टाइटेनियम को मूल रूप से ब्रिटिश रसायनज्ञ रेवरेंड विलियम ग्रेगर द्वारा "ग्रेगोराइट" नाम दिया गया था, जिन्होंने 1791 में इसकी खोज की थी। टाइटेनियम की खोज 1793 में जर्मन रसायनज्ञ एम. एच. क्लैप्रोथ द्वारा स्वतंत्र रूप से की गई थी। उन्होंने टाइटन्स के नाम पर इसका नाम टाइटन रखा ग्रीक पौराणिक कथाएँ- "प्राकृतिक शक्ति का अवतार।" 1797 तक क्लैप्रोथ को पता नहीं चला कि उसका टाइटेनियम एक ऐसा तत्व था जिसे पहले ग्रेगोर ने खोजा था।

लक्षण एवं गुण

टाइटेनियम एक रासायनिक तत्व है जिसका प्रतीक Ti और परमाणु क्रमांक 22 है। यह चांदी जैसा रंग, कम घनत्व और उच्च शक्ति वाली एक चमकदार धातु है। यह समुद्री जल और क्लोरीन में संक्षारण प्रतिरोधी है।

तत्त्व होता हैकई खनिज भंडारों में, मुख्य रूप से रूटाइल और इल्मेनाइट, जो व्यापक रूप से फैले हुए हैं भूपर्पटीऔर स्थलमंडल.

टाइटेनियम का उपयोग मजबूत प्रकाश मिश्र धातु बनाने के लिए किया जाता है। धातु के दो सबसे उपयोगी गुण संक्षारण प्रतिरोध और इसकी कठोरता-से-घनत्व अनुपात हैं, जो किसी भी धातु तत्व में सबसे अधिक है। अपनी शुद्ध अवस्था में, यह धातु कुछ स्टील्स जितनी मजबूत होती है, लेकिन कम घनी होती है।

धातु के भौतिक गुण

यह एक टिकाऊ धातु हैकम घनत्व, काफी प्लास्टिक (विशेष रूप से ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में), चमकदार और धात्विक सफेद। इसका अपेक्षाकृत उच्च गलनांक 1650 डिग्री सेल्सियस (या 3000 डिग्री फ़ारेनहाइट) से अधिक इसे दुर्दम्य धातु के रूप में उपयोगी बनाता है। यह अनुचुंबकीय है और इसमें काफी कम विद्युत और तापीय चालकता है।

मोह पैमाने पर, टाइटेनियम की कठोरता 6 है। इस सूचक के अनुसार, यह कठोर स्टील और टंगस्टन से थोड़ा कम है।

व्यावसायिक रूप से शुद्ध (99.2%) टाइटेनियम की अंतिम तन्य शक्ति लगभग 434 एमपीए है, जो सामान्य निम्न-श्रेणी के स्टील मिश्र धातुओं के समान है, लेकिन टाइटेनियम बहुत हल्का है।

टाइटेनियम के रासायनिक गुण

एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम की तरह, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातु हवा के संपर्क में आने पर तुरंत ऑक्सीकरण करते हैं। यह तापमान पर पानी और हवा के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है पर्यावरण, क्योंकि यह एक निष्क्रिय ऑक्साइड कोटिंग बनाता है, जो थोक धातु को आगे ऑक्सीकरण से बचाता है।

वायुमंडलीय निष्क्रियता टाइटेनियम को लगभग प्लैटिनम के बराबर उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती है। टाइटेनियम तनु सल्फ्यूरिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड, क्लोराइड समाधान और अधिकांश कार्बनिक एसिड के हमले का विरोध करने में सक्षम है।

टाइटेनियम उन कुछ तत्वों में से एक है जो शुद्ध नाइट्रोजन में जलता है, 800°C (1470°F) पर प्रतिक्रिया करके टाइटेनियम नाइट्राइड बनाता है। ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कुछ अन्य गैसों के साथ उनकी उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण, टाइटेनियम फिलामेंट्स का उपयोग इन गैसों के अवशोषक के रूप में टाइटेनियम उर्ध्वपातन पंपों में किया जाता है। ये पंप सस्ते हैं और विश्वसनीय रूप से अल्ट्रा-हाई वैक्यूम सिस्टम में बेहद कम दबाव पैदा करते हैं।

सामान्य टाइटेनियम युक्त खनिज एनाटेस, ब्रूकाइट, इल्मेनाइट, पेरोव्स्काइट, रूटाइल और टाइटेनाइट (स्फीन) हैं। इन खनिजों में से केवल व्यर्थ हैंऔर इल्मेनाइट है आर्थिक महत्व, लेकिन इन्हें भी उच्च सांद्रता में खोजना मुश्किल है।

टाइटेनियम उल्कापिंडों में पाया जाता है और सूर्य और एम-प्रकार के सितारों में 3200 डिग्री सेल्सियस (5790 डिग्री फारेनहाइट) की सतह के तापमान के साथ पाया गया है।

विभिन्न अयस्कों से टाइटेनियम निकालने की वर्तमान में ज्ञात विधियाँ श्रम-गहन और महंगी हैं।

उत्पादन एवं विनिर्माण

वर्तमान में, टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लगभग 50 ग्रेड विकसित और उपयोग किए गए हैं। आज, टाइटेनियम धातु और मिश्र धातुओं के 31 वर्ग मान्यता प्राप्त हैं, जिनमें से वर्ग 1-4 व्यावसायिक रूप से शुद्ध (अमिश्रित) हैं। वे ऑक्सीजन सामग्री के आधार पर तन्य शक्ति में भिन्न होते हैं, कक्षा 1 सबसे अधिक नमनीय (0.18% ऑक्सीजन के साथ सबसे कम तन्य शक्ति) और वर्ग 4 सबसे कम तन्य (0.40% ऑक्सीजन के साथ उच्चतम तन्य शक्ति) है।

शेष वर्ग मिश्र धातु हैं, जिनमें से प्रत्येक में विशिष्ट गुण हैं:

• प्लास्टिक;
• ताकत;
• कठोरता;
• विद्युतीय प्रतिरोध;
• विशिष्ट संक्षारण प्रतिरोध और उनके संयोजन।

इन विशिष्टताओं के अलावा, एयरोस्पेस और को पूरा करने के लिए टाइटेनियम मिश्र धातुओं का भी निर्माण किया जाता है सैन्य उपकरणों(एसएई-एएमएस, एमआईएल-टी), आईएसओ मानक और देश विशिष्ट विनिर्देश, और एयरोस्पेस, सैन्य, चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अंतिम उपयोगकर्ता आवश्यकताएं।

व्यावसायिक रूप से शुद्ध फ्लैट उत्पाद (शीट, स्लैब) आसानी से बनाया जा सकता है, लेकिन प्रसंस्करण में इस तथ्य को ध्यान में रखना चाहिए कि धातु में "मेमोरी" और वापस उछाल की प्रवृत्ति होती है। यह कुछ उच्च-शक्ति मिश्र धातुओं के लिए विशेष रूप से सच है।

टाइटेनियम का उपयोग अक्सर मिश्रधातु बनाने के लिए किया जाता है:

• एल्यूमीनियम के साथ;
• वैनेडियम के साथ;
• तांबे के साथ (सख्त करने के लिए);
• लोहे से युक्त;
• मैंगनीज के साथ;
• मोलिब्डेनम और अन्य धातुओं के साथ.

उपयोग के क्षेत्र

शीट, प्लेट, रॉड, तार और कास्टिंग फॉर्म में टाइटेनियम मिश्र धातुओं का औद्योगिक, एयरोस्पेस, मनोरंजन और उभरते बाजारों में अनुप्रयोग मिलता है। पाउडर टाइटेनियम का उपयोग आतिशबाज़ी बनाने की विद्या में चमकीले जलने वाले कणों के स्रोत के रूप में किया जाता है।

चूंकि टाइटेनियम मिश्र धातु है उच्च रवैयाघनत्व के लिए तन्य शक्ति, उच्च संक्षारण प्रतिरोध, थकान प्रतिरोध, उच्च दरार प्रतिरोध और मध्यम उच्च तापमान का सामना करने की क्षमता, इनका उपयोग विमान, कवच, नौसैनिक जहाजों में किया जाता है। अंतरिक्ष यानऔर रॉकेट.

इन अनुप्रयोगों के लिए, महत्वपूर्ण संरचनात्मक सदस्यों, फ़ायरवॉल, लैंडिंग गियर, निकास पाइप (हेलीकॉप्टर) और हाइड्रोलिक सिस्टम सहित विभिन्न घटकों का उत्पादन करने के लिए टाइटेनियम को एल्यूमीनियम, ज़िरकोनियम, निकल, वैनेडियम और अन्य तत्वों के साथ मिश्रित किया जाता है। वास्तव में, उत्पादित टाइटेनियम धातु का लगभग दो-तिहाई हिस्सा विमान के इंजन और फ्रेम में उपयोग किया जाता है।

क्योंकि टाइटेनियम मिश्र धातु संक्षारण प्रतिरोधी हैं समुद्र का पानी, इनका उपयोग प्रोपेलर शाफ्ट, हीट एक्सचेंजर रिगिंग आदि के लिए किया जाता है। इन मिश्र धातुओं का उपयोग विज्ञान और सेना के लिए समुद्री निगरानी और निगरानी उपकरणों के आवास और घटकों में किया जाता है।

विशिष्ट मिश्र धातुओं का उपयोग उनकी उच्च शक्ति के लिए तेल और गैस कुओं और निकल हाइड्रोमेटालर्जी में किया जाता है। लुगदी और कागज उद्योगसोडियम हाइपोक्लोराइट या गीली क्लोरीन गैस (ब्लीचिंग में) जैसे आक्रामक वातावरण के संपर्क में आने वाले प्रक्रिया उपकरणों में टाइटेनियम का उपयोग करता है। अन्य अनुप्रयोगों में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग, वेव सोल्डरिंग शामिल हैं।

इसके अतिरिक्त, इन मिश्र धातुओं का उपयोग ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में किया जाता है, विशेष रूप से ऑटोमोबाइल और मोटरसाइकिल रेसिंग में जहां कम वजन, उच्च शक्ति और कठोरता आवश्यक होती है।

टाइटेनियम का उपयोग कई खेल सामानों में किया जाता है: टेनिस रैकेट, गोल्फ क्लब, लैक्रोस शाफ्ट; क्रिकेट, हॉकी, लैक्रोस और फुटबॉल हेलमेट, साथ ही साइकिल फ्रेम और घटक।

अपने स्थायित्व के कारण, टाइटेनियम डिजाइनर गहनों (विशेषकर टाइटेनियम अंगूठियों) के लिए अधिक लोकप्रिय हो गया है। इसकी जड़ता इसे एलर्जी वाले लोगों या स्विमिंग पूल जैसे वातावरण में गहने पहनने वाले लोगों के लिए एक अच्छा विकल्प बनाती है। मिश्रधातु बनाने के लिए टाइटेनियम को सोने के साथ भी मिलाया जाता है जिसे 24 कैरेट सोने के रूप में बेचा जा सकता है क्योंकि 1% Ti मिश्रधातु निम्न ग्रेड की आवश्यकता के लिए पर्याप्त नहीं है। परिणामी मिश्र धातु लगभग 14 कैरेट सोने की कठोरता है और शुद्ध 24 कैरेट सोने से अधिक मजबूत है।

एहतियाती उपाय

बड़ी खुराक में भी टाइटेनियम गैर विषैला होता है. चाहे पाउडर के रूप में हो या धातु के रूप में, यह गंभीर आग का खतरा पैदा करता है और अगर इसे हवा में गर्म किया जाए तो विस्फोट का खतरा होता है।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं के गुण और अनुप्रयोग

नीचे सबसे अधिक पाए जाने वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं का एक सिंहावलोकन है, जो वर्गों, उनके गुणों, लाभों और औद्योगिक अनुप्रयोगों में विभाजित है।

7 वीं कक्षा

ग्रेड 7 यांत्रिक और शारीरिक रूप से ग्रेड 2 शुद्ध टाइटेनियम के बराबर है, मध्यवर्ती तत्व पैलेडियम को जोड़ने के अलावा, जो इसे एक मिश्र धातु बनाता है। इसमें उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और लोच है, जो इस प्रकार के सभी मिश्र धातुओं का सबसे अधिक संक्षारण प्रतिरोध है।

कक्षा 7 का उपयोग रासायनिक प्रक्रियाओं और विनिर्माण उपकरण घटकों में किया जाता है।

ग्रेड 11

कक्षा 11, कक्षा 1 के समान है, संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के लिए पैलेडियम को जोड़ने के अलावा, इसे एक मिश्र धातु बना दिया जाता है।

अन्य लाभकारी विशेषताएं इष्टतम लचीलापन, शक्ति, क्रूरता और उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी शामिल करें। इस मिश्र धातु का उपयोग विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जहां संक्षारण एक समस्या है:

• रासायनिक उपचार;
• क्लोरेट्स का उत्पादन;
• अलवणीकरण;
• समुद्री अनुप्रयोग.

Ti 6Al-4V, कक्षा 5

Ti 6Al-4V मिश्र धातु, या ग्रेड 5 टाइटेनियम, सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। यह दुनिया भर में कुल टाइटेनियम खपत का 50% हिस्सा है।

उपयोग में आसानी इसके कई फायदों में निहित है। Ti 6Al-4V की ताकत बढ़ाने के लिए इसका ताप उपचार किया जा सकता है। इस मिश्र धातु में कम वजन के साथ उच्च शक्ति होती है।

यह उपयोग के लिए सर्वोत्तम मिश्रधातु है कई उद्योगों में, जैसे एयरोस्पेस, चिकित्सा, समुद्री और रासायनिक प्रसंस्करण उद्योग। इसका उपयोग बनाने के लिए किया जा सकता है:

• विमान टर्बाइन;
• इंजन घटक;
• विमान संरचनात्मक तत्व;
• एयरोस्पेस फास्टनरों;
• उच्च प्रदर्शन वाले स्वचालित हिस्से;
• खेल सामग्री।

Ti 6AL-4V ELI, कक्षा 23

कक्षा 23 - सर्जिकल टाइटेनियम। Ti 6AL-4V ELI मिश्र धातु, या ग्रेड 23, Ti 6Al-4V का उच्च शुद्धता वाला संस्करण है। इसे रोल, धागे, तार या सपाट तारों से बनाया जा सकता है। यह बेहतर चयनकिसी भी स्थिति के लिए जहां उच्च शक्ति, कम वजन, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और उच्च क्रूरता के संयोजन की आवश्यकता होती है। इसमें उत्कृष्ट क्षति प्रतिरोध है।

इसकी बायोकम्पैटिबिलिटी, अच्छी थकान प्रतिरोध के कारण इसका उपयोग बायोमेडिकल अनुप्रयोगों जैसे इम्प्लांटेबल घटकों में किया जा सकता है। इसका उपयोग निम्नलिखित संरचनाओं को बनाने के लिए शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं में भी किया जा सकता है:

• आर्थोपेडिक पिन और स्क्रू;
• संयुक्ताक्षर क्लैंप;
• सर्जिकल स्टेपल;
• स्प्रिंग्स;
• ऑर्थोडॉन्टिक उपकरण;
• क्रायोजेनिक वाहिकाएँ;
• हड्डी निर्धारण उपकरण.

12 वीं कक्षा

ग्रेड 12 टाइटेनियम में उत्कृष्ट उच्च गुणवत्ता वाली वेल्डेबिलिटी है। यह एक उच्च शक्ति वाला मिश्र धातु है जो उच्च तापमान पर अच्छी ताकत प्रदान करता है। ग्रेड 12 टाइटेनियम में 300 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील्स के समान विशेषताएं हैं।

विभिन्न तरीकों से आकार देने की इसकी क्षमता इसे कई अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाती है। मिश्र धातु का उच्च संक्षारण प्रतिरोध भी इसे विनिर्माण उपकरण के लिए अमूल्य बनाता है। कक्षा 12 का उपयोग निम्नलिखित उद्योगों में किया जा सकता है:

• हीट एक्सचेंजर्स;
• हाइड्रोमेटालर्जिकल अनुप्रयोग;
• ऊंचे तापमान पर रासायनिक उत्पादन;
• समुद्री और वायु घटक।

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn एक मिश्र धातु है जो प्रतिरोध के साथ अच्छी वेल्डेबिलिटी प्रदान कर सकती है। इसमें उच्च तापमान स्थिरता और उच्च शक्ति भी है।

Ti 5Al-2.5Sn का उपयोग मुख्य रूप से विमानन क्षेत्र और क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों में भी किया जाता है।

कई लोग थोड़े रहस्यमय और पूरी तरह से अध्ययन न किए गए टाइटेनियम में रुचि रखते हैं - एक धातु जिसके गुण कुछ अस्पष्ट हैं। धातु सबसे मजबूत और सबसे नाजुक दोनों है।

सबसे मजबूत और सबसे नाजुक धातु

इसकी खोज दो वैज्ञानिकों ने 6 साल के अंतर से की थी - अंग्रेज डब्ल्यू. ग्रेगोर और जर्मन एम. क्लैप्रोथ। टाइटन नाम एक ओर पौराणिक टाइटन्स, अलौकिक और निडर के साथ जुड़ा हुआ है, और दूसरी ओर, परियों की रानी टाइटेनिया के साथ जुड़ा हुआ है।
यह प्रकृति में सबसे आम सामग्रियों में से एक है, लेकिन शुद्ध धातु प्राप्त करने की प्रक्रिया विशेष रूप से जटिल है।

डी. मेंडेलीव की तालिका का 22 रासायनिक तत्व टाइटेनियम (टीआई) आवर्त 4 के समूह 4 से संबंधित है।

टाइटेनियम का रंग स्पष्ट चमक के साथ सिल्वर-सफ़ेद है। इसकी चमक इंद्रधनुष के सभी रंगों से झिलमिलाती है।

यह दुर्दम्य धातुओं में से एक है। यह +1660°C (±20°) के तापमान पर पिघलता है। टाइटेनियम अनुचुंबकीय है: यह चुंबकीय क्षेत्र में चुम्बकित नहीं होता है और इससे बाहर नहीं धकेला जाता है।
धातु की विशेषता कम घनत्व और उच्च शक्ति है। लेकिन इस सामग्री की ख़ासियत यह है कि अन्य रासायनिक तत्वों की न्यूनतम अशुद्धियाँ भी इसके गुणों को मौलिक रूप से बदल देती हैं। अन्य धातुओं के नगण्य अनुपात की उपस्थिति में, टाइटेनियम अपनी गर्मी प्रतिरोध खो देता है, और इसकी संरचना में गैर-धातु पदार्थों की न्यूनतम मात्रा मिश्र धातु को भंगुर बना देती है।
यह सुविधा 2 प्रकार की सामग्री की उपस्थिति निर्धारित करती है: शुद्ध और तकनीकी।

1. टाइटेनियम साफ़ नज़रइसका उपयोग वहां किया जाता है जहां बहुत हल्के पदार्थ की आवश्यकता होती है जो भारी भार और अति-उच्च तापमान रेंज का सामना कर सके।
2. तकनीकी सामग्री का उपयोग वहां किया जाता है जहां हल्कापन, मजबूती और संक्षारण प्रतिरोध जैसे मापदंडों को महत्व दिया जाता है।

पदार्थ में अनिसोट्रॉपी का गुण होता है। इसका मतलब यह है कि धातु अपना परिवर्तन कर सकती है भौतिक विशेषताएं, किए गए प्रयासों के आधार पर। सामग्री के उपयोग की योजना बनाते समय आपको इस सुविधा पर ध्यान देना चाहिए।

अन्य धातुओं की थोड़ी सी भी अशुद्धियों की उपस्थिति में टाइटेनियम अपनी ताकत खो देता है

सामान्य परिस्थितियों में टाइटेनियम के गुणों का अध्ययन इसकी जड़ता की पुष्टि करता है। पदार्थ आसपास के वातावरण में मौजूद तत्वों पर प्रतिक्रिया नहीं करता है।
मापदंडों में परिवर्तन तब शुरू होता है जब तापमान +400°C और इससे अधिक हो जाता है। टाइटेनियम ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, नाइट्रोजन में प्रज्वलित हो सकता है और गैसों को अवशोषित कर सकता है।
इन गुणों को प्राप्त करना कठिन हो जाता है शुद्ध पदार्थऔर इसकी मिश्रधातुएँ। टाइटेनियम का उत्पादन महंगे वैक्यूम उपकरणों के उपयोग पर आधारित है।

टाइटेनियम और अन्य धातुओं के साथ प्रतिस्पर्धा

इस धातु की तुलना लगातार एल्यूमीनियम और लौह मिश्र धातुओं से की जाती है। टाइटेनियम के कई रासायनिक गुण प्रतिस्पर्धियों की तुलना में काफी बेहतर हैं:

1. यांत्रिक शक्ति की दृष्टि से टाइटेनियम लोहे से 2 गुना और एल्युमीनियम 6 गुना अधिक है। तापमान घटने के साथ इसकी ताकत बढ़ती है, जो प्रतिस्पर्धियों के बीच नहीं देखी जाती है।
   टाइटेनियम की संक्षारणरोधी विशेषताएं अन्य धातुओं से काफी अधिक हैं।
2. परिवेश के तापमान पर धातु पूरी तरह से निष्क्रिय है। लेकिन जब तापमान +200°C से ऊपर बढ़ जाता है, तो पदार्थ हाइड्रोजन को अवशोषित करना शुरू कर देता है, जिससे इसकी विशेषताएं बदल जाती हैं।
3. उच्च तापमान पर, टाइटेनियम अन्य रासायनिक तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करता है। इसमें उच्च विशिष्ट शक्ति है, जो सर्वोत्तम लौह मिश्र धातुओं के गुणों से 2 गुना अधिक है।
4. टाइटेनियम के संक्षारण-विरोधी गुण एल्यूमीनियम और स्टेनलेस स्टील से काफी अधिक हैं।
5. यह पदार्थ विद्युत का सुचालक नहीं है। टाइटेनियम की विद्युत प्रतिरोधकता लोहे की तुलना में 5 गुना अधिक, एल्यूमीनियम की तुलना में 20 गुना अधिक और मैग्नीशियम की तुलना में 10 गुना अधिक है।
6. टाइटेनियम की विशेषता कम तापीय चालकता है, यह इसके तापीय विस्तार के कम गुणांक के कारण है। यह लोहे से 3 गुना और एल्युमीनियम से 12 गुना कम है।
   

टाइटेनियम कैसे प्राप्त किया जाता है?

सामग्री प्रकृति में वितरण में 10वें स्थान पर है। टाइटैनिक एसिड या टाइटेनियम डाइऑक्साइड के रूप में टाइटेनियम युक्त लगभग 70 खनिज हैं। उनमें से सबसे आम और धातु व्युत्पन्न का उच्च प्रतिशत शामिल हैं:

• इल्मेनाइट;
• निरर्थक;
• एनाटासे;
• पेरोव्स्काइट;
• ब्रुकाइट.

टाइटेनियम अयस्कों के मुख्य भंडार संयुक्त राज्य अमेरिका, ग्रेट ब्रिटेन, जापान में स्थित हैं, रूस, यूक्रेन, कनाडा, फ्रांस, स्पेन और बेल्जियम में बड़े भंडार की खोज की गई है।

टाइटेनियम खनन एक महंगी और श्रम-गहन प्रक्रिया है

इनसे धातु निकालना बहुत महँगा होता है। वैज्ञानिकों ने टाइटेनियम के उत्पादन के लिए 4 तरीके विकसित किए हैं, जिनमें से प्रत्येक कार्यात्मक है और उद्योग में प्रभावी ढंग से उपयोग किया जाता है:

1. मैग्नीशियम-थर्मल विधि। टाइटेनियम अशुद्धियों वाले निकाले गए कच्चे माल को संसाधित किया जाता है और टाइटेनियम डाइऑक्साइड प्राप्त किया जाता है। इस पदार्थ को खदान में या ऊंचे स्तर पर नमक क्लोरीनेटर्स में क्लोरीनीकरण के अधीन किया जाता है तापमान की स्थिति. यह प्रक्रिया बहुत धीमी है और कार्बन उत्प्रेरक की उपस्थिति में की जाती है। इस मामले में, ठोस डाइऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है गैसीय पदार्थ-टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड. परिणामी सामग्री को मैग्नीशियम या सोडियम से कम किया जाता है। प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले मिश्र धातु को वैक्यूम यूनिट में अति-उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, मैग्नीशियम और क्लोरीन के साथ इसके यौगिक वाष्पित हो जाते हैं। प्रक्रिया के अंत में स्पंज जैसा पदार्थ प्राप्त होता है। इसे पिघलाकर टाइटेनियम प्राप्त किया जाता है उच्च गुणवत्ता.
2. कैल्शियम हाइड्राइड विधि. अयस्क अधीन है रासायनिक प्रतिक्रियाऔर टाइटेनियम हाइड्राइड प्राप्त होता है। अगला चरण पदार्थ को उसके घटकों में अलग करना है। वैक्यूम इकाइयों में गर्म करने के दौरान टाइटेनियम और हाइड्रोजन निकलते हैं। प्रक्रिया के अंत में, कैल्शियम ऑक्साइड प्राप्त होता है, जिसे कमजोर एसिड से धोया जाता है। पहले दो तरीकों का उल्लेख है औद्योगिक उत्पादन. वे आपको प्राप्त करने की अनुमति देते हैं जितनी जल्दी हो सकेअपेक्षाकृत कम लागत पर शुद्ध टाइटेनियम।
3. इलेक्ट्रोलिसिस विधि. टाइटेनियम यौगिक उच्च धारा के संपर्क में आते हैं। फीडस्टॉक के आधार पर, यौगिकों को घटकों में विभाजित किया जाता है: क्लोरीन, ऑक्सीजन और टाइटेनियम।
4. आयोडाइड विधि या शोधन। खनिजों से प्राप्त टाइटेनियम डाइऑक्साइड को आयोडीन वाष्प के साथ डाला जाता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, टाइटेनियम आयोडाइड बनता है, जिसे उच्च तापमान - +1300 ... + 1400 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है और विद्युत प्रवाह के संपर्क में लाया जाता है। साथ ही, से स्रोत सामग्रीघटक बाहर खड़े हैं: आयोडीन और टाइटेनियम। इस विधि द्वारा प्राप्त धातु में कोई अशुद्धियाँ या योजक नहीं होते हैं।

उपयोग के क्षेत्र

टाइटेनियम का उपयोग अशुद्धियों से इसके शुद्धिकरण की डिग्री पर निर्भर करता है। टाइटेनियम मिश्र धातु की संरचना में अन्य रासायनिक तत्वों की थोड़ी मात्रा की उपस्थिति भी इसकी भौतिक और यांत्रिक विशेषताओं को मौलिक रूप से बदल देती है।

एक निश्चित मात्रा में अशुद्धियों वाले टाइटेनियम को तकनीकी टाइटेनियम कहा जाता है। इसमें उच्च संक्षारण प्रतिरोध है, यह हल्का और बहुत टिकाऊ सामग्री है। इसका उपयोग इन और अन्य संकेतकों पर निर्भर करता है।

• रासायनिक उद्योग मेंहीट एक्सचेंजर्स, विभिन्न व्यास के पाइप, फिटिंग, हाउसिंग और विभिन्न प्रयोजनों के लिए पंपों के हिस्से टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं से बनाए जाते हैं। यह पदार्थ उन स्थानों पर अपरिहार्य है जहां एसिड के प्रति उच्च शक्ति और प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।
• परिवहन द्वाराटाइटेनियम का उपयोग साइकिल, कार, रेलवे कार और ट्रेनों के पार्ट्स और असेंबली के निर्माण के लिए किया जाता है। सामग्री के उपयोग से रोलिंग स्टॉक और कारों का वजन कम हो जाता है, और साइकिल के हिस्सों को हल्कापन और मजबूती मिलती है।
• टाइटेनियम का बहुत महत्व है नौसेना विभाग में. पनडुब्बियों के लिए हिस्से और पतवार तत्व, नावों और हेलीकॉप्टरों के लिए प्रोपेलर इससे बनाए जाते हैं।
• निर्माण उद्योग मेंजिंक-टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग अग्रभागों और छतों के लिए परिष्करण सामग्री के रूप में किया जाता है। इस अत्यधिक टिकाऊ मिश्र धातु में एक महत्वपूर्ण गुण है: इसका उपयोग सबसे शानदार विन्यास के वास्तुशिल्प भागों को बनाने के लिए किया जा सकता है। यह कोई भी रूप ले सकता है.
• पिछले दशक में टाइटेनियम का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है तेल उद्योग में. इसकी मिश्रधातुओं का उपयोग अल्ट्रा-डीप ड्रिलिंग के लिए उपकरणों के निर्माण में किया जाता है। इस सामग्री का उपयोग अपतटीय तेल और गैस उत्पादन के लिए उपकरण बनाने के लिए किया जाता है।

टाइटेनियम में अनुप्रयोगों की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला है

शुद्ध टाइटेनियम के अपने अनुप्रयोग क्षेत्र हैं। इसकी जरूरत वहां पड़ती है जहां प्रतिरोध होता है उच्च तापमानऔर साथ ही धातु की मजबूती भी बनी रहनी चाहिए।

इसका प्रयोग किया जाता है :

• त्वचा के हिस्सों, आवासों, बन्धन तत्वों, लैंडिंग गियर के निर्माण के लिए विमान निर्माण और अंतरिक्ष उद्योग;
• प्रोस्थेटिक्स और हृदय वाल्व और अन्य उपकरणों के निर्माण के लिए दवा;
• क्रायोजेनिक क्षेत्र में काम करने की तकनीक (यहां टाइटेनियम की संपत्ति का उपयोग किया जाता है - जैसे-जैसे तापमान घटता है, धातु की ताकत बढ़ती है और इसकी लचीलापन कम नहीं होती है)।

प्रतिशत के संदर्भ में, विभिन्न सामग्रियों के उत्पादन के लिए टाइटेनियम का उपयोग इस प्रकार है:

• 60% का उपयोग पेंट उत्पादन के लिए किया जाता है;
• प्लास्टिक की खपत 20% है;
• 13% का उपयोग कागज उत्पादन में किया जाता है;
• मैकेनिकल इंजीनियरिंग उत्पादित टाइटेनियम और उसके मिश्र धातुओं का 7% उपभोग करती है।

टाइटेनियम के उत्पादन के लिए कच्चा माल और प्रक्रिया महंगी है, इसके उत्पादन की लागत की भरपाई और भुगतान इस पदार्थ से बने उत्पादों की सेवा जीवन, इसे न बदलने की क्षमता से किया जाता है। उपस्थितिऑपरेशन की पूरी अवधि के लिए.

टाइटेनियम और इसकी मिश्रधातुओं का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है अलग - अलग क्षेत्र. सबसे पहले, टाइटेनियम मिश्र धातुओं को उनके उच्च संक्षारण प्रतिरोध, यांत्रिक शक्ति, कम घनत्व, गर्मी प्रतिरोध और कई अन्य विशेषताओं के कारण विभिन्न उपकरणों के निर्माण में व्यापक अनुप्रयोग मिला है। टाइटेनियम के गुणों और अनुप्रयोगों को ध्यान में रखते हुए, कोई भी इसकी उच्च लागत पर ध्यान दिए बिना नहीं रह सकता है। हालाँकि, इसकी पूरी भरपाई सामग्री की विशेषताओं और स्थायित्व से होती है।

टाइटेनियम में उच्च शक्ति और गलनांक होता है, और स्थायित्व में यह अन्य धातुओं से भिन्न होता है।

टाइटेनियम के मूल गुण

टाइटेनियम रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी के चौथे आवर्त के समूह IV में है। सबसे स्थिर और सबसे महत्वपूर्ण यौगिकों में तत्व टेट्रावेलेंट है। बाह्य रूप से, टाइटेनियम स्टील जैसा दिखता है। यह एक संक्रमणकालीन तत्व है. गलनांक लगभग 1700° और क्वथनांक 3300° तक पहुँच जाता है। पिघलने और वाष्पीकरण की गुप्त गर्मी जैसे गुणों के लिए, टाइटेनियम के लिए यह लोहे की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक है।

इसमें 2 एलोट्रोपिक संशोधन हैं:

1. निम्न तापमान, जो 882.5° के तापमान तक मौजूद हो सकता है।
2. उच्च तापमान, 882.5° के तापमान से गलनांक तक स्थिर।

जैसे गुण विशिष्ट ऊष्माऔर घनत्व, व्यापक संरचनात्मक उपयोग वाली दो सामग्रियों के बीच टाइटेनियम की स्थिति: लोहा और एल्यूमीनियम। टाइटेनियम की यांत्रिक शक्ति शुद्ध लोहे की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक और एल्यूमीनियम की तुलना में लगभग 6 गुना अधिक है। हालाँकि, टाइटेनियम के गुण ऐसे हैं कि यह अवशोषित करने में सक्षम है बड़ी मात्राहाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन, जो सामग्री की प्लास्टिक विशेषताओं को नकारात्मक रूप से प्रभावित करते हैं।

सामग्री को बहुत कम तापीय चालकता की विशेषता है। तुलना के लिए, लोहे के लिए यह 4 गुना अधिक है, और एल्यूमीनियम के लिए यह 12 गुना अधिक है, जहां तक ​​थर्मल विस्तार के गुणांक जैसी संपत्ति का सवाल है, कमरे के तापमान पर इसका मूल्य अपेक्षाकृत कम होता है और बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है।

टाइटेनियम में कम लोचदार मॉड्यूलि है। जब तापमान 350° तक बढ़ जाता है, तो वे लगभग रैखिक रूप से घटने लगते हैं। यही वह बिंदु है जो सामग्री का एक महत्वपूर्ण दोष है।

टाइटन की काफी विशेषता है बड़ा मूल्यवानविद्युत प्रतिरोधकता। यह काफी व्यापक सीमाओं के भीतर उतार-चढ़ाव कर सकता है और अशुद्धियों की सामग्री पर निर्भर करता है।

टाइटेनियम एक अनुचुम्बकीय पदार्थ है। ऐसे पदार्थों को गर्म करने के दौरान चुंबकीय संवेदनशीलता में कमी की विशेषता होती है। हालाँकि, टाइटेनियम एक अपवाद है - जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, इसकी चुंबकीय संवेदनशीलता काफी बढ़ जाती है।

टाइटेनियम के अनुप्रयोग के क्षेत्र

टाइटेनियम मिश्र धातु से बने चिकित्सा उपकरणों को उच्च संक्षारण प्रतिरोध, जैविक प्रतिरोध और लचीलापन की विशेषता है।

सामग्री के गुण इसके अनुप्रयोग के लिए क्षेत्रों की काफी विस्तृत श्रृंखला प्रदान करते हैं। इस प्रकार, जहाजों और विभिन्न उपकरणों के निर्माण में टाइटेनियम मिश्र धातुओं का बड़ी मात्रा में उपयोग किया जाता है। इस सामग्री का उपयोग उच्च गुणवत्ता वाले स्टील्स के लिए एक मिश्र धातु योज्य और डीऑक्सीडाइजिंग एजेंट के रूप में किया गया है। निकेल के साथ मिश्रधातुओं का प्रौद्योगिकी और चिकित्सा में उपयोग पाया गया है। ऐसे यौगिकों में अद्वितीय गुण होते हैं, विशेष रूप से, उनमें आकार स्मृति होती है।

उच्च तापमान पर उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रिक वैक्यूम उपकरणों के लिए भागों के उत्पादन में कॉम्पैक्ट टाइटेनियम का उपयोग स्थापित किया गया है। तकनीकी टाइटेनियम के गुण आक्रामक परिस्थितियों में उपयोग के लिए बनाए गए वाल्व, पाइपलाइन, पंप, फिटिंग और अन्य उत्पादों के उत्पादन में इसका उपयोग करना संभव बनाते हैं।

मिश्रधातुओं की विशेषता अपर्याप्त तापीय शक्ति है, लेकिन उनमें उच्च संक्षारण प्रतिरोध है। यह रासायनिक क्षेत्र में विभिन्न टाइटेनियम-आधारित मिश्र धातुओं के उपयोग की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, सामग्री का उपयोग सल्फ्यूरिक और पंपिंग के लिए पंपों के निर्माण में किया जाता है हाइड्रोक्लोरिक एसिड का. आज, इस सामग्री पर आधारित केवल मिश्र धातुओं का उपयोग क्लोरीन उद्योग के लिए विभिन्न प्रकार के उपकरणों के उत्पादन में किया जा सकता है।

परिवहन उद्योग में टाइटेनियम का उपयोग

इस सामग्री पर आधारित मिश्र धातुओं का उपयोग बख्तरबंद वाहनों के निर्माण में किया जाता है। और परिवहन उद्योग में उपयोग किए जाने वाले विभिन्न संरचनात्मक तत्वों को बदलने से ईंधन की खपत कम हो सकती है, पेलोड क्षमता बढ़ सकती है, उत्पादों की थकान सीमा बढ़ सकती है और कई अन्य विशेषताओं में सुधार हो सकता है।

टाइटेनियम से रासायनिक उद्योग के लिए उपकरण बनाते समय, सबसे महत्वपूर्ण गुण धातु का संक्षारण प्रतिरोध होता है।

यह सामग्री रेलवे परिवहन के निर्माण में उपयोग के लिए उपयुक्त है। रेलवे में जिन मुख्य समस्याओं को हल करने की आवश्यकता है उनमें से एक डेड लोड में कमी से संबंधित है। टाइटेनियम से बनी छड़ों और शीटों का उपयोग संरचना के कुल द्रव्यमान को काफी कम कर सकता है, एक्सल बक्से और जर्नल के आकार को कम कर सकता है और कर्षण को बचा सकता है।

ट्रेलर वाहनों के लिए वजन भी काफी महत्वपूर्ण है। पहियों और धुरी के उत्पादन में स्टील के बजाय टाइटेनियम का उपयोग भी पेलोड क्षमता में काफी वृद्धि करता है।

सामग्री के गुण ऑटोमोटिव उद्योग में इसका उपयोग करना संभव बनाते हैं। सामग्री को निकास गैस निष्कासन प्रणालियों और कॉइल स्प्रिंग्स के लिए ताकत और वजन गुणों के इष्टतम संयोजन की विशेषता है। टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग निकास गैसों की मात्रा को काफी कम कर सकता है, ईंधन की लागत को कम कर सकता है और स्क्रैप और औद्योगिक कचरे को पिघलाकर उनके उपयोग का विस्तार कर सकता है। इसमें मौजूद सामग्री और मिश्रधातु में उपयोग किए गए अन्य समाधानों की तुलना में कई फायदे हैं।

नए भागों और संरचनाओं को विकसित करने का मुख्य कार्य उनके द्रव्यमान को कम करना है, जिस पर वाहन की गति किसी न किसी हद तक निर्भर करती है। वाहन. गतिशील घटकों और भागों के वजन को कम करने से संभावित रूप से ईंधन लागत को कम करना संभव हो जाता है। टाइटेनियम भागों ने बार-बार अपनी विश्वसनीयता साबित की है। इनका व्यापक रूप से एयरोस्पेस उद्योग और रेसिंग कार डिज़ाइन में उपयोग किया जाता है।

इस सामग्री का उपयोग न केवल भागों के वजन को कम करने की अनुमति देता है, बल्कि निकास गैसों की मात्रा को कम करने के मुद्दे को भी हल करता है।

निर्माण में टाइटेनियम और उसके मिश्र धातुओं का उपयोग

निर्माण में टाइटेनियम और जिंक की मिश्र धातु का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह मिश्र धातु उच्च यांत्रिक गुणों और संक्षारण प्रतिरोध की विशेषता है, और उच्च कठोरता और लचीलापन की विशेषता है। मिश्र धातु में 0.2% तक मिश्रधातु योजक होते हैं जो संरचना संशोधक के रूप में कार्य करते हैं। एल्यूमीनियम और तांबे के लिए धन्यवाद, आवश्यक लचीलापन सुनिश्चित किया जाता है। इसके अलावा, तांबे का उपयोग सामग्री की अंतिम तन्य शक्ति को बढ़ाना संभव बनाता है, और रासायनिक तत्वों का संयोजन विस्तार गुणांक को कम करने में मदद करता है। मिश्र धातु का उपयोग अच्छी सौंदर्य विशेषताओं वाली लंबी पट्टियों और शीटों के उत्पादन के लिए भी किया जाता है।

टाइटेनियम का उपयोग अक्सर इसके हल्केपन, मजबूती और अपवर्तकता के कारण अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में किया जाता है।

टाइटेनियम-जिंक मिश्र धातु के मुख्य गुणों में से जो विशेष रूप से निर्माण के लिए महत्वपूर्ण हैं, उनमें उच्च संक्षारण प्रतिरोध, अच्छी उपस्थिति और मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए सुरक्षा जैसे रासायनिक और भौतिक गुण हैं।

सामग्री में अच्छी प्लास्टिसिटी है और इसे बिना किसी समस्या के गहराई से खींचा जा सकता है, जो इसे छत के काम में उपयोग करने की अनुमति देता है। मिश्रधातु में सोल्डरिंग की कोई समस्या नहीं है। यही कारण है कि विभिन्न विशाल संरचनाएं और गुंबद और शिखर जैसे गैर-मानक वास्तुशिल्प तत्व तांबे या गैल्वेनाइज्ड स्टील के बजाय जस्ता-टाइटेनियम से बने होते हैं। ऐसी समस्याओं के समाधान में यह मिश्रधातु अपरिहार्य है।

मिश्र धातु के उपयोग का दायरा बहुत व्यापक है। इसका उपयोग मुखौटा और छत के काम में किया जाता है, विभिन्न विन्यासों और लगभग किसी भी जटिलता के उत्पाद इससे बनाए जाते हैं, इसका व्यापक रूप से विभिन्न सजावटी उत्पादों जैसे गटर, फ्लैशिंग, छत के रिज आदि के उत्पादन में उपयोग किया जाता है।

इस मिश्र धातु की सेवा जीवन बहुत लंबी है। एक सदी से भी अधिक समय तक इसे पेंटिंग या बार-बार रखरखाव की आवश्यकता नहीं होगी। मरम्मत का काम. इसके अलावा, सामग्री के महत्वपूर्ण लाभों में से इसकी पुनर्प्राप्त करने की क्षमता पर प्रकाश डाला जाना चाहिए। शाखाओं, पक्षियों आदि से खरोंच के रूप में मामूली क्षति। कुछ समय बाद ये अपने आप गायब हो जाते हैं।

निर्माण सामग्री की आवश्यकताएँ अधिक गंभीर और कठोर होती जा रही हैं। कई देशों में अनुसंधान कंपनियों ने जस्ता और टाइटेनियम के मिश्र धातु का उपयोग करके निर्मित इमारतों के आसपास की मिट्टी का अध्ययन किया है। शोध के नतीजों ने पुष्टि की कि सामग्री पूरी तरह से सुरक्षित है। इसमें कोई कैंसरकारी गुण नहीं है और यह मानव स्वास्थ्य को नुकसान नहीं पहुंचाता है। जिंक-टाइटेनियम एक गैर-ज्वलनशील निर्माण सामग्री है, जो सुरक्षा को और बढ़ा देती है।

सभी सूचीबद्ध सकारात्मक विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए, जैसे निर्माण सामग्रीपरिचालन में तांबे की छत की तुलना में लगभग 2 गुना सस्ता।

मिश्र धातु में दो ऑक्सीकरण अवस्थाएँ होती हैं। समय के साथ, यह रंग बदलता है और अपनी धात्विक चमक खो देता है। सबसे पहले, जिंक-टाइटेनियम हल्के भूरे रंग का हो जाता है, और कुछ समय बाद यह एक बढ़िया गहरे भूरे रंग का रंग प्राप्त कर लेता है। वर्तमान में, सामग्री जानबूझकर रासायनिक रूप से पुरानी है।

चिकित्सा में टाइटेनियम और उसके मिश्र धातुओं का उपयोग

टाइटेनियम मानव ऊतक के साथ अत्यधिक अनुकूल है, इसलिए इसका उपयोग एंडोप्रोस्थेटिक्स के क्षेत्र में सक्रिय रूप से किया जाता है।

टाइटेनियम को चिकित्सा क्षेत्र में भी व्यापक अनुप्रयोग मिला है। जिन फायदों के कारण यह इतना लोकप्रिय हुआ, उनमें इसकी उच्च शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध शामिल हैं। इसके अलावा, किसी भी मरीज़ को टाइटेनियम से एलर्जी नहीं थी।

व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम और Ti6-4Eli मिश्र धातु का उपयोग चिकित्सा में किया जाता है। इसका उपयोग सर्जिकल उपकरण, हृदय वाल्व सहित विभिन्न प्रकार के बाहरी और आंतरिक कृत्रिम अंग बनाने के लिए किया जाता है। टाइटेनियम से बना है व्हीलचेयर, बैसाखी और अन्य उपकरण।

कई अध्ययन और प्रयोग जीवित मानव ऊतक के साथ सामग्री और उसके मिश्र धातुओं की उत्कृष्ट जैविक संगतता की पुष्टि करते हैं। मुलायम और हड्डी का ऊतकबिना किसी समस्या के इन सामग्रियों के साथ मिलकर बढ़ें। और लोच का कम मापांक और उच्च विशिष्ट शक्ति टाइटेनियम को एंडोप्रोस्थेटिक्स के लिए एक बहुत अच्छी सामग्री बनाती है। यह टिन, स्टील और कोबाल्ट-आधारित मिश्र धातुओं की तुलना में काफी हल्का है।

इस प्रकार, टाइटेनियम के गुण इसे विभिन्न प्रकार के क्षेत्रों में सक्रिय रूप से उपयोग करना संभव बनाते हैं - पाइप और छत के निर्माण से लेकर मेडिकल प्रोस्थेटिक्स और अंतरिक्ष यान के निर्माण तक।

राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के लिए सबसे महत्वपूर्ण मिश्रधातुएँ और धातुएँ थीं जो हल्केपन और ताकत को जोड़ती हैं। टाइटेनियम विशेष रूप से सामग्रियों की इस श्रेणी से संबंधित है और इसके अलावा, इसमें उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है।

टाइटेनियम समूह 4, आवर्त 4 की एक संक्रमण धातु है। इसका आणविक भार केवल 22 है, जो सामग्री के हल्केपन को इंगित करता है। साथ ही, पदार्थ को असाधारण ताकत की विशेषता है: सभी संरचनात्मक सामग्रियों में, टाइटेनियम में सबसे अधिक विशिष्ट ताकत है। रंग चांदी जैसा सफेद है.

नीचे दिया गया वीडियो आपको बताएगा कि टाइटेनियम क्या है:

संकल्पना और विशेषताएं

टाइटेनियम काफी सामान्य है - यह पृथ्वी की पपड़ी में सामग्री के मामले में 10वें स्थान पर है। हालाँकि, वास्तव में शुद्ध धातु को अलग करना केवल 1875 में ही संभव हो सका। इससे पहले, पदार्थ या तो अशुद्धियों से प्राप्त किया जाता था, या उसके यौगिकों को टाइटेनियम धातु कहा जाता था। इस भ्रम के कारण धातु की तुलना में बहुत पहले ही धातु यौगिकों का उपयोग शुरू हो गया।

यह सामग्री की ख़ासियत के कारण है: सबसे महत्वहीन अशुद्धियाँ पदार्थ के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती हैं, कभी-कभी इसे इसके अंतर्निहित गुणों से पूरी तरह से वंचित कर देती हैं।

इस प्रकार, अन्य धातुओं का सबसे छोटा अनुपात टाइटेनियम को उसके ताप प्रतिरोध से वंचित कर देता है, जो इसके मूल्यवान गुणों में से एक है। गैर-धातु का एक छोटा सा मिश्रण एक टिकाऊ सामग्री को भंगुर और उपयोग के लिए अनुपयुक्त में बदल देता है।

इस सुविधा ने परिणामी धातु को तुरंत 2 समूहों में विभाजित कर दिया: तकनीकी और शुद्ध।

• पहलाऐसे मामलों में उपयोग किया जाता है जहां ताकत, हल्कापन और संक्षारण प्रतिरोध की सबसे अधिक आवश्यकता होती है, क्योंकि टाइटेनियम कभी भी बाद की गुणवत्ता नहीं खोता है।
• उच्च शुद्धता सामग्रीइसका उपयोग वहां किया जाता है जहां ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो बहुत भारी भार के तहत काम कर सके उच्च तापमान, लेकिन एक ही समय में हल्केपन की विशेषता है। निस्संदेह, यह विमान और रॉकेट इंजीनियरिंग है।

किसी पदार्थ का दूसरा विशेष गुण अनिसोट्रॉपी है। इसके कुछ भौतिक गुण बलों के अनुप्रयोग के आधार पर बदलते हैं, जिन्हें अनुप्रयोग के दौरान ध्यान में रखा जाना चाहिए।

सामान्य परिस्थितियों में, धातु निष्क्रिय होती है और न तो समुद्री पानी में, न ही समुद्र या शहर की हवा में संक्षारण नहीं करती है। इसके अलावा, यह ज्ञात सबसे जैविक रूप से निष्क्रिय पदार्थ है, यही कारण है कि टाइटेनियम कृत्रिम अंग और प्रत्यारोपण का व्यापक रूप से चिकित्सा में उपयोग किया जाता है।

वहीं, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, यह ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और यहां तक ​​कि हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करना शुरू कर देता है और तरल रूप में यह गैसों को अवशोषित कर लेता है। यह अप्रिय विशेषता धातु को स्वयं प्राप्त करना और उसके आधार पर मिश्र धातु का निर्माण करना बेहद कठिन बना देती है।

उत्तरार्द्ध केवल वैक्यूम उपकरण का उपयोग करते समय ही संभव है। जटिल उत्पादन प्रक्रिया ने एक काफी सामान्य तत्व को बहुत महंगे में बदल दिया।

अन्य धातुओं से संबंध

टाइटेनियम दो अन्य प्रसिद्ध संरचनात्मक सामग्रियों - एल्यूमीनियम और लोहा, या बल्कि, लौह मिश्र धातुओं के बीच एक मध्यवर्ती स्थान रखता है। कई मायनों में, धातु अपने "प्रतियोगियों" से बेहतर है:

• टाइटेनियम की यांत्रिक शक्ति लोहे की तुलना में 2 गुना और एल्यूमीनियम की तुलना में 6 गुना अधिक है। साथ ही, घटते तापमान के साथ ताकत बढ़ती है;
• संक्षारण प्रतिरोध लोहे और यहां तक ​​कि एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक है;
• सामान्य तापमान पर, टाइटेनियम निष्क्रिय होता है। हालाँकि, जब इसे 250 C तक बढ़ाया जाता है, तो यह हाइड्रोजन को अवशोषित करना शुरू कर देता है, जो गुणों को प्रभावित करता है। द्वारा रासायनिक गतिविधियह मैग्नीशियम से कमतर है, लेकिन, अफसोस, लोहे और एल्यूमीनियम से बेहतर है;
• धातु बहुत कमजोर तरीके से बिजली का संचालन करती है: इसकी विद्युत प्रतिरोधकता लोहे की तुलना में 5 गुना अधिक, एल्यूमीनियम की तुलना में 20 गुना अधिक और मैग्नीशियम की तुलना में 10 गुना अधिक है;
• तापीय चालकता भी बहुत कम है: लोहे से 3 गुना कम, और एल्यूमीनियम से 12 गुना कम। हालाँकि, यह गुण थर्मल विस्तार के बहुत कम गुणांक का कारण बनता है।

फायदे और नुकसान

दरअसल, टाइटेनियम के कई नुकसान हैं। लेकिन मजबूती और हल्केपन का संयोजन इतनी मांग में है कि न तो जटिल निर्माण विधि और न ही असाधारण शुद्धता की आवश्यकता धातु उपभोक्ताओं को रोकती है।

पदार्थ के निस्संदेह लाभों में शामिल हैं:

• कम घनत्व, जिसका अर्थ है बहुत कम वजन;
• टाइटेनियम धातु और उसके मिश्रधातु दोनों की असाधारण यांत्रिक शक्ति। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, टाइटेनियम मिश्र धातु सभी एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम मिश्र धातुओं से बेहतर प्रदर्शन करती है;
• शक्ति और घनत्व का अनुपात - विशिष्ट शक्ति - 30-35 तक पहुँच जाता है, जो सर्वोत्तम संरचनात्मक स्टील्स की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक है;
• हवा के संपर्क में आने पर, टाइटेनियम ऑक्साइड की एक पतली परत से लेपित हो जाता है, जो उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है।

धातु के भी हैं बहुत सारे नुकसान:

• संक्षारण प्रतिरोध और जड़ता केवल निष्क्रिय सतह वाले उत्पादों पर लागू होती है। उदाहरण के लिए, टाइटेनियम की धूल या छीलन 400 C के तापमान पर स्वतः प्रज्वलित और जल जाती है;
• टाइटेनियम धातु प्राप्त करने की एक बहुत ही जटिल विधि बहुत अधिक लागत प्रदान करती है। सामग्री लोहे की तुलना में बहुत अधिक महंगी है, या;
• तापमान बढ़ने पर वायुमंडलीय गैसों को अवशोषित करने की क्षमता के लिए मिश्रधातुओं को पिघलाने और उत्पादन करते समय वैक्यूम उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है, जिससे लागत में भी काफी वृद्धि होती है;
• टाइटेनियम में खराब घर्षणरोधी गुण हैं - यह घर्षण पर काम नहीं करता है;
• धातु और उसकी मिश्रधातुओं में हाइड्रोजन क्षरण का खतरा होता है, जिसे रोकना मुश्किल है;
• टाइटेनियम को मशीन बनाना कठिन है। हीटिंग के दौरान चरण परिवर्तन के कारण वेल्डिंग करना भी मुश्किल है।

टाइटेनियम शीट (फोटो)

गुण और विशेषताएं

स्वच्छता पर बहुत अधिक निर्भर करता है। संदर्भ डेटा, निश्चित रूप से, शुद्ध धातु का वर्णन करता है, लेकिन तकनीकी टाइटेनियम की विशेषताएं स्पष्ट रूप से भिन्न हो सकती हैं।

• गर्म करने पर धातु का घनत्व 4.41 से घटकर 4.25 ग्राम/सेमी3 हो जाता है। चरण संक्रमण से घनत्व में केवल 0.15% परिवर्तन होता है।
• धातु का गलनांक 1668 C. क्वथनांक 3227 C. टाइटेनियम एक दुर्दम्य पदार्थ है।
• औसतन, तन्यता ताकत 300-450 एमपीए है, लेकिन सख्त और उम्र बढ़ने के साथ-साथ अतिरिक्त तत्वों की शुरूआत का सहारा लेकर इस आंकड़े को 2000 एमपीए तक बढ़ाया जा सकता है।
• एचबी पैमाने पर कठोरता 103 है और यह सीमा नहीं है।
• टाइटेनियम की ताप क्षमता कम है - 0.523 kJ/(kg K)।
• विशिष्ट विद्युत प्रतिरोधकता - 42.1·10 -6 ओम·सेमी.
• टाइटेनियम एक अनुचुम्बक है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, इसकी चुंबकीय संवेदनशीलता कम हो जाती है।
• सामान्य तौर पर धातु की विशेषता लचीलापन और लचीलापन होती है। हालाँकि, ये गुण मिश्र धातु में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन से काफी प्रभावित होते हैं। दोनों तत्व सामग्री को भंगुर बनाते हैं।

पदार्थ कई एसिड के लिए प्रतिरोधी है, जिसमें नाइट्रिक, कम सांद्रता में सल्फ्यूरिक और फॉर्मिक एसिड के अपवाद के साथ लगभग सभी कार्बनिक एसिड शामिल हैं। यह गुणवत्ता सुनिश्चित करती है कि रसायन, पेट्रोकेमिकल, कागज उद्योग आदि में टाइटेनियम की मांग है।

संरचना और रचना

टाइटेनियम, हालांकि यह एक संक्रमण धातु है और इसकी विद्युत प्रतिरोधकता कम है, फिर भी यह एक धातु है और विद्युत प्रवाह का संचालन करती है, जिसका अर्थ है एक व्यवस्थित संरचना। एक निश्चित तापमान पर गर्म करने पर संरचना बदल जाती है:

• 883 C तक, 4.55 g/m3 के घनत्व वाला α-चरण स्थिर है। सेमी. यह एक घने षट्कोणीय जाली द्वारा प्रतिष्ठित है। इस चरण में ऑक्सीजन अंतरालीय समाधानों के निर्माण के साथ घुल जाती है और α-संशोधन को स्थिर कर देती है - यह तापमान सीमा को स्थानांतरित कर देती है;
• 883 C से ऊपर, शरीर-केंद्रित घनीय जाली वाला β-चरण स्थिर होता है। इसका घनत्व थोड़ा कम है - 4.22 ग्राम/घन मीटर। देखें। यह संरचना हाइड्रोजन द्वारा स्थिर होती है - जब इसे टाइटेनियम में घोला जाता है, तो अंतरालीय विलयन और हाइड्राइड भी बनते हैं।

यह सुविधा धातुकर्मी के काम को बहुत कठिन बना देती है। जब टाइटेनियम को ठंडा किया जाता है, तो हाइड्रोजन की घुलनशीलता तेजी से कम हो जाती है, और हाइड्रोजन हाइड्राइड, γ-चरण, मिश्र धातु में अवक्षेपित हो जाता है।

यह वेल्डिंग के दौरान ठंडी दरारों का कारण बनता है, इसलिए निर्माताओं को धातु को पिघलाने के बाद हाइड्रोजन को साफ करने के लिए अतिरिक्त प्रयास करना पड़ता है।

हम आपको नीचे बताएंगे कि आप कहां पा सकते हैं और टाइटेनियम कैसे बना सकते हैं।

यह वीडियो टाइटेनियम को एक धातु के रूप में वर्णित करता है:

उत्पादन एवं निष्कर्षण

टाइटेनियम बहुत आम है, इसलिए धातु युक्त और काफी बड़ी मात्रा में अयस्कों के साथ कोई कठिनाई नहीं होती है। शुरुआती कच्चे माल हैं रूटाइल, एनाटेज और ब्रूकाइट - विभिन्न संशोधनों में टाइटेनियम डाइऑक्साइड, इल्मेनाइट, पाइरोफेनाइट - लोहे के साथ यौगिक, और इसी तरह।

लेकिन यह जटिल है और इसके लिए महंगे उपकरण की आवश्यकता होती है। निष्कर्षण के तरीके कुछ अलग हैं, क्योंकि अयस्क की संरचना अलग है। उदाहरण के लिए, इल्मेनाइट अयस्कों से धातु प्राप्त करने की योजना इस प्रकार है:

• टाइटेनियम स्लैग प्राप्त करना - चट्टान को एक कम करने वाले एजेंट - एन्थ्रेसाइट, चारकोल के साथ एक इलेक्ट्रिक आर्क भट्टी में लोड किया जाता है और 1650 सी तक गर्म किया जाता है। साथ ही, लोहे को अलग किया जाता है, जिसका उपयोग स्लैग में कच्चा लोहा और टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। ;
• स्लैग को खदान या नमक क्लोरीनेटर्स में क्लोरीनयुक्त किया जाता है। प्रक्रिया का सार ठोस डाइऑक्साइड को गैसीय टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड में परिवर्तित करना है;
• विशेष फ्लास्क में प्रतिरोध भट्टियों में, धातु को क्लोराइड से सोडियम या मैग्नीशियम के साथ कम किया जाता है। परिणाम एक साधारण द्रव्यमान है - एक टाइटेनियम स्पंज। उदाहरण के लिए, यह तकनीकी टाइटेनियम रासायनिक उपकरणों के निर्माण के लिए काफी उपयुक्त है;
• यदि शुद्ध धातु की आवश्यकता होती है, तो वे शोधन का सहारा लेते हैं - इस मामले में, धातु गैसीय आयोडाइड प्राप्त करने के लिए आयोडीन के साथ प्रतिक्रिया करती है, और बाद में, तापमान के प्रभाव में - 1300-1400 सी, और विद्युत प्रवाह, विघटित हो जाता है, जारी होता है शुद्ध टाइटेनियम. बिजलीएक रिटॉर्ट में खींचे गए टाइटेनियम तार के माध्यम से खिलाया जाता है, जिस पर शुद्ध पदार्थ जमा किया जाता है।

टाइटेनियम सिल्लियां प्राप्त करने के लिए, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन को घुलने से रोकने के लिए टाइटेनियम स्पंज को वैक्यूम भट्टी में पिघलाया जाता है।

प्रति 1 किलोग्राम टाइटेनियम की कीमत बहुत अधिक है: शुद्धता की डिग्री के आधार पर, धातु की कीमत $25 से $40 प्रति 1 किलोग्राम है।दूसरी ओर, एसिड-प्रतिरोधी स्टेनलेस स्टील उपकरण के शरीर की कीमत 150 रूबल होगी। और 6 महीने से अधिक नहीं चलेगा। टाइटेनियम की कीमत लगभग 600 रूबल होगी, लेकिन इसका उपयोग 10 वर्षों तक किया जाएगा। रूस में कई टाइटेनियम उत्पादन सुविधाएं हैं।

उपयोग के क्षेत्र

भौतिक और यांत्रिक गुणों पर शुद्धि की डिग्री का प्रभाव हमें इस दृष्टिकोण से विचार करने के लिए मजबूर करता है। इस प्रकार, तकनीकी, यानी सबसे शुद्ध धातु नहीं, में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध, लपट और ताकत होती है, जो इसके उपयोग को निर्धारित करती है:

• रसायन उद्योग- हीट एक्सचेंजर्स, पाइप, हाउसिंग, पंप पार्ट्स, फिटिंग वगैरह। सामग्री उन क्षेत्रों में अपरिहार्य है जहां एसिड प्रतिरोध और ताकत की आवश्यकता होती है;
• परिवहन उद्योग- इस पदार्थ का उपयोग गाड़ियों से लेकर साइकिल तक बनाने में किया जाता है। पहले मामले में, धातु यौगिकों का एक छोटा द्रव्यमान प्रदान करता है, जो कर्षण को अधिक कुशल बनाता है, बाद में यह हल्कापन और ताकत देता है, यह कुछ भी नहीं है कि टाइटेनियम साइकिल फ्रेम को सबसे अच्छा माना जाता है;
• नौसैनिक मामले- हीट एक्सचेंजर्स, पनडुब्बियों के लिए एग्जॉस्ट मफलर, वाल्व, प्रोपेलर आदि टाइटेनियम से बनाए जाते हैं;
• वी निर्माणटाइटेनियम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है - अग्रभाग और छतों की सजावट के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री। ताकत के साथ-साथ, मिश्र धातु वास्तुकला के लिए एक और महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है - उत्पादों को सबसे विचित्र विन्यास देने की क्षमता, मिश्र धातु की आकार देने की क्षमता असीमित है;

शुद्ध धातु उच्च तापमान के प्रति भी बहुत प्रतिरोधी होती है और अपनी ताकत बरकरार रखती है। आवेदन स्पष्ट है:

• रॉकेट और विमान निर्माण - आवरण इससे बनाया जाता है। इंजन के हिस्से, बांधने वाले तत्व, चेसिस के हिस्से वगैरह;
• दवा - जैविक जड़ता और हल्कापन टाइटेनियम को हृदय वाल्व सहित प्रोस्थेटिक्स के लिए बहुत अधिक आशाजनक सामग्री बनाता है;
• क्रायोजेनिक तकनीक - टाइटेनियम उन कुछ पदार्थों में से एक है, जो घटते तापमान के साथ केवल मजबूत हो जाते हैं और अपनी लचीलापन नहीं खोते हैं।

टाइटेनियम हल्केपन और लचीलेपन के साथ उच्चतम ताकत वाली एक संरचनात्मक सामग्री है। इन अद्वितीय गुणउसे अधिक से अधिक प्रदान करें महत्वपूर्ण भूमिकाराष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में.

नीचे दिया गया वीडियो आपको बताएगा कि चाकू के लिए टाइटेनियम कहां से मिलेगा:

संक्षिप्त पदनाम:
σ में	- अस्थायी तन्य शक्ति (तन्य शक्ति), एमपीए		ε	- पहली दरार की उपस्थिति पर सापेक्ष निपटान,%
σ 0.05	-लोच सीमा, एमपीए		जे से	- परम मरोड़ वाली ताकत, अधिकतम कतरनी तनाव, एमपीए
σ 0.2	- सशर्त उपज शक्ति, एमपीए		σ izg	- परम झुकने की ताकत, एमपीए
δ5,δ 4,δ 10	- टूटने के बाद सापेक्ष बढ़ाव, %		σ -1	- सममित लोडिंग चक्र, एमपीए के साथ झुकने के परीक्षण के दौरान सहनशक्ति सीमा
σ संपीड़ित0.05और σ संपीड़ित करें	- संपीड़न उपज शक्ति, एमपीए		जे-1	- सममित लोडिंग चक्र, एमपीए के साथ मरोड़ परीक्षण के दौरान सहनशक्ति सीमा
ν	- सापेक्ष बदलाव, %		एन	- लोडिंग चक्रों की संख्या
में है	- अल्पकालिक ताकत सीमा, एमपीए		आरऔर ρ	- विद्युत प्रतिरोधकता, ओम एम
ψ	- सापेक्ष संकुचन, %		इ	- लोच का सामान्य मापांक, GPa
केसीयूऔर केसीवी	- प्रभाव शक्ति, क्रमशः यू और वी प्रकार के सांद्रक, जे/सेमी 2 के साथ एक नमूने पर निर्धारित की जाती है		टी	- तापमान जिस पर गुण प्राप्त किए गए, डिग्री
अनुसूचित जनजाति	- आनुपातिकता सीमा (स्थायी विरूपण के लिए उपज शक्ति), एमपीए		एलऔर λ	- तापीय चालकता गुणांक (सामग्री की ताप क्षमता), डब्ल्यू/(एम डिग्री सेल्सियस)
मॉडिफ़ाइड अमेरिकन प्लान	- बैगन कठोरता		सी	- सामग्री की विशिष्ट ताप क्षमता (सीमा 20 ओ - टी), [जे/(किग्रा डिग्री)]
एच.वी.	- विकर्स कठोरता		पी एनऔर आर	- घनत्व किग्रा/मीटर 3
एचआरसी उह	- रॉकवेल कठोरता, स्केल सी		ए	- थर्मल (रैखिक) विस्तार का गुणांक (रेंज 20 ओ - टी), 1/°С
एच आर बी	- रॉकवेल कठोरता, स्केल बी		σ टी टी	- दीर्घकालिक ताकत सीमा, एमपीए
एचएसडी	- किनारों का कड़ापन		जी	- मरोड़ कतरनी के दौरान लोच का मापांक, जीपीए