Kui kallis on titaan?

Kas teadsite, et titaanisulami + hind on 200 jüaani kilogrammi kohta, samal ajal kui sõjaväe hindtitaani sulamon vahemikus 500-1000 jüaani. Niisiis, mis täpselt on titaan? Miks see pärast legeerimist nii kallis on?

Esiteks mõistame titaani päritolu. Titaan, hõbedane-valge metall, mis on saadud peamiselt ilmeniidist, rutiilist ja perovskiidist, on väga reaktsioonivõimeline metall. Kuid kõrgete sulatusnõuete tõttu on seda olnud pikka aega raske toota suurtes kogustes, mistõttu on see "haruldase" metalli staatus.

Tegelikult avastasid inimesed titaani 1791. aastal, kuid puhta titaani tootmiseks kulus üle sajandi kuni aastani 1910. Peamine põhjus on see, et titaan on kõrgetel temperatuuridel väga aktiivne ja ühineb kergesti selliste elementidega nagu hapnik, lämmastik ja süsinik. Puhta titaani rafineerimine nõuab väga karme tingimusi. Hiina titaanitoodang on aga kasvanud eelmise sajandi 200 tonnilt tänaseks 150 000 tonnini, olles praegu maailmas esikohal. Kus siis nii kallist titaani põhiliselt kasutatakse?

1. Titaanist käsitöö. Titaanil on suur tihedus ja see on korrosioonikindel,{2}}eriti oksüdeeritav ja muudab värvi. Sellel on suurepärased dekoratiivsed efektid ja see on palju odavam kui tõeline kuld. Seetõttu kasutatakse seda ehtsa kulla asemel käsitöökeraamika, antiikhoonete ja iidsete hoonete remonditööde, välistingimustes kasutatavate nimesiltide ja -tahvlite jms jaoks.

 

2. Titaanist ehted. Titaan on tegelikult vaikselt meie ellu sisenenud. Tänapäeval kannavad mõned tüdrukud ehteid, mis on valmistatud puhtast titaanist. Selle uut tüüpi ehete suurim omadus on tervis, ohutus ja keskkonnakaitse. See ei tooda inimese nahale ja kehale kahjulikke aineid. Seda nimetatakse "rohelisteks eheteks".

3. Titaanist klaasid. Titaan peab deformatsioonile vastu rohkem kui teras, kuid kaalub vaid poole vähem. Ehkki näiliselt identsed tavaliste metallklaasidega, on titaanklaasid kerged ja mugavad, erinevalt teiste metallklaaside külmast ja jäisest tundest, sileda ja sooja puudutusega. Titaanraamid on oluliselt kergemad kui tavalised metallraamid, säilitavad oma kuju ka pärast pikaajalist-kasutust ja pakuvad kõrgemat kvaliteeditagamise taset.

4. Lennundus: suur osa tänapäevastes lennukikandjates, rakettides ja rakettmürskudes kasutatavast terasest on asendatud titaanisulamitega. Lõikamise katsed on läbi viidud nii terase kui ka titaani sulamitega, mis on tingitud nende vastupidavusest deformatsioonile ja kergele kaalule. Lõikamise käigus avastati, et titaani tekitatud sädemed tundusid veidi teistsugused: teras oli kuldne, titaanisulamid tekitasid valgeid sädemeid. See on peamiselt tingitud väikestest osakestest, mida titaanisulam toodavad lõikamise ajal. Need osakesed võivad õhus spontaanselt süttida, tekitades eredaid sädemeid, ja need sädemed on palju kuumemad kui terasest pärinevad sädemed. Sellest tulenevalt kasutatakse titaanipulbrit ka raketikütusena.

Statistika kohaselt kasutatakse maailmas igal aastal navigatsioonis üle 1000 tonni titaani. Lisaks sellele, et titaani kasutatakse kosmosematerjalina, kasutatakse seda ka allveelaevades. Kunagi uputati titaanisulam ookeani põhja ja leiti viis aastat hiljem välja, et leida see täiesti roostevaba-. Selle põhjuseks on asjaolu, et titaani tihedus on vaid 4,5 grammi, kuid selle tugevus kuupsentimeetri kohta on kõigist metallidest kõrgeim, taludes 2500 atmosfääri rõhku. Seetõttu suudavad titaanist allveelaevad navigeerida kuni 4500 meetri sügavusel ookeanis, samas kui tavalised terasallveelaevad suudavad sukelduda vaid maksimaalselt 300 meetrini.

 

Titaanil on lai valik rakendusi ja titaanisulameid kasutatakse laialdaselt meditsiinis, sealhulgas hambaravis, plastilises kirurgias, südameklappides ja meditsiiniseadmetes. Titaantoodete hinnad turul on aga üldiselt kõrged, mistõttu paljud tarbijad ei soovi neid osta. Niisiis, mis täpselt selle olukorra põhjustab?

1. Titaanivarude kaevandamine ja kasutamine on äärmiselt keeruline. minu riigi ilmeniidiliivavarud on hajutatud ja titaanivarud on suhteliselt kontsentreeritud. Pärast aastaid kestnud kaevandamist ja kasutamist on kaevandatud kvaliteetseid,-kvaliteetseid ja ulatuslikke ressursse. Kuna aga arendus põhineb peamiselt erakaevandamisel, on suuremahulist-arendust ja kasutamist raske saavutada.
2.Titaani järele on suur nõudlus. Uue metallmaterjalina on titaani laialdaselt kasutatud lennunduses, ehituses, merenduses, tuumaenergeetikas ja elektritootmises. Kuna minu riigi igakülgne rahvuslik tugevus kasvab jätkuvalt, näitab ka titaani tarbimine kiiret kasvutendentsi.
3. Ebapiisav titaani tootmisvõimsus. Praegu suudavad titaani toota vaid vähesed tööstusriigid maailmas.
4. Titaani on raske töödelda.

1. Titaankäsnast titaani valuplokkideni ja seejärel titaanplaatideni on vaja kümneid protsesse. Titaani sulatusprotsess erineb terase omast, nõudes kontrollitud sulamiskiirust, pinget ja voolutugevust, samuti koostise stabiilsuse tagamist. Protsesside arvukuse ja keerukuse tõttu on ka töötlemine suhteliselt keeruline.
2. Puhas titaan on pehme ja üldiselt titaantoodetena kasutamiseks sobimatu. Seetõttu tuleb metalli omaduste parandamiseks lisada muid elemente. Näiteks titaan-64, mida tavaliselt kasutatakse lennunduses, nõuab metalliliste omaduste parandamiseks suure hulga muude elementide lisamist.
3. Titaan reageerib kõrgel temperatuuril tugevalt halogeenide, hapniku, väävli, süsiniku, ammoniaagi ja muude elementidega. Seetõttu tuleb saastumise vältimiseks titaani sulatada vaakumis või inertses atmosfääris.
4. Titaan on aktiivne metall, kuid selle soojusjuhtivus on halb, mistõttu on raske teiste materjalidega keevitada.
Kokkuvõtteks võib öelda, et titaanisulamite hinda mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas kultuuriline väärtus, nõudlus, tootmisraskused jne. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga võib tootmisraskused aga tulevikus järk-järgult väheneda.

 

Muidugi, miks titaanmetall nii kallis on, saab aru, vaadates selle sulatus- ja töötlemisprotsessi!

 

Materjalide vallas on titaanisulam väga suurepärane metall. Selle tihedus on ainult 60% terasest, kuid sellel on suurepärane tugevus, sitkus ja elastsus. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt tipptasemel-tööstuses, näiteks lennukite korpused, superautode osad, ja isegi iPhone15 pro max kasutab titaanraami.
Titaanisulami hind on aga samuti väga kallis. Näiteks Bugatti Veyroni titaankruvi maksab hämmastavalt 50 dollarit. Miks on titaanisulam nii kallis? Kuidas seda töödeldakse ja moodustatakse?

Tegelikult ei ole titaan ise kallis; see on töötlemine, mis teeb selle kalliks. Titaani sulatusprotsessi võib jagada kaheks osaks: titaankäsna valmistamine ja titaani valuplokkide sulatamine. Titaankäsn, poorne, käsnataoline hall aine, on titaani vaheprodukt ja titaani valuplokkide tooraine. Titaanist valuplokid, tihedad silindrilised metallplokid, on titaanmaterjalide lõpptoode ja alus.

 

Titaani käsna valmistamine hõlmab peamiselt kahte meetodit: magneesiumi redutseerimise meetodit ja naatriumi redutseerimise meetodit. Mõlemad meetodid kasutavad titaantetrakloriidi redutseerimiseks metallilist magneesiumi või metallilist naatriumi, saades titaani käsna. Titaantetrakloriid on ilmeniidist või titaanräbust ekstraheeritud väga söövitav keemiline aine.
Ilmeniit ja titaanräbu on titaani sisaldavad mineraalid või tööstusjäätmed, mille titaanisisaldus on suhteliselt madal ja mis nõuavad titaanikomponendi rikastamiseks keerulist keemilist töötlemist. Need keemilised töötlemisprotsessid tekitavad mitmesuguseid saasteaineid ning redutseerimisprotsess tuleb läbi viia kõrgel temperatuuril ja inertgaasi atmosfääris. Kõrge puhtusastmega titaani käsna saamiseks tuleb redutseerimisproduktid läbida ka vaakumdestilleerimisel, veega pesemisel ja muudel etappidel. Need sammud nõuavad kallite seadmete ja materjalide kasutamist, kulutavad märkimisväärsel hulgal aega ja tööjõudu ning suurendavad tootmiskulusid.

 

Titaani valuplokkide sulatamisel kasutatakse peamiselt vaakumelektroodi meetodit, mida tuntakse ka kulukahjumeetodina. See meetod hõlmab titaankäsna segamist legeerivate elementidega, pressimist elektroodideks ja seejärel nende sulatamist vaakumkaarahjus. Kaare mõjul elektroodid sulavad ja tilguvad vesijahutusega vask-tiiglisse, moodustades titaani valuploki.
Selle meetodi eeliseks on see, et see tagab titaani valuplokkide puhtuse ja ühtluse ning väldib saastumist gaaside ja lisanditega. Selle puudused on aga madal sulamistõhusus, suur energiakulu, seadmete märkimisväärne kulumine ning sulamisprotsessi käigus tekkiv suures koguses metallipritsmeid ja suitsu, mis võib mõjutada operaatorite ohutust ja tervist. Üldiselt vajavad titaani valuplokid nõutavate kvaliteedistandardite saavutamiseks kahte või kolme sulamistsüklit.
Lisaks on titaani valuplokkide töötlemine keeruline protsess, kuna titaanmetallil on halb plastilisus ja elastsus, mistõttu see võib praguneda, deformeeruda ja kõveneda. Titaani valuplokkide töötlemine hõlmab peamiselt sepistamist, valtsimist ja lõõmutamist, mis nõuab titaanplaatide, torude, varraste ja muude materjalide tootmiseks kõrgel -temperatuuril, suurel -rõhul ja suurel-kiirtel seadmetel, samuti mitmekordset kuum- ja külmtöötlust. Need protsessid tarbivad märkimisväärses koguses energiat ja materjale, mille tulemuseks on titaanmaterjali kadu ja jäätmete teke, mis suurendab töötlemiskulusid.

 

Kokkuvõtteks võib öelda, et titaani sulatamine ja töötlemine hõlmab mitut etappi, millest igaüks nõuab kvaliteetsete{0}}seadmete ja materjalide kasutamist ning võib samuti põhjustada märkimisväärset reostust. Need tegurid põhjustavad titaani kõrgeid tootmiskulusid ja kõrget hinda.

 

Titaani jõudluse eelised muudavad selle aga paljudes valdkondades asendamatuks ja seetõttu kasvab ka nõudlus titaani järele. Titaani tootmiskulude vähendamiseks ja selle kasutusmäära parandamiseks on asjaomased teadlased ja insenerid uurinud ja uurinud uusi titaani valmistamise ja töötlemise meetodeid, lootes muuta titaan populaarsemaks ja mugavamaks.
Titaani ekstraheeriti esmakordselt maagist 1910. aastal ning sellest ajast alates on titaanisulamite rafineerimis- ja tootmisprotsesse oluliselt täiustatud. Näiteks minu kodumaa titaanisulamite tootmine on kasvanud eelmise sajandi 200 tonnilt tänaseks 150 000 tonnini, mis on maailmas esikohal. Usume, et tehnoloogia pideva arenguga suudame välja töötada tõhusamaid ja kulutõhusamaid protsesse,{6}} muutes titaani kulusäästlikumaks.