Титан

Широкое применение титан находит в производстве искусственного волокна, красителей, азотной кислоты, синтетических жирны кислот, хлорированных углеводородов, кальцинированной соды, в хлорорганическом синтезе, во многих агрессивных средах.

По объему применения титана цветная металлургия занимает второе место среди гражданских отраслей промышленности. Наибольшее распространение титановое оборудование получило на предприятиях кобальтово-никелевой и титаново-магниевой промышлености, а также в производстве меди, цинка, свинца, ртути и других металлов.

Титан применяется  в качестве элемента, повышающего твердость алюминиевых сплавов, и модификатора, позволяющего получать мелкозернистую структуру металла.

Добавки титана повышают качество чугуна и стали. Отдельно или с другими элементами титан  применяется как раскислитель при  производстве многих низколегированых и углеродистых сталей.

Применение  титана для изготовления спортивного инвентаря

Причина популярности использования титана в спортивном инвентаре проста - он позволяет  получить превосходящее любой другой металл соотношение веса и прочности. Использование титана в велосипедах началось примерно 25-30 лет назад и было первым применением титана в спортивном инвентаре. В основном используются трубы из сплава Тi3Аl-2.5V (АSТМ Grade 9). Другие части производимые из титановых сплавов включают в себя тормоза, звёздочки и пружины сидений.Использование титана в производстве клюшек для гольфа впервые началось в конце 80-х - самом начале 90-х годов производителями клюшек в Японии. До 1994-1995 годов это применение титана было практически неизвестно в США и в Европе. Ситуация изменилась, когда компания Callaway представила на рынок свою титановую клюшку, производимую компанией Ruger Titanium и названную Great Big Bertha. В связи с очевидными преимуществами и с помощью хорошо продуманного компанией Callaway маркетинга, титановые клюшки моментально приобрели огромную популярность. В течение короткого периода времени титановые клюшки прошли путь от эксклюзивного и дорогого инвентаря небольшой группы игроков до широкого использования большинством гольфистов (по прежнему оставаясь более дорогими по сравнению со стальными клюшками).

Титан применяют  в изготовлении рам для велосипедов. В США тремя наиболее часто  используемыми в велосипедной промышленности сортами титана 3-2.5 являются: 
- сорт AMS 105, то же самое вещество соответствует наименованию 747. Этот материал отвечает всем требованиям стандарта AMS (Аэрокосмическая спецификация материалов) для гидравлических труб. Теоретически, покупка труб AMS 105 непосредственно у производителя дает неограниченный выбор диаметров и толщины стенок трубы. В действительности, существует много ограничений на минимальную партию заказа и только крупнейшие фирмы-производители могут позволить себе такую роскошь. Покупатели иногда добавляют или изменяют стандартные спецификации труб AMS. Трубы MTS325 фирмы Merlin отличаются от труб AMS тем, что имеют более строгие допущения для структуры поверхности. Трубы фирмы Merlin также превосходят трубы AMS по минимальной прочности на разрыв при растяжении и пределу текучести. 
- "Спортивный сорт" 3-2.5. Трубы из титана 3-2.5 спортивного сорта дешевле, так как они подвергаются меньшему числу шагов обработки, что позволяет снизить цену. Однако, сокращение цены негативно сказывается на формовке труб и структуре поверхности, как изнутри, так и снаружи. 
- "Обрезки (лом)" 3-2.5. Этот материал, который не отвечает спецификациям сортов титана для аэрокосмической и спортивной промышленности. Одна из проблем использования таких труб состоит в том, что на них нет инструкций по обращению и сертификатов качества, а это означает, что покупатель не сможет определить, есть ли в них какие-либо структурные аномалии.

Трубы для гоночных велосипедов и другие детали изготавливают  из сплава АSТМ Grade 9 (Тi3Аl-2.5V).На удивление  значительное количество титанового листа используется при производстве ножей для подводного плавания. Большинство производителей используют сплав Тi6Аl-4V, но этот сплав не обеспечивает долговечность кромки лезвия, как другие более прочные сплавы. Некоторые производители переключаются на использование сплава ВТ23. Розничная цена титановых ножей для подводного плавания составляет примерно 70-80 долларов. Литые титановые подковы дают значительное уменьшение веса по сравнению со стальными, при этом обеспечивая необходимую прочность. К сожалению, это применение титана не вошло в жизнь, потому что титановые подковы искрили и пугали лошадей. Немногие согласятся использовать титановые подковы после первых неудачных опытов. Компания Titanium Beach, расположенная в Ньюпорт Бич, Калифорния (Newport Beach, Саlifornia), разработала лезвия для коньков из сплава Тi6Аl-4V. К сожалению, здесь опять проблема долговечности кромки лезвий. Я думаю, что у этого продукта есть шанс на жизнь при условии использования производителями более прочных сплавов, таких как 15-3-3-3 или ВТ-23.Титан очень широко используется в альпинизме и туризме, практически для всех предметов, которые альпинисты и туристы несут в своих рюкзаках: бутылки, чашки (розничная цена 20-30 долларов), наборы для приготовления пищи (розничная цена примерно 50 долларов), столовая посуда, в основном сделанные из коммерчески чистого титана Grade 1 и 2. Другими примерами альпинистского и туристского снаряжения являются компактные печки, стойки и крепления палаток, ледорубы и ледобуры. Производители вооружения недавно начали производить титановые пистолеты как для спортивной стрельбы, так и для правоохранительных органов.

Применение  титана в строительстве

В работах по расширению аэропорта Абу-Даби в  ОАЭ, завершение которых запланировано, буыло использовано до 1.5 млн. фунтов (приблизительно 680 тонн) титана. Достаточно много различных архитектурно-строительных проектов с использованием титана планируется осуществить не только в развитых странах (США, Канада, Великобритания, Германия, Швейцария, Бельгия, Сингапур), но и в Египте и Перу.

Цинк применяется  в строительстве уже с XVIII в. Уникальные антикоррозионные свойства цинка ценились как неоспоримое достоинство этого материала. Однако чистый цинк имеет вместе с тем низкую пластичность, хрупок и легко ломается на изгибах, что затрудняет работу с ним и требует специального обучения и большого практического опыта кровельщиков. В связи с этим долгое время велись работы по усовершенствованию этого материала, и в конце 1960-х гг. был создан новый сплав с более высокими механическими и антикоррозионными свойствами – цинк-титан.

Цинк-титановый  сплав состоит из электролитно полученного  мелкого цинка и легирующих добавок  из титана и меди (или алюминия), увеличивающих  его пластичность и жесткость. Легирующие элементы содержатся в сплаве в количестве 0,06–0,20 % и выполняют функции модификаторов структуры. Медь и алюминий придают материалу необходимую пластичность, а титан повышает коррозионную стойкость. Медь увеличивает предел прочности материала при растяжении, титан увеличивает сопротивление ползучести, а сочетание обоих химических элементов уменьшает коэффициент расширения. Эти тщательно выверенные добавки также позволили получить длинные листы или ленты, которые обеспечивают эстетическое и практическое превосходство над цинковыми листами.

Широкое применение цинк-титана в строительстве обусловлено  его физическими и химическими  свойствами и потребительскими качествами, такими как высокая коррозионная стойкость, экологическая чистота  и привлекательный внешний вид. Будучи пластичным материалом, сплав отлично поддается глубокой вытяжке, соответственно очень удобен при монтаже кровли. Цинк-титан не имеет проблем в пайке. Нестандартные архитектурные элементы (купола, фронтоны, шпили), оригинальные объемные конструкции, которые невозможно выполнить из оцинкованной стали или меди, часто изготавливают из цинк-титана. В таких случаях этот сплав незаменим. Вообще  спектр применения цинк-титана практически неограничен: от кровель и вентилируемых фасадов любой сложности и конфигурации до кованых малых архитектурных форм. Пластичность материала позволяет использовать его для изготовления декоративных изделий: коньки крыш, отливы, элементы водостока. Антикоррозионные свойства цинк-титана обеспечивают срок его службы более 100 лет без покраски и частого текущего ремонта. К  неоспоримым достоинствам этого материала относится способность самовосстановления. Небольшие повреждения (царапины от когтей птиц, веток и т.д.) с течением небольшого времени самостоятельно «залечиваются» самим сплавом.

Экологический аспект использования строительных материалов сегодня имеет большое (часто решающее) значение. В Германии проводились исследования почвы  вокруг здания под цинк-титановой  кровлей и были обнаружены только положительные эффекты от воды, стекающей с такой крыши. Цинк-титан не обладает канцерогенными свойствами и не оказывает вредных воздействий на здоровье человека. Это подтверждено гигиеническим сертификатом Департамента Государственного санитарно-эпидемиологического надзора России. Кроме того, он относится к классу негорючих строительных материалов.

При всех вышеперечисленных  качествах этот современный высокотехнологичный  материал в эксплуатации примерно вдвое  дешевле кровельной меди.

Цинк-титан имеет  две степени окисления и в  зависимости от срока использования изменяет свой цвет, теряя металлический блеск. Сначала он приобретает светло-серый оттенок, потом благородный шиферный темно-серый цвет. Сегодня в ходе модификации цинк-титан подвергают искусственному, химическому старению.

Применение титана в медицине

Титан широко используется в медицине уже в течение многих лет. Преимущества - прочность, сопротивление  коррозии, и главное то, что у  некоторых людей возникает аллергия на никель (обязательный компонент  нержавеющих сталей), в то время как ни у кого не обнаружена аллергия на титан. Используемые сплавы - коммерческичистый титан и Тi6-4Eli. Титан используется в производстве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан. Из титана изготовляют костыли и инвалидные коляски.

Стремительное развитие медицинской сферы применения титана в значительной мере объясняется  известным прогрессом в современной  хирургии в области эндопротезирования суставов. Тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности титана и его сплавов, обеспечивает полную защиту металла от коррозии во многих средах, в том числе и физиологических. В этих условиях указанные материалы стойки не только к общей, но и к различным видам локальной коррозии, чего нельзя сказать о нержавеющих сталях. Многочисленные эксперименты, а также электронно-мискроскопические наблюдения свидетельствуют о прекрасной биологической совместимости титана и основных его сплавов с живой тканью. Костные и мягкие ткани хорошо прирастают к этим материалам, аналогично тому как это делают морские микроорганизмы и ракушки, составляя в соответствующих применениях проблему "обрастания" титана. Высокая удельная прочность и низкий модуль упругости титановых сплавов являются весьма благоприятным сочетанием свойств с тоячки зрения эндопротезирования. Титановые сплавы примерно в два раза менее жестки и легче, чем стали и кобальтовые сплавы, обладают высокими вязко-пластическими характеристиками.

В стоматологии также резко увеличивается использование  протезов и имплантантов - по данным Американской ассоциации стоматологов, за последние десять лет в три раза, во многом благодаря характеристикам титана.

Авиация

Малый удельный вес и высокая прочность (особенно при повышенных температурах) титана и его сплавов делают их весьма ценными авиационными материалами. В области самолетостроения и производства авиационных двигателей титан все больше вытесняет алюминий и нержавеющую сталь. С повышением температуры алюминий быстро утрачивает свою прочность. С другой стороны, титан обладает явным преимуществом в отношении прочности при температуре до 430° С, а повышенные температуры такого порядка возникают при больших скоростях благодаря аэродинамическому нагреванию. Преимущество замены стали титаном в авиации заключается в снижении веса без потери прочности. Общее снижение веса с повышением показателей при повышенных температурах позволяет увеличить полезную нагрузку, дальность действия и маневренность самолетов. Этим объясняются усилия, направленные на расширение применения титана в самолетостроении при производстве двигателей, постройке фюзеляжей, изготовлении обшивки и даже крепежных деталей. 
При постройке реактивных двигателей титан применяется преимущественно для изготовления лопаток компрессора, дисков турбины и многих других штампованных деталей. Здесь титан вытесняет нержавеющую и термически обрабатываемую легированную стали. Экономия в весе двигателя в один килограмм позволяет сберегать до 10 кг в общем весе самолета благодаря облегчению фюзеляжа. В дальнейшем намечено применять листовой титан для изготовления кожухов камер сгорания двигателя. 
В конструкции самолета титан находит широкое применение для деталей фюзеляжа, работающих при повышенных температурах. Листовой титан применяется для изготовления всевозможных кожухов, защитных оболочек кабелей и направляющих для снарядов. Из листов легированного титана изготовляются различные элементы жесткости, шпангоуты фюзеляжа, нервюры и т. д. 
Кожухи, закрылки, защитные оболочки для кабелей и направляющие для снарядов изготовляются из нелегированного титана. Легированный титан применяется для изготовления каркаса фюзеляжа, шпангоутов, трубопроводов и противопожарных перегородок. 
Титан получает все большее применение при постройке самолетов F-86 и F-100. В будущем из титана будут делать створки шасси, трубопроводы гидросистем, выхлопные патрубки и сопла, лонжероны, закрылки, откидные стойки и т. д. 
Титан можно применять для изготовления броневых плит, лопастей пропеллера и снарядных ящиков. 
В настоящее время титан применяется в конструкции самолетов военной авиации Дуглас Х-3 для обшивки, Рипаблик F-84F, Кертисс-Райт J-65 и Боинг В-52. 
Применяется титан и при постройке гражданских самолетов DC-7. Фирма «Дуглас» заменой алюминиевых сплавов и нержавеющей стали титаном при изготовлении мотогондолы и противопожарных перегородок уже добилась экономии в весе конструкции самолета около 90 кг. В настоящее время вес титановых деталей в этом самолете составляет 2%, причем эту цифру предусматривается довести до 20% общего веса самолета. 
Применение титана позволяет уменьшить вес геликоптеров. Листовой титан используется для полов и дверей. Значительное снижение веса геликоптера (около 30 кг) было достигнуто в результате замены легированной стали титаном для обшивки лопастей его несущих винтов.