ไทเทเนียม: แข็งแรงเหมือนเหล็ก เบาเหมือนอะลูมิเนียม-และอยู่ในร่างกายของคุณด้วย
กระดูกโลหะผสมไทเทเนียมสามารถอยู่ในร่างกายของคุณได้ตลอดชีวิต และเครื่องบิน{0}}ไทเทเนียมทั้งหมดสามารถบินได้ด้วยความเร็วเสียงสามเท่า โลหะนี้-เบากว่าเหล็กและแข็งแรงกว่าอะลูมิเนียม-ซ่อนอยู่ในยาสีฟัน ครีมกันแดด และหัวเข่า
โลหะนี้เป็นไทเทเนียม มันไม่แพงจนเกินไป มันหายากมาก
I. น้ำหนักเพียงครึ่งหนึ่งของเหล็ก แข็งเป็นสองเท่าของอะลูมิเนียม
ไทเทเนียมมีความหนาแน่น 4.51 g/cm³ ซึ่งคิดเป็น 56% ของเหล็ก และ 1.6 เท่าของอะลูมิเนียม ความแข็งแกร่งของไทเทเนียมบริสุทธิ์นั้นพอๆ กับเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง- ในขณะที่โลหะผสมไทเทเนียม (คลาสสิกที่สุดคือ Ti-6Al-4V หรือที่รู้จักในอุตสาหกรรมในชื่อ "ไทเทเนียม 64") ดันความแข็งแกร่งไปที่ 900–1,170 MPa ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มเดียวกันกับเหล็กโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง- ในแง่ของความแข็งแรงจำเพาะ กล่าวคือ ไทเทเนียมสามารถรับน้ำหนักได้ต่อหน่วยน้ำหนักมากกว่าโลหะอื่นๆ ทั้งหมด
สิ่งที่น่าทึ่งยิ่งกว่านั้นคือความแข็งแกร่งที่สูงนี้ไม่ได้แลกมาด้วยความแข็งแกร่ง แม้ว่าเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง-หลายชนิดจะมีความแข็งแรง แต่ก็มักจะเปราะ อย่างไรก็ตาม โลหะผสมไททาเนียมจะรักษาความเหนียวและความต้านทานการแตกหักได้ดีแม้ในไนโตรเจนเหลวที่อุณหภูมิ -200 องศา และไม่อ่อนตัวลงอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงกว่า 400 องศา ซึ่งแตกต่างจากโลหะผสมอลูมิเนียม ตั้งแต่อุณหภูมิต่ำของฮีเลียมเหลวใกล้ 4 K ไปจนถึงอุณหภูมิที่สูงของกังหันของเครื่องยนต์อากาศยานประมาณ 500 องศา โลหะผสมไทเทเนียมไม่มีช่องว่างด้านประสิทธิภาพที่มีนัยสำคัญตลอดช่วงอุณหภูมิทั้งหมด
พิจารณาความต้านทานการกัดกร่อน ชั้นทู่ TiO₂ ที่หนาแน่นก่อตัวขึ้นเองตามธรรมชาติบนพื้นผิวของไทเทเนียม แม้ว่าจะมีความหนาเพียงไม่กี่นาโนเมตร แต่ก็ทำหน้าที่เสมือนเกราะป้องกันที่ยึดติดกับพื้นผิวอย่างแน่นหนา แม้ว่าชั้นนี้จะมีรอยขีดข่วน แต่ก็จะ-ออกซิไดซ์ใหม่และซ่อมแซมตัวเองอย่างรวดเร็ว-จนแทบมองไม่เห็นสัญญาณของการกัดกร่อน โลหะผสมไททาเนียมที่แช่อยู่ในน้ำทะเลเป็นเวลายี่สิบปีจะยังคงส่องแสงเมื่อเช็ดทำความสะอาดเมื่อนำออก ตัวกลางเช่นกรดซัลฟิวริกเข้มข้น กรดไนตริก ก๊าซคลอรีน และกรดอินทรีย์ ต่างก็ประสบปัญหาในการกัดกร่อนอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน จุดอ่อนเพียงอย่างเดียวคือกรดไฮโดรฟลูออริก (HF): ฟลูออไรด์ไอออนจะละลายฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวไทเทเนียมโดยตรง เผยให้เห็นสารตั้งต้นของไทเทเนียมและทำให้เกิดการกัดกร่อน
เมื่อคำนึงถึงทั้งหมดนี้ คุณอาจคิดว่าไทเทเนียมต้องมีราคาแพงเกินไป อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมมีความอุดมสมบูรณ์เป็นอันดับที่ 9 ในเปลือกโลก ทำให้มีมากกว่าทองแดง สังกะสี และตะกั่ว เหตุใดจึงมีราคาแพงกว่าสแตนเลสห้าถึงสิบเท่า? เนื่องจากกระบวนการ Kroll เป็นแบบ-เป็นชุด ซึ่งต้องใช้พลังงานสูง-ซึ่งต้องใช้ไฟฟ้าประมาณ 36,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมงเพื่อผลิตฟองน้ำไทเทเนียมหนึ่งเมตริกตัน-เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับครัวเรือนโดยเฉลี่ยเป็นเวลาสามปี นอกจากนี้ ไทเทเนียมยังมีค่าการนำความร้อนต่ำมากเมื่อตัดเฉือน ส่งผลให้ความร้อนรวมตัวกันที่คมตัดทั้งหมด ซึ่งทำให้เครื่องมือสึกหรอเร็วกว่าการตัดเหล็กหลายเท่า ต้นทุนที่สูงของไทเทเนียมไม่ได้มาจากวัตถุดิบ แต่มาจากต้นทุนการประมวลผลที่สูง
ครั้งที่สอง ไทเทเนียมที่ลักลอบนำเข้าจากสหภาพโซเวียตถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเครื่องบินสอดแนมของสหรัฐฯ ที่สามารถบินได้ด้วยความเร็วเสียง 3 เท่า
เครื่องบินลาดตระเวน SR-71 "Blackbird" ซึ่งทำการบินครั้งแรกในปี 1964 เป็นเครื่องบินเจ็ตลาดตระเวนทางยุทธศาสตร์ระยะไกล-ในระดับความสูง- สูง- ความเร็วสูงที่ดำเนินการโดยกองทัพอากาศสหรัฐฯ โดยได้รวมเอาเทคโนโลยี-ล้ำหน้ามากมายในยุคนั้น ไว้ด้วยกัน ซึ่งรวมถึงโครงสร้างโลหะผสมไทเทเนียมและเครื่องยนต์วงจรแปรผันแบบเทอร์โบเจ็ท/แรมเจ็ต{14}} และเป็นเครื่องบินไอพ่นลำแรกที่ปฏิบัติการทะลุแผงกั้นความร้อนได้สำเร็จ สามารถแล่นด้วยความเร็ว 3.2 เท่าของความเร็วเสียงที่ระดับความสูง 24,000 เมตร-เร็วมากจนขีปนาวุธป้องกันภัยทางอากาศของโซเวียตที่ยิงในเวลานั้นตามไม่ทัน ตลอดประวัติศาสตร์การปฏิบัติงาน มันไม่เคยถูกยิงด้วยเครื่องบินข้าศึกหรือขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน หนึ่งในความลับที่ได้รับการปกป้องอย่างใกล้ชิดที่สุดของเครื่องบินลำนี้อยู่ที่วัสดุ: 93 เปอร์เซ็นต์ของโครงสร้างเครื่องบินสร้างจากโลหะผสมไททาเนียม
ที่สาม คุณบริโภคและทาไทเทเนียมทุกวัน แต่คุณอาจไม่รู้ตัว
แร่ไทเทเนียมที่ขุดได้ทั่วโลก มีเพียงประมาณ 5% เท่านั้นที่ถูกลดลงเป็นไทเทเนียมโลหะ ส่วนที่เหลืออีก 95% จะถูกแปลงเป็นไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) หรือที่เรียกว่าไทเทเนียมสีขาว
ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นเม็ดสีขาวที่สำคัญที่สุดบนโลก มีดัชนีการหักเหของแสงที่สูงมาก ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระเจิงของแสงสีขาวในสเปกตรัมที่มองเห็นได้สูงสุด ไทเทเนียมไดออกไซด์หนึ่งกิโลกรัมสามารถครอบคลุมพื้นที่ผิวได้ประมาณ 8 ถึง 10 ตารางเมตร ทำให้มีสีขาวบริสุทธิ์ทึบแสง หากไม่มีไททาเนียมไดออกไซด์ ผนังสีขาวในห้องของคุณจะกลายเป็นสีเทา ยาสีฟันจะโปร่งใส ท่อพลาสติกจะเผยให้เห็นสีน้ำตาลอมเหลืองตามธรรมชาติ- และครีมกันแดดที่ทาบนใบหน้าของคุณจะมีลักษณะเหมือนฟิล์มใสมันเยิ้ม
การเคลือบสีขาวเรียบเนียนบนลูกอมของ M&M ที่คุณกินมีไทเทเนียมไดออกไซด์ นมพร่องมันเนยใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เพื่อทำให้ขาวขึ้น ทำให้ดูเหมือนนมเต็มส่วน การเคลือบสีขาวบนเม็ดยาก็ทำมาจากไททาเนียมไดออกไซด์เช่นกัน แม้แต่กระดาษชำระสีขาวที่คุณใช้หลังเข้าห้องน้ำ-หากคุณใช้-ยี่ห้อที่มีความขาวสูง- ก็มีแนวโน้มว่าจะต้องขอบคุณไททาเนียมไดออกไซด์
IV. เมื่อปลูกฝังในร่างกายมนุษย์ กระดูกของคุณจะหลอมรวมกับมัน
หากโลหะผสมไทเทเนียมถูกฝังลงในร่างกายมนุษย์ มันก็จะไม่ถูกปฏิเสธเหมือนโลหะธรรมดา แต่จะค่อยๆ "หลอมรวม" กับกระดูกที่อยู่รอบๆ แทน ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักในทางการแพทย์ว่า osseointegration
กุญแจสำคัญในความสามารถของไททาเนียมในการทำเช่นนี้อยู่ที่การก่อตัวของชั้นออกไซด์ที่มีความหนาแน่นมากบนพื้นผิว ชั้นนี้มีความเสถียรและไม่ระคายเคืองเนื้อเยื่อของมนุษย์ ช่วยให้เซลล์กระดูกเกาะติดและขยายตัวได้อย่างปลอดภัยบนพื้นผิว และค่อยๆ สร้างเนื้อเยื่อกระดูกใหม่
ในทางตรงกันข้าม โลหะหลายชนิดมีแนวโน้มที่จะเกิดการคลายตัว การกัดกร่อน หรือการปฏิเสธหลังจากการฝัง ในขณะที่โลหะผสมไทเทเนียมมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีกว่าและ-ความเสถียรในระยะยาวมากกว่า ด้วยเหตุนี้ จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานทางการแพทย์ เช่น ข้อต่อเทียม แผ่นกระดูก สกรู และรากฟันเทียม
พูดง่ายๆ ก็คือ ไทเทเนียมไม่ได้ถูก "บังคับ" เข้าไปในกระดูก แต่กระดูกก็เต็มใจยอมรับมัน
อีเมล:garychen3215@hotmail.com
ที่อยู่: No.35, Baoti Rd, เมือง Baoji, มณฑลส่านซี, จีน
ติดต่อ: นายแกรี่เฉิน
โทรศัพท์: +86-917-8883215
มือถือ/WhatsApp: +86 13092900605
