اقرأ في هذا المقال
تم اكتشاف التيتانيوم بواسطة كاهن إنجليزي يدعى جريجوت، حبث تم إنجاز فصل خام التيتانيوم في عام 1825 وفي عام 1906 تم عزل كمية كافية من التيتانيوم النقي في شكل معدني للسماح بدراسته بعد هذه الدراسة، في عام 1932، تم تطوير عملية استخراج أصبحت أول طريقة تجارية لإنتاج التيتانيوم، كما بدأ مكتب المناجم بالولايات المتحدة في صنع إسفنج التيتانيوم في عام 1946 ، وبعد 4 سنوات بدأت عملية الصهر.
استخدام التيتانيوم
تم استخدام التيتانيوم على نطاق واسع، حيث يتم استخدامه في العديد من المؤسسات التجارية وهو مطلوب باستمرار لعناصر مثل المضخات والشاشات والأدوات والتركيبات الأخرى التي ينتشر فيها هجوم التآكل وفي صناعة الطائرات وإصلاحها، كما أنه يستخدم التيتانيوم في هياكل جسم الطائرة وأغطية المحرك والجدران النارية والأطر الطويلة والإطارات والتجهيزات ومجاري الهواء والمثبتات.
يستخدم التيتانيوم في صناعة أقراص الضاغط وحلقات المباعدة وشفرات الضاغط والريش من خلال البراغي ، والتوربينات والعلب والبطانات والأجهزة المتنوعة للمحركات التوربينية.
مظهر التيتانيوم
التيتانيوم في المظهر، يشبه الفولاذ المقاوم للصدأ إحدى الطرق السريعة المستخدمة يتم تحديد التيتانيوم بطريقة هي اختبار الشرارة، حيث يعطي التيتانيوم أثرًا أبيض لامعًا ينتهي في انفجار أبيض لامع أيضًا، يمكن تحديد الهوية عن طريق ترطيب التيتانيوم واستخدامه لرسم خط على قطعة من الزجاج، حيث سيترك هذا خطًا داكنًا مشابهًا لعلامة قلم الرصاص في المظهر، كما يقع التيتانيوم بين الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ من حيث المرونة والكثافة وقوة درجة الحرارة المرتفعة، حيث تبلغ درجة انصهارها من 2730 درجة فهرنهايت إلى 3155 درجة فهرنهايت وموصلية حرارية منخفضة ومعامل تمدد منخفض، كما إنه خفيف وقوي ومقاوم للتشقق الناتج عن تآكل الإجهاد ويعتبر التيتانيوم أثقل بحوالي 60 بالمائة من الألمنيوم وحوالي 50 بالمائة أخف من الفولاذ المقاوم للصدأ.
بسبب درجة انصهار التيتانيوم العالية، فإن خصائص درجة الحرارة المرتفعة مخيبة للآمال، حيث تنخفض قوة الخضوع النهائية للتيتانيوم بسرعة أعلى من 800 درجة فهرنهايت، كما أن امتصاص الأكسجين والنيتروجين من الهواء عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة فهرنهايت يجعل المعدن هشًا للغاية عند التعرض الطويل لدرجة أنه سرعان ما يصبح عديم القيمة ومع ذلك، فإن التيتانيوم لديه بعض المزايا للتعرض لفترة قصيرة تصل إلى 3000 درجة فهرنهايت حيث القوة ليست مهمة، حيث تتطلب جدران حماية الطائرات هذا المطلب.
التيتانيوم والمغناطيسية
يعتبر التيتانيوم غير مغناطيسي وله مقاومة كهربائية مماثلة لتلك الموجودة في الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث أن بعض سبائك التيتانيوم الأساسية صلبة للغاية ولا تؤدي المعالجة الحرارية والسبائك إلى تطوير صلابة التيتانيوم إلى المستويات العالية لبعض سبائك الفولاذ المعالجة حرارياً، حيث لم يتم تطوير سبيكة تيتانيوم قابلة للمعالجة بالحرارة إلا مؤخرًا وقبل تطوير هذه السبيكة، كان التسخين والدرفلة هي الطريقة الوحيدة للتشكيل التي يمكن تحقيقها ومع ذلك، من الممكن تشكيل سبيكة جديدة في حالة لينة ومعالجتها بالحرارة من أجل الصلابة.
يستخدم الحديد والموليبدينوم والكروم لتحقيق الاستقرار في التيتانيوم وإنتاج سبائك من شأنها أن تروي الصلابة وتتصلب مع تقدم العمر، كما أن إضافة هذه المعادن تضيف ليونة وتعتبر مقاومة الإجهاد للتيتانيوم أكبر من مقاومة الألمنيوم أو الفولاذ ويصبح التيتانيوم أكثر ليونة مع زيادة درجة نقائه، كما أنه ليس من العملي التمييز بين مختلف درجات التيتانيوم النقي أو غير الممزوج تجاريًا عن طريق التحليل الكيميائي لذلك، يتم تحديد الدرجات من خلال الخواص الميكانيكية.
تسميات التيتانيوم
تم إنشاء تصنيف (A-B-C) لسبائك التيتانيوم لتوفير وسيلة مريحة وبسيطة لوصف جميع سبائك التيتانيوم، حيث تمتلك سبائك التيتانيوم والتيتانيوم ثلاثة أنواع أساسية من البلورات: A (alpha) و B (beta) و C (الجمع بين alpha و beta) خصائصها هي:
- أ (ألفا): كل ما يتعلق بالأداء قابلية جيدة للحام صلبة وقوية على حد سواء باردة وساخنة ومقاومة للأكسدة.
- ب (بيتا): قابلية الانحناء ليونة الانحناء ممتازة. قوي بارد وساخن ولكنه يكون أكثر عرضة للتلوث.
- C (مركب ألفا وبيتا لأداء وسط): قوي عندما يكون باردًا ودافئًا، لكنه ضعيف عندما يكون ساخنًا قابلية جيدة للانحناء مقاومة تلوث معتدلة.
يتم تصنيع التيتانيوم للاستخدام التجاري في تركيبتين أساسيتين: التيتانيوم النقي تجاريًا وسبائك التيتانيوم(A-55) هو مثال على التيتانيوم النقي تجاريًا، حيث تبلغ قوة الخضوع من 55.000 إلى 80.000 رطل/بوصة مربعة وهي درجة للأغراض العامة للتشكيل المتوسط إلى الشديد، حيث يتم استخدامه أحيانًا للأجزاء غير الإنشائية للطائرات ولجميع أنواع التطبيقات المقاومة للتآكل، مثل الأنابيب، كما يرتبط التيتانيوم من النوع (A-70) ارتباطًا وثيقًا بالنوع (A-55)، ولكن لديه قوة خضوع تتراوح من 70.000 إلى 95.000 رطل لكل بوصة مربعة، كما يتم استخدامه عند الحاجة إلى قوة أعلى ويتم تحديده للعديد من أجزاء الطائرات ذات الضغط المعتد. بالنسبة للعديد من تطبيقات التآكل، يتم استخدامه بالتبادل مع النوع (A-55). كلا النوعين (A-55) والنوع (A-70) قابلان للحام.
تم تصنيف إحدى سبائك التيتانيوم الأساسية المستخدمة على نطاق واسع باسم C-110M. يتم استخدامه للأعضاء الهيكلية الأولية وجلد الطائرة ، ولديه 110.000 رطل لكل بوصة مربعة كحد أدنى من مقاومة الخضوع ، ويحتوي على 8 في المائة من المنجنيز، يعتبر النوع (A-110AT) عبارة عن سبيكة تيتانيوم تحتوي على 5 في المائة من الألومنيوم و 2.5 في المائة من القصدير، كما أن لديها قوة إنتاجية دنيا عالية في درجات حرارة مرتفعة مع خصائص لحام ممتازة متأصلة في سبائك التيتانيوم من النوع ألفا.
خصائص تآكل التيتانيوم
تستحق مقاومة التيتانيوم للتآكل إشارة خاصة، حيث تحدث مقاومة المعدن للتآكل عن طريق تكوين طبقة واقية على السطح من أكسيد مستقر أو أكسجين ممتص كيميائيًا. غالبًا ما ينتج الفيلم عن وجود الأكسجين والعوامل المؤكسدة.
تآكل التيتانيوم منتظم، حيث أن هناك القليل من الأدلة على التنقر أو الأشكال الخطيرة الأخرى للهجوم الموضعي في العادة، لا يخضع للتآكل بسبب الإجهاد أو الإجهاد الناتج عن التآكل أو التآكل بين الخلايا الحبيبية أو التآكل الجلفاني الذي مقاومته للتآكل تساوي 18-8 الفولاذ المقاوم للصدأ أو متفوقة.
تظهر الاختبارات المعملية باستخدام المحاليل الحمضية والملحية استقطاب التيتانيوم بسهولة، يعتبر التأثير الصافي بشكل عام، هو تقليل التدفق الحالي في الخلايا الجلفانية والتآكل، حيث يتم تقييد تيارات التآكل على سطح الأزواج المصنوعة من التيتانيوم والمعدن بشكل طبيعي وهذا يفسر جزئياً المقاومة الجيدة للعديد من المواد الكيميائية أيضًا، يمكن استخدام المادة مع بعض المعادن غير المتشابهة مع عدم وجود تأثير كلفاني ضار على أي منهما.
