej warstwy tlenku. Warstwa ta jest stabilna i nie podrażnia tkanki ludzkiej, umożliwiając komórkom kostnym bezpieczne przyleganie do jej powierzchni i namnażanie się na jej powierzchni, stopniowo tworząc nową tkankę kostną.
Z drugiej strony wiele metali jest podatnych na poluzowanie, korozję lub reakcje odrzucenia po implantacji, podczas gdy stopy tytanu zapewniają lepszą biokompatybilność i większą-stabilność długoterminową. Z tego powodu są szeroko stosowane w zastosowaniach medycznych, takich jak sztuczne stawy, płytki kostne, śruby i implanty dentystyczne.
Mówiąc najprościej, tytan nie jest „wciskany” w kość; raczej kość chętnie to akceptuje.
E-mail-:garychen3215@hotmail.com
Adres: nr 35, Baoti Rd, miasto Baoji, prowincja Shaanxi, Chiny
Kontakt: Pan Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Telefon komórkowy/WhatsApp: +86 13092900605
