Titane
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| Titane | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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22 Ti | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Apparence | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gris-blanc argenté métallique  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriétés générales | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nom, symbole, nombre | titane, Ti, 22 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Prononciation | / t aɪ t eɪ n Je ə m / TY- TAY -neE-əm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Élément Catégorie | métal de transition | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Groupe, période, bloc | 4, 4, ré | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Poids atomique standard | 47,867 (1) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuration électronique | [ Ar ] 3d 2 4s 2 2, 8, 10, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Histoire | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Découverte | William Gregor (1791) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Premier isolement | Jöns Jakob Berzelius (1825) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nommé par | Martin Heinrich Klaproth (1795) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriétés physiques | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Phase | solide | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densité (à proximité rt) | 4,506 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Liquid densité au mp | 4,11 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Point de fusion | 1941 K , 1668 ° C, 3034 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Point d'ébullition | 3560 K, 3287 ° C, 5949 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La chaleur de fusion | 14,15 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chaleur de vaporisation | 425 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Capacité thermique molaire | 25,060 J · mol -1 .K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La pression de vapeur | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Propriétés atomiques | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| États d'oxydation | 4, 3, 2, 1 ( l'oxyde amphotère) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Électronégativité | 1,54 (échelle de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| énergies d'ionisation ( plus) | 1er: 658,8 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2ème: 1309,8 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3ème: 2652,5 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon atomique | 147 h | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rayon covalente | 160 ± 20 heures | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Miscellanées | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Crystal structure | hexagonale compacte  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ordre magnétique | paramagnétique | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Résistivité électrique | (20 ° C) 420 nΩ · m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductivité thermique | 21,9 W · m -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dilatation thermique | (25 ° C) de 8,6 um · m -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vitesse du son (tige mince) | ( rt) 5090 m · s -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Le module d'Young | 116 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Module de cisaillement | 44 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Module Bulk | 110 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coefficient de Poisson | 0,32 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureté Mohs | 6.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureté Vickers | 970 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureté Brinell | 716 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numéro de registre CAS | 7440-32-6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La plupart des isotopes stables | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Article détaillé: Isotopes de titane | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Le titane est un élément chimique avec le symbole de Ti et de numéro atomique 22. Il a une faible densité et une forte, brillante, la corrosion , résistante (y compris l'eau de mer , l'eau régale et le chlore ) métal de transition avec une couleur d'argent.
Le titane a été découvert en Cornwall, Grande-Bretagne , par William Gregor en 1791 et nommée par Martin Heinrich Klaproth pour le Titans de la mythologie grecque . L'élément se produit dans un certain nombre de gisements minéraux, principalement rutile et ilménite, qui sont largement distribué dans la croûte terrestre et lithosphère, et il se trouve des choses qui vivent dans la quasi-totalité, les rochers, plans d'eau et les sols. Le métal est extrait de ses principaux minerais via le Procédé Kroll ou Processus Hunter. Son composé le plus commun, dioxyde de titane, est un populaire photocatalyseur et est utilisé dans la fabrication de pigments blancs. D'autres composés comprennent le tétrachlorure de titane (TiCl 4), un composant de fumer écrans et catalyseurs ; et le trichlorure de titane (TiCl 3), qui est utilisé en tant que catalyseur dans la production de polypropylene.
Titanium peut être allié avec le fer , l'aluminium , le vanadium , le molybdène , entre autres éléments, pour produire de fortes alliages légers pour l'aéronautique ( moteurs à réaction , missiles, et engins spatiaux), les militaires, processus industriel (produits chimiques et pétrochimiques, usines de dessalement, de la pâte et du papier), l'automobile, l'agro-alimentaire, médicale Prothèses orthopédiques implants, instruments dentaires et endodontiques et des fichiers, implants dentaires, articles de sport, bijoux, téléphones mobiles et autres applications.
Les deux propriétés les plus utiles de la forme de métal sont la résistance à la corrosion et le plus haut rapport résistance-poids de ne importe quel métal. Dans son état non allié, le titane est aussi forte que certains aciers , mais 45% plus léger. Il existe deux allotropiques et cinq formes d'origine naturelle des isotopes de cet élément, à travers 50 46 Ti Ti, Ti avec 48 étant le plus abondante (73,8%). Les propriétés de titane sont physiquement et chimiquement semblable à du zirconium , parce que les deux ont le même nombre de électrons de valence et sont dans la même groupe dans le tableau périodique .
Caractéristiques
Propriétés physiques
Un métallique élément , le titane est reconnu pour son rapport résistance-poids. Ce est un métal solide avec une faible densité qui est assez ductile (surtout dans un oxygène environnement exempt), brillant et métallique blanc en couleur . Le point de fusion relativement élevé (plus de 1650 ° C ou 3000 ° F) rend utile comme métal réfractaire. C'est paramagnétique et il a assez faible électrique et conductivité thermique.
Commercial (99,2% de pureté) grades de titane ont la résistance à la traction d'environ 63 000 psi (434 MPa), égale à celle de, à faible teneur commun alliages d'acier, mais sont 45% plus léger. Le titane est 60% plus dense que l'aluminium, mais deux fois plus forte que 6061-T6 alliage d'aluminium le plus couramment utilisé. Certains alliages de titane (par exemple, Beta C) atteindre résistance à la traction de plus de 200 000 psi (1 400 MPa). Cependant, le titane perd de sa résistance lorsque la température dépasse 430 ° C (806 ° F).
Le titane est assez difficile (mais pas aussi dur que certaines nuances d'acier traité thermiquement), non-magnétiques et un mauvais conducteur de chaleur et d'électricité. Usinage nécessite des précautions, comme matériau se ramollit et vésicule si les outils tranchants et les méthodes de refroidissement appropriées ne sont pas utilisés. Comme ceux fabriqués à partir d'acier, de titane structures ont un limite de fatigue qui garantit la longévité dans certaines applications. Les alliages de titane ont raideurs spécifique plus faible que dans de nombreux autres matériaux structuraux tels que les alliages d'aluminium et fibre de carbone.
Le métal est un dimorphisme allotrope dont la forme alpha hexagonale change dans un cube (treillis) centrée sur le corps β forme à 882 ° C (1620 ° F). Le chaleur spécifique de la forme alpha augmente considérablement car il est chauffé à cette température de transition mais tombe et reste assez constant pour la forme de β indépendamment de la température. Similaire à zirconium et hafnium, une phase oméga supplémentaire existe, qui est thermodynamiquement stable à des pressions élevées, mais est métastable à des pressions ambiantes. Cette phase est généralement hexagonale (idéal) ou trigonale (déformée) et peut être considérée comme étant due à une acoustique longitudinale douce phonon de la phase β provoquant l'effondrement de (111) plans d'atomes.
Propriétés chimiques
Comme l'aluminium et le magnésium métal des surfaces métalliques et des surfaces de titane d'alliage oxyder immédiatement quand ils sont exposés à l'air. Titane réagit facilement avec l'oxygène à 1200 ° C (2190 ° F) dans l'air, et à 610 ° C (1130 ° F) dans de l'oxygène pur, formant dioxyde de titane. Cependant, il est lent à réagir avec de l'eau et de l'air, car il forme un revêtement d'oxyde et passive de protection qui la protège contre une réaction ultérieure. Quand il premières formes, cette couche de protection est seulement 1-2 nm d'épaisseur, mais continue de croître lentement; atteindre une épaisseur de 25 nm à quatre ans.
Lorsqu'il est exposé à l'azote propre titane métallique est recouverte d'un couche de nitrure de titane. La mince dioxyde de titane et de nitrure de couches sur des surfaces de titane sont très dur et inerte.
La propriété produit chimique le plus noté de titane est son excellente résistance à la corrosion; il est presque aussi résistants que le platine , capable de résister à l'attaque par diluée d'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique ainsi que du chlore gazeux, des solutions de chlorure, et la plupart des acides organiques. Cependant, il est soluble dans les acides concentrés. Le Diagramme de Pourbaix dans l'image montre que le titane est en fait thermodynamique un métal très réactif.
Le métal ne peut être fondu à l'air libre car il brûle avant le point de fusion est atteinte. Point de fusion ne est possible que dans une atmosphère inerte ou sous vide. A 550 ° C (1022 ° F), il se combine avec le chlore. Il réagit également avec les autres halogènes et absorbe de l'hydrogène.
Le titane est l'un des rares éléments qui brûle dans de l'azote gazeux pur, on fait réagir à 800 ° C (1470 ° F) pour former le nitrure de titane, ce qui provoque une fragilisation. poudre de titane peut former un suspension explosif avec l'air.
Parce propre titane métallique est hautement réactif et le titane se lie fortement à de l'oxygène, de l'azote et d'autres gaz, filaments de titane sont appliquées en Pompes sublimation de titane. Pompes titane de sublimation sont des dispositifs peu coûteux et fiables qui sont appliquées comme la dernière étape pour créer des pressions extrêmement basses dans systèmes d'ultra-vide.
Des expériences ont montré que le titane devient radioactif naturel après avoir été bombardé avec deutérons, émettant principalement positrons et dur les rayons gamma.
Composés
Le 4 état d'oxydation domine la chimie de titane, mais composés de la 3 état d'oxydation sont également fréquents. En raison de cet état d'oxydation élevé, de nombreux composés de titane ont un degré élevé de liaison covalente.
Star et saphirs rubis obtiennent leur asterism des impuretés de dioxyde de titane présent dans les. Des titanates sont des composés à base de dioxyde de titane. Le titanate de baryum a propriétés piézo-électriques, ce qui permet de l'utiliser comme un transducteur dans l'interconversion d' un son et de l'électricité . Esters de titane sont formées par la réaction d' alcools et de tétrachlorure de titane et d'étanchéité sont utilisés pour des tissus .
Le nitrure de titane (TiN), ayant une dureté équivalente à saphir et carborundum (9,0 sur l' échelle de Mohs ), est souvent utilisé pour des outils de coupe de la robe, comme forets. Il trouve également utiliser comme une finition décorative de couleur or, et comme barrière en métal fabrication de semi-conducteur.
Du tétrachlorure de titane (titane (IV) chlorure, TiCl 4) est un liquide incolore qui est utilisé comme intermédiaire dans la fabrication de dioxyde de titane pour la peinture. Il est largement utilisé en chimie organique en tant que Acide de Lewis, par exemple dans le La condensation de Mukaiyama. Le titane forme également un chlorure inférieur, titane (III) chlorure (TiCl 3), qui est utilisé en tant que agent réducteur.
Dichlorure de titanocène est un important catalyseur pour la formation de liaison carbone-carbone. Isopropoxyde de titane est utilisé pour Époxydation Sharpless. D'autres composés comprennent bromure de titane (utilisé dans la métallurgie, superalliages, et à haute température câblage électrique et des revêtements) et carbure de titane (qui se trouve dans les outils et les revêtements coupe-haute température).
Occurrence
| Pays | mille tonnes | % Du total |
|---|---|---|
| Australie | 1300 | 19,4 |
| Afrique Du Sud | 1160 | 17,3 |
| Canada | 700 | 10,4 |
| Inde | 574 | 8.6 |
| Mozambique | 516 | 7,7 |
| Chine | 500 | 7,5 |
| Viêt-Nam | 490 | 7.3 |
| Ukraine | 357 | 5.3 |
| Monde | 6700 | 100 |
Le titane est toujours lié à d'autres éléments dans la nature. Ce est la neuvième plus élément abondant dans la terre croûte (0,63% en masse ) et la septième plus abondant métal. Il est présent dans la plupart des roches ignées et les sédiments qui en découlent (ainsi que dans les êtres vivants et les plans d'eau naturels). Sur les 801 types de roches ignées analysés par le United States Geological Survey, 784 contenait titane. Sa proportion dans le sol est d'environ 0,5 à 1,5%.
Il est largement distribué et se produit principalement dans les minéraux anatase, brookite, ilménite, pérovskite, rutile et titanite (sphène). Parmi ces minéraux, ne rutile et d'ilménite ont une importance économique, mais même ils sont difficiles à trouver dans des concentrations élevées. Environ 6,0 et 0,7 millions de tonnes de ces minéraux ont été extraits en 2011, respectivement. Dépôts d'ilménite importantes titane portant existent dans l'ouest de l'Australie , le Canada , la Chine , l'Inde , le Mozambique , la Nouvelle-Zélande , la Norvège , l'Ukraine et l'Afrique du Sud . Environ 186 000 tonnes d'éponge de titane métallique ont été produites en 2011, principalement en Chine (60 000 t), le Japon (56 000 t), la Russie (40 000 t), États-Unis (32 000 t) et le Kazakhstan (20 700 t). Réserves totales de titane sont estimées à plus de 600 millions de tonnes.
Titanium est contenue dans météorites et a été détecté dans le soleil et dans de type M étoiles ; le type le plus cool de l'étoile avec une température de surface de 3200 ° C (5790 ° F). Rocks ramené du Lune au cours de la Mission Apollo 17 sont composées de 12,1% de TiO 2. Il se trouve aussi dans le charbon cendres, plantes , et même l' humain corps.
Isotopes
Naturellement titane se produisant est composé de cinq stables isotopes : 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti, Ti et 50, avec 48 Ti étant la plus abondante (73,8% de la abondance naturelle). Onze des radio-isotopes ont été caractérisés, avec le plus stable étant 44 Ti avec une demi-vie de 63 ans, 45 Ti avec une demi-vie de 184,8 minutes, 51 Ti avec une demi-vie de 5,76 minutes, et 52 Ti avec un demi vie de 1,7 minutes. Tout le reste isotopes radioactifs ont des demi-vies qui sont moins de 33 secondes et la majorité d'entre eux ont des demi-vies qui sont moins d'une demi-seconde.
Les isotopes de gamme de titane poids atomique de 39,99 u (40 Ti) à 57,966 u (58 Ti). Le primaire mode de désintégration avant l'isotope stable le plus abondant, 48 Ti, est capture d'électrons et le mode primaire après est- émissions beta. Le primaire produits de désintégration avant 48 Ti sont des éléments 21 ( scandium ) isotopes et les produits primaires après 23 éléments (sont vanadium ) isotopes.
Histoire
Le titane est découvert inclus dans un minéral en Cornwall, Grande-Bretagne , en 1791 par le ecclésiastique et géologue amateur William Gregor, alors vicaire de Paroisse Creed. Il a reconnu la présence d'un nouvel élément dans l'ilménite quand il a trouvé sable noir par un ruisseau dans la proximité paroisse de Manaccan et a remarqué le sable a été attiré par un aimant . L'analyse du sable déterminé la présence de deux oxydes métalliques; oxyde de fer (expliquant l'attraction de l'aimant) et 45,25% d'un oxyde métallique blanche, il n'a pas pu identifier. Gregor, réalisant ce que l'oxyde non identifiée contenait un métal qui ne correspondait pas les propriétés d'un élément connu, fait part de ses conclusions à la Société royale de géologie de Cornwall et dans la revue scientifique allemand Annalen de Crell.
Vers la même époque, Franz-Joseph Müller von Reichenstein produit une substance similaire, mais n'a pas pu l'identifier. L'oxyde a été redécouvert indépendamment en 1795 par Chimiste prussien Martin Heinrich Klaproth en rutile de la Hongrie . Klaproth a découvert qu'il contenait un nouvel élément et l'a nommé pour le Titans de la mythologie grecque . Après avoir entendu parler découverte antérieure de Gregor, il a obtenu un échantillon de manaccanite et a confirmé qu'il contenait titane.
Les processus nécessaires à l'extraction de titanium de ses divers minerais sont laborieux et coûteux; il ne est pas possible de réduire de la manière habituelle, par chauffage en présence de carbone , car ce produit le carbure de titane. Le titane pur métallique (99,9%) a été préparé d'abord en 1910 par Matthew A. Hunter au Rensselaer Polytechnic Institute TiCl 4 par chauffage à sodium à 700-800 ° C dans la Processus Hunter. Titane métal n'a pas été utilisé en dehors du laboratoire jusqu'en 1932 lorsque William Justin Kroll prouvé qu'il pouvait être produit en réduisant du tétrachlorure de titane (TiCl 4) avec le calcium . Huit ans plus tard il a affiné ce processus en utilisant du magnésium et même sodium dans ce qui devint connu sous le nom Procédé Kroll. Bien que la recherche continue dans les processus plus efficaces et moins chers (par exemple, FFC Cambridge), le processus Kroll est encore utilisé pour la production commerciale.
Titane de pureté très élevée a été faite en petites quantités lorsque Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer a découvert l'iodure, ou barre de cristal, le processus en 1925, par réaction avec de l'iode et à décomposer les vapeurs formées sur un filament chaud au métal pur.
Dans les années 1950 et 1960, la Union soviétique pionnier de l'utilisation du titane dans les applications militaires et sous-marines ( Alfa classe et Mike classe) dans le cadre de programmes liés à la guerre froide. Depuis le début des années 1950, le titane a commencé à être largement utilisé à des fins militaires de l'aviation, en particulier dans les jets à haute performance, à commencer par des avions comme le F100 de Super Sabre et Lockheed A-12.
Aux Etats-Unis, la Ministère de la Défense a réalisé l'importance stratégique du métal et soutenu les premiers efforts de commercialisation. Tout au long de la période de la guerre froide , le titane a été considéré comme un matériau stratégique par le gouvernement américain, et un important stock d'éponge de titane a été maintenue par le Défense Centre national des stocks, qui a finalement été épuisé dans les années 2000. , Repose-russe le plus grand producteur du monde, Aujourd'hui VSMPO-Avisma, est estimé à représenter environ 29% de la part du marché mondial.
En 2006, l'Agence américaine de défense attribué $ 5,7 millions à un consortium de deux entreprises de développer un nouveau procédé de fabrication de métal de titane poudre. Sous la chaleur et la pression, la poudre peut être utilisé pour créer des objets solides, légers allant de blindage de composants pour les industries aérospatiale, du transport et de la transformation chimique.
La production et la fabrication
Le traitement de titane métallique se fait en 4 étapes principales: la réduction du minerai de titane dans «éponge», une forme poreuse; fusion de l'éponge, ou d'une éponge plus un alliage mère pour former un lingot; fabrication primaire, où un lingot est convertie en produits de l'usine généraux tels que billettes, barres, plaques, feuilles, rubans, et le tube; et la fabrication secondaire de formes de produits finis de l'usine.
Étant donné que le métal réagit avec l'oxygène à des températures élevées, il ne peut pas être généré automatiquement par le réduction de son anhydride. Titane métal est donc produit commercialement par la Procédé Kroll, un complexe et coûteux procédé discontinu. (La valeur de titane de marché relativement élevée est principalement due à son traitement, qui sacrifie un autre métal cher, magnésium.) Dans le processus Kroll, l'oxyde est d'abord converti en chlorure travers carbochloration, où le chlore gaz est passé au-dessus rutile rouge ou ilménite en présence de carbone à faire TiCl 4. Ce est condensé et purifié par distillation fractionnée et ensuite réduit à 800 ° C en fusion magnésium dans une atmosphère d'argon atmosphère.
Une méthode plus récemment développée, la FFC processus Cambridge, peut éventuellement remplacer le processus Kroll. Cette méthode utilise une poudre de dioxyde de titane (qui est une forme raffinée de rutile) comme matière première pour fabriquer le produit final qui est soit une poudre ou une éponge. Si poudres d'oxydes mixtes sont utilisés, le produit est un alliage fabriqué à un coût beaucoup plus faible que le procédé classique de fusion en plusieurs étapes. Le processus FFC Cambridge peut rendre titane un matériau moins rare et cher pour la l'industrie de l'aérospatiale et le marché des biens de luxe, et pourraient être vu dans de nombreux produits actuellement fabriqués en utilisant l'aluminium et les qualités d'acier spécialisés.
Titane commune alliages sont fabriqués par réduction. Par exemple, cuprotitanium (rutile avec le cuivre ajouté est réduite), ferrocarbon titane (ilménite réduit avec coke dans un four électrique), et manganotitanium (rutile avec des oxydes de manganèse ou de manganèse) sont réduites.
- 2 FeTiO 3 + 7 + 6 Cl 2 → C 2 TiCl 4 + 2 FeCl 3 + 6 CO (900 ° C)
- TiCl 4 + 2 → Mg 2 + MgCl 2 Ti (1100 ° C)
Environ 50 grades de titane et alliages de titane sont désignés et actuellement utilisés, bien que seulement quelques dizaines sont facilement disponibles dans le commerce. Le ASTM International reconnaît 31 grades de métaux et d'alliages de titane, dont les années 1 à 4 sont commercialement pur (non allié). Ces quatre se distinguent par leurs degrés variables de résistance à la traction, en fonction de l'oxygène contenu, avec une catégorie étant les plus ductile (la plus basse résistance à la traction avec une teneur en oxygène de 0,18%) et le moins (la plus haute résistance à la traction avec un grade 4 teneur en oxygène de 0,40%). Les catégories restantes sont des alliages, chacun étant conçu à des fins spécifiques, que ce soit la ductilité, la résistance, la dureté, la résistivité électrique, résistance au fluage, la résistance à la corrosion de médias spécifiques, ou une combinaison de ceux-ci.
Le grades couverts par ASTM et d'autres alliages sont également produites pour répondre aérospatiale et les spécifications militaires (SAE-AMS, MIL-T), les normes ISO, et les spécifications propres à chaque pays, ainsi que les spécifications exclusive de l'utilisateur final pour l'aéronautique, militaire, médical, et les applications industrielles.
En termes de fabrication, tout soudage de titane doit être effectuée dans une atmosphère inerte d' argon ou d'hélium , afin de le protéger de la contamination par des gaz atmosphériques tels que l'oxygène, l'azote , ou un atome d'hydrogène . La contamination provoque une variété de conditions, telles que fragilisation, ce qui réduira l'intégrité des soudures d'assemblage et de conduire à une défaillance du joint. Produit plat commercialement pur (feuille, plaque) peut être formé facilement, mais le traitement doit prendre en compte le fait que le métal a une «mémoire» et tend à rebondir. Cela est particulièrement vrai de certains alliages à haute résistance. Titanium ne peut pas être soudé sans d'abord pré- placage en un métal qui est soudable. Le métal peut être usiné en utilisant le même équipement et par les mêmes procédés que acier inoxydable.
Applications
Le titane est utilisé en acier comme un élément d'alliage ( ferro-titane) pour réduire la taille de grain et comme désoxydant, et en acier inoxydable afin de réduire la teneur en carbone. Le titane est souvent allié avec l'aluminium (pour affiner la taille des grains), vanadium , cuivre (durcir), le fer , le manganèse , le molybdène , et avec d'autres métaux. Applications pour les produits de l'usine de titane (feuilles, tôles, barres, fils, pièces forgées, pièces moulées) peuvent être trouvés dans l'industrie, de l'aérospatiale, de loisirs, et les marchés émergents. Titane en poudre est utilisé dans pyrotechniques comme une source de particules lumineuses combustion.
Pigments, les additifs et les revêtements
Environ 95% du minerai de titane extrait de la Terre est destinée pour le raffinement dans dioxyde de titane (Ti O 2), un blanc intense permanent pigment utilisé dans peintures, papier, dentifrice, et les matières plastiques . Il est également utilisé dans ciment, en pierres précieuses, comme un opacifiant optique papier, et un agent de renforcement dans les cannes à pêche graphite composites et les clubs de golf.
Poudre de TiO 2 est chimiquement inerte, résiste à la décoloration au soleil, et est très opaque: ce qui lui permet de conférer une couleur blanc pur et brillant aux produits chimiques brun ou gris qui forment la majorité des plastiques ménagers. Dans la nature, ce composé se trouve dans les minerais anatase, brookite et le rutile. Peinture faite avec du dioxyde de titane fait bien dans des températures sévères, et résiste à des environnements marins. Le dioxyde de titane pur a un niveau très élevé indice de réfraction et une dispersion optique supérieure à diamant . En plus d'être un pigment très important, le dioxyde de titane est également utilisé dans des écrans solaires en raison de sa capacité à protéger la peau en lui-même. Récemment, l'oxyde de titane a été utilisée dans des purificateurs d'air (comme un revêtement de filtre), ou dans le film utilisé pour les fenêtres de revêtement sur des bâtiments de telle sorte que lorsque de l'oxyde de titane est exposée à la lumière UV (soit solaire ou artificielle) et de l'humidité dans l'air, espèce redox tels que des radicaux hydroxyles réactifs sont produits de sorte qu'ils peuvent purifier l'air ou de garder propres les surfaces des fenêtres.
Aérospatiale et maritime
Grâce à leur haute résistance à la traction au rapport de la densité, la résistance à la corrosion, résistance à la fatigue, une résistance élevée à la fissuration, et la capacité de résister à des températures modérément élevées sans rampante, le titane alliages sont utilisés dans les aéronefs , blindage, navires de guerre, vaisseau spatial, et missiles. Pour ces applications, titane allié avec de l'aluminium, du vanadium, et d'autres éléments est utilisé pour une variété de composants y compris les parties critiques de la structure, des murs coupe-feu, train d'atterrissage, les conduits d'échappement (hélicoptères), et des systèmes hydrauliques. En fait, environ les deux tiers de tous les métaux de titane produit est utilisé dans les moteurs d'avions et des cadres. Le SR-71 "Blackbird" a été l'un des premiers avions à faire un large usage de titane dans sa structure, ouvrant la voie à son utilisation dans militaire moderne et d'avions commerciaux. On estime à 59 tonnes (130 000 livres) sont utilisés dans le Boeing 777 , 45 dans le Boeing 747 , 18 dans le Boeing 737, 32 dans le Airbus A340, 18 dans le Airbus A330, et 12 dans le Airbus A320. L' Airbus A380 peut utiliser 77 tonnes, dont environ 11 tonnes dans les moteurs. Dans les applications de moteurs, de titane est utilisé pour rotors, des aubes de compresseur, composants du système hydraulique, et nacelles. Le représente alliage de titane 6AL-4V près de 50% de tous les alliages utilisés dans les applications aéronautiques.
Grâce à sa résistance élevée à la corrosion de l'eau de mer , le titane est utilisé pour faire des arbres de transmission et le gréement et dans la échangeurs de chaleur usines de dessalement; en chauffe-refroidisseurs pour l'eau salée aquariums , ligne de pêche et chef de file, et les couteaux de plongée. Le titane est utilisé pour la fabrication des boîtiers et autres composants de surveillance des océans déployée et dispositifs de surveillance à usage scientifique et militaire. L'ancien Union Soviétique a développé des techniques pour la fabrication de sous-marins en grande partie hors du titane.
Industriel
Tubes soudés de titane et du matériel de fabrication (échangeurs de chaleur, réservoirs, cuves de traitement, vannes) sont utilisés dans les industries chimiques et pétrochimiques principalement pour résistance à la corrosion. Alliages spécifiques sont utilisés en fond de puits et de nickel hydrométallurgie applications en raison de leur haute résistance (par exemple: le titane Beta C alliage), résistance à la corrosion, ou une combinaison des deux. Le l'industrie papetière utilise titane dans du matériel de fabrication exposée aux milieux corrosifs tels que l'hypochlorite de sodium ou du chlore gazeux humide (dans le bleachery). D'autres applications incluent: soudage par ultrasons, brasage à la vague, et cibles de pulvérisation.
Du tétrachlorure de titane (TiCl 4), un liquide incolore, est important comme intermédiaire dans le procédé de fabrication de TiO 2 et est également utilisé pour produire le Catalyseur de Ziegler-Natta, et est utilisé pour iridize verre et parce qu'il vapeurs d'air humide dans fortement, il est également utilisé pour fabriquer des écrans de fumée.
Consommateurs et architecturale
Titane métal est utilisé dans les applications automobiles, en particulier dans l'automobile ou de la compétition moto, où la réduction de poids est essentiel tout en conservant une haute résistance et rigidité. Le métal est généralement trop coûteux pour le rendre commercialisable sur le marché de consommation en général, autres que les produits haut de gamme, en particulier pour le marché racing / performances. Late model Corvettes ont été disponibles avec échappement en titane.
Le titane est utilisé dans de nombreux articles de sport: raquettes de tennis, les clubs de golf, arbres crosse de bâton; le cricket grilles, hockey, la crosse, et casques de football; et vélo cadres et composants. Bien que pas un matériau ordinaire pour la production de vélos, vélos de titane ont été utilisés par les équipes de course et cyclistes d'aventure. Les alliages de titane sont également utilisés dans les lunettes trames. Il en résulte un cadre durable plutôt chers, mais très résistant et longue qui est léger et ne provoque pas d'allergies cutanées. Beaucoup routards utilisent de l'équipement de titane, y compris les ustensiles de cuisine, ustensiles de cuisine, des lanternes, et piquets de tente. Bien que légèrement plus cher que les alternatives en acier ou en aluminium traditionnels, ces produits de titane peuvent être beaucoup plus léger sans compromettre la solidité. Titanium est également favorisée pour l'utilisation par maréchaux-ferrants, car il est plus léger et plus résistant que l'acier lorsqu'il est formé en fers à cheval.
Titanium a parfois été utilisé dans des applications architecturales: le mémorial 40 m (131 pieds) à Youri Gagarine , le premier homme à voyager dans l'espace, de Moscou , est fait de titane pour la couleur attrayante et d'association du métal avec les fusées. Le Musée Guggenheim de Bilbao et de la Cerritos Bibliothèque du Millénaire ont été les premiers bâtiments en Europe et en Amérique du Nord, respectivement, pour être recouvert de panneaux de titane. D'autres utilisations de la construction de la gaine de titane comprennent l'Frederic C. Hamilton Building à Denver , Colorado et du 107 m (350 pieds) Monument des Conquérants de l'Espace à Moscou .
En raison de sa solidité et de légèreté par rapport aux autres métaux traditionnellement utilisés dans les armes à feu (acier, l'acier inoxydable et l'aluminium), et les progrès dans les techniques de la métallurgie, l'utilisation du titane est devenu plus répandu dans la fabrication d'armes à feu. Principales utilisations comprennent cadres de pistolet et cylindres de revolver. Pour ces mêmes raisons, il est également utilisé dans le corps d'ordinateurs portables (par exemple, dans d'Apple PowerBook ligne s ').
Certaines catégories haut de gamme d'outils en pour être léger et résistant à la corrosion, tels que des pelles et des lampes de poche, sont en titane ou en alliages de titane ainsi.
Bijoux
En raison de sa durabilité, le titane est devenu plus populaire pour les bijoux de créateur (en particulier, anneaux de titane). Son inertie en fait un bon choix pour ceux qui souffrent d'allergies ou qui va porter les bijoux dans des environnements tels que des piscines. Le titane est également allié avec l'or pour produire un alliage qui peut être commercialisé comme Or 24 carats, que le 1% de Ti allié est insuffisante pour nécessite une marque moins. L'alliage résultant est à peu près la dureté de 14 carats et est plus durable qu'un 24 carats d'or pur produit serait donc.
La durabilité de titane, poids léger, dent- et résistance à la corrosion rend utile dans la production de montres cas. Certains artistes travaillent avec du titane pour produire des œuvres d'art telles que des sculptures, des objets décoratifs et des meubles.
L'inertie et la capacité à être joliment coloré rend titane un métal populaire pour utilisation dans perçage corporel. Le titane peut être anodisé pour produire différentes couleurs, qui varie l'épaisseur de la couche d'oxyde et les causes surface franges d'interférence.
Médical
Parce qu'il est biocompatible (non toxique et ne est pas rejeté par le corps), le titane est utilisé dans une gamme d'applications médicales, y compris les instruments et les implants chirurgicaux, tels que des balles de la hanche et prises ( remplacement articulaire) qui peuvent rester en place pendant jusqu'à 20 ans. Le titane est souvent allié avec environ 4% d'aluminium ou 6% d'Al et 4% de vanadium.
Le titane a la propriété inhérente à ostéo-intégration, permettant une utilisation dans implants dentaires qui peuvent rester en place pendant plus de 30 ans. Cette propriété est également utile pour applications d'implants orthopédiques. Ces bénéficier de plus faible module d'élasticité de titane ( Module d'Young) pour correspondre davantage à celle de l'os que ces dispositifs sont destinés à réparer. Par conséquent, les charges du squelette sont plus uniformément réparties entre l'os et l'implant, ce qui conduit à une plus faible incidence de la dégradation des os due au stress blindage et les fractures osseuses périprothétiques qui se produisent aux limites des implants orthopédiques. Toutefois, la rigidité de alliages de titane est plus du double de celle de l'os afin os adjacent porte une charge fortement réduite et peut se détériorer.
Le titane est non ferromagnétique, les patients avec des implants en titane peuvent être examinées en toute sécurité avec imagerie par résonance magnétique (pratique pour les implants à long terme). Préparation de titane destiné à être implanté dans le corps consiste à soumettre à une haute température de plasma d'arc qui élimine les atomes de la surface, exposant titane frais qui est immédiatement oxydé.
Le titane est également utilisé pour la instruments chirurgicaux utilisés dans la chirurgie guidée par l'image, ainsi que des fauteuils roulants, des béquilles, et tous les autres produits pour lesquels une résistance élevée et un faible poids sont souhaitables.
Stockage des déchets nucléaires
En raison de sa résistance à la corrosion extrême, conteneurs en titane ont été étudiés pour le stockage à long terme des déchets nucléaires (conteneurs durables plus de 100.000 ans sont possibles dans des conditions de fabrication appropriées pour réduire les défauts dans le processus). Un titane «goutte à goutte bouclier" pourrait également être placé sur d'autres types de conteneurs pour contenir encore les déchets.
Un piercing de titane.
Caractéristiques des cordons de soudure sur titane main cadre de la bicyclette.
Le Musée Guggenheim de Bilbao est recouvert de panneaux de titane.
Un anneau de titane.
Un titane Spork utile pour les routards. Environ 16 grammes, plus léger que d'un ustensile de l'acier, mais plus fort que la mise en œuvre d'un plastique.
Une rupture de l' orbite de l'oeil a été réparée par la stabilisation des os fracturés avec de petites plaques de titane et des vis.
Précautions
Le titane est non toxique, même à fortes doses et ne joue aucun rôle naturel à l'intérieur du corps humain. Une quantité d'environ 0,8 milligrammes de titane est ingéré par l'être humain chaque jour, mais la plupart traverse sans être absorbé. Il, cependant, ont tendance à bio-accumuler dans les tissus contenant de la silice . Une étude indique un lien possible entre titane et Syndrome des ongles jaune. Un mécanisme inconnu dans les plantes peut utiliser titane pour stimuler la production d' hydrates de carbone et d'encourager la croissance. Cela peut expliquer pourquoi la plupart des plantes contiennent environ 1 partie par million (ppm) de titane, les plantes alimentaires ont environ 2 ppm, et prêle et ortie contient jusqu'à 80 ppm.
Sous forme de poudre ou sous la forme de copeaux de métal, le métal de titane pose un risque d'incendie important et, lorsqu'il est chauffé dans l'air , un risque d'explosion. L'eau et le dioxyde de carbone à base de méthodes pour éteindre les incendies sont inefficaces sur titane en combustion; Classe D agents poudre sèche lutte contre l'incendie doivent être utilisés à la place.
Lorsqu'ils sont utilisés dans la production ou la manipulation du chlore , il faut prendre soin d'utiliser le titane que dans des endroits où il ne sera pas exposé à sécher chlore gazeux qui peut provoquer un incendie titane / chlore. Un risque d'incendie existe même lorsque le titane est utilisé dans le chlore humide en raison de possible séchage inattendue provoquée par des conditions météorologiques extrêmes.
Le titane peut prendre feu quand une surface fraîche, non oxydé entre en contact avec l'oxygène liquide. ces surfaces peuvent apparaître lorsque la surface oxydée est frappé avec un objet dur, ou quand une contrainte mécanique provoque l'apparition d'une fissure. Cette limitation pose le possible pour son utilisation dans des systèmes d'oxygène liquide, tels que ceux qu'on trouve dans l'industrie aérospatiale.
