บทบาทของโลหะ

ไทเทเนียม(Ti) เป็นโลหะทรานซิชันในกลุ่ม 4 (กลุ่มย่อยไทเทเนียม) ของคาบ 4 ของตารางธาตุ โดยมีสัญลักษณ์ Ti เลขอะตอม 22 และมวลอะตอมสัมพัทธ์ 47.867 ไทเทเนียมเป็นโลหะสีขาวสีเงินที่แข็งเป็นมันเงา- ซึ่งมีทั้งแบบหกเหลี่ยมและแบบลูกบาศก์ มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 4.506 จุดหลอมเหลว 1,668 องศา และจุดเดือด 3,287 องศา ความต้านทานของมันคือ 42 × 10⁻⁸ Ω·m (ที่ 20 องศา ) ในธรรมชาติ ส่วนใหญ่จะเกิดเป็น rutile, perovskite และ ilmenite ฟองน้ำไทเทเนียมผลิตโดยการลดไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ด้วยแมกนีเซียมที่อุณหภูมิสูง จากนั้นจึงได้แท่งไทเทเนียมโดยการละลายฟองน้ำโดยใช้วิธีอาร์คไฟฟ้า

ไทเทเนียมมีคุณสมบัติพิเศษซึ่งนำไปสู่การใช้อย่างแพร่หลาย การใช้งานหลัก ได้แก่ การบินและอวกาศ การต่อเรือ อุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเคมี การขนส่ง การป้องกัน การเดินเรือ การผลิตไฟฟ้า การก่อสร้าง โลหะวิทยา อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์กีฬา สินค้าอุปโภคบริโภค และอุตสาหกรรมเบา

ไทเทเนียมบริสุทธิ์ไม่ค่อยถูกนำมาใช้ในการใช้งานจริงเนื่องจากมีความแข็งแรงต่ำ ซึ่งทำให้ไม่เหมาะที่จะใช้เป็นวัสดุโครงสร้าง ดังนั้นโลหะผสมไทเทเนียมจึงถูกนำมาใช้เป็นหลักในการใช้งานจริง ไทเทเนียมเหลวสามารถละลายโลหะได้เกือบทั้งหมด ดังนั้นจึงสามารถสร้างโลหะผสมกับโลหะหลากหลายชนิดได้ อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบการผสมหลักในโลหะผสมไทเทเนียม การมีสิ่งเจือปนในไทเทเนียมมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งเจือปนที่คั่นระหว่างหน้า (ออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอน) สามารถเพิ่มความแข็งแรงของไทเทเนียมได้อย่างมาก ขณะเดียวกันก็ลดความเหนียวลงอย่างมาก คุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมของโลหะผสมไททาเนียมในฐานะวัสดุโครงสร้างทำได้โดยการควบคุมระดับสิ่งเจือปนที่เหมาะสมอย่างเข้มงวดหรือการเติมองค์ประกอบโลหะผสม

โลหะผสมไททาเนียมสามารถจำแนกตามการใช้งานเป็นโลหะผสม-โลหะผสมที่ทนความร้อน, โลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง-, โลหะผสมที่ต้านทานการกัดกร่อน- (เช่น โลหะผสมไทเทเนียม-โมลิบดีนัมและไทเทเนียม-แพลเลเดียม) โลหะผสมที่มีอุณหภูมิต่ำ- และโลหะผสมวัตถุประสงค์-พิเศษ (เช่น ไทเทเนียม-วัสดุกักเก็บไฮโดรเจนของเหล็ก และไทเทเนียม-หน่วยความจำรูปร่างนิกเกิล โลหะผสม)

กระบวนการถลุงโลหะผสมไทเทเนียมนั้นคล้ายคลึงกับกระบวนการถลุงไทเทเนียม ยกเว้นว่าการเติมองค์ประกอบอัลลอยด์ต่างๆ ลงในไทเทเนียมหลอมเหลวนั้นได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง ปัจจุบัน ประเทศทางตะวันตก เช่น สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น กำลังใช้เทคโนโลยีการถลุงโลหะผสมไททาเนียมใหม่ๆ ซึ่งรวมถึงเตาหลอมเตาเย็นแบบลำแสงอิเล็กตรอนและเตาหลอมแบบเย็นแบบพลาสมา เตาหลอมแบบเย็นที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนประสบความสำเร็จในการหลอมโลหะผสมไทเทเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสม GR5 ในขณะที่เทคโนโลยีลำแสงพลาสมาเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการหลอมโลหะผสมไทเทเนียมที่มีองค์ประกอบที่ซับซ้อน รัสเซียได้พัฒนาเทคโนโลยีการถลุงที่คล้ายกับเตาหลอมแบบเย็น- ซึ่งเรียกว่า "การหลอมอิเล็กโทรด-ตะกรันเปลือกโลก-ที่บริโภคได้- นอกจากนี้ เทคโนโลยีการหลอมละลายด้วยความเย็น-ยังมีความก้าวหน้าที่สำคัญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อรวมกับกระบวนการหล่อแบบหมุนเหวี่ยงเพื่อการหล่อแบบหล่อไทเทเนียมอย่างแม่นยำ ปัจจุบันมีการผลิตเตาหลอมเบ้าหลอมเย็น-รุ่นที่สอง{12}} เตาหลอมนี้จะเพิ่มความสามารถในการหลอมอย่างมาก ลดเวลาการหลอมให้สั้นลง ช่วยให้สามารถหลอมละลายได้เต็มที่ และกำจัดการก่อตัวของเปลือกโลหะ

ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่จำกัดการใช้โลหะผสมไทเทเนียมอย่างแพร่หลายคือค่าการนำความร้อนต่ำ ความแข็งสูง โมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำ และปฏิกิริยาทางเคมีที่อุณหภูมิสูง ทำให้ยากต่อการตัดเฉือน หลอม และเชื่อม ความท้าทายทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับโลหะผสมนิกเกิลและไทเทเนียม-และผลลัพธ์ที่มีต้นทุนสูง- ทำให้ยากต่อการใช้งานในปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายนั้นน่าดึงดูดเกินกว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพของอาวุธและอุปกรณ์ทางทหาร

การใช้โลหะผสมไททาเนียมที่เพิ่มขึ้นในภาคการบินและอวกาศไม่เพียงแต่เนื่องมาจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมโดยธรรมชาติเท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในเทคโนโลยีการขึ้นรูปที่มีความแม่นยำ การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีการหล่อที่แม่นยำสำหรับส่วนประกอบโลหะผสมไทเทเนียมขนาดใหญ่ เสาหิน และซับซ้อนได้เปิดช่องทางใหม่ในการขยายการใช้โลหะผสมไทเทเนียมในลำตัวเครื่องบินและเครื่องยนต์ของเครื่องบิน F-22 ใช้ส่วนประกอบโลหะผสมไทเทเนียมหล่อที่มีความแม่นยำ-อย่างกว้างขวาง (รวมทั้งหมด 54 ชิ้น) ในตัวขับหางเสือแนวตั้งและพื้นที่รับน้ำหนักที่สำคัญอื่นๆ คิดเป็นประมาณ 7.1% ของน้ำหนักโครงสร้างโดยรวม

Titanium metal Titanium Sheet factory