Titanium: Så stærk som stål, så let som aluminium-og det er også i din krop
En knogle af titanlegering kan forblive i din krop i en menneskealder, og en flyvemaskine, der udelukkende er i-titanium, kan flyve med tre gange lydens hastighed. Dette metal-lettere end stål og stærkere end aluminium-er gemt i din tandpasta, solcreme og knæ.
Dette metal er titanium. Det er ikke uhyrligt dyrt; det er bare uhyrligt sjældent.
I. Halvdelen af stålets vægt, dobbelt så hårdt som aluminium
Titanium har en densitet på 4,51 g/cm³, hvilket er 56% af stål og 1,6 gange af aluminium. Styrken af rent titanium er på niveau med styrken af medium-kulstofstål, mens titanlegeringer (de mest klassiske er Ti-6Al-4V, kendt i branchen som "Titanium 64") skubber styrke til 900-1.170 MPa, hvilket placerer dem i samme liga som højstyrkestål{14}. Med hensyn til specifik styrke - det vil sige den belastning, den kan bære pr. vægtenhed - titanium overgår alle andre metaller.
Hvad der er endnu mere bemærkelsesværdigt er, at denne høje styrke ikke kommer på bekostning af sejhed. Mens mange højstyrkestål er stærke, er de ofte skøre; titanlegeringer bevarer dog god sejhed og brudmodstand selv i flydende nitrogen ved -200 grader, og blødgøres ikke hurtigt ved høje temperaturer over 400 grader, i modsætning til aluminiumslegeringer. Fra de lave temperaturer af flydende helium nær 4 K til de høje temperaturer i flymotorturbiner omkring 500 grader, udviser titanlegeringer ingen væsentlige ydeevnegab over hele temperaturområdet.
Overvej nu korrosionsbestandighed. Et tæt TiO2-passiveringslag dannes spontant på overfladen af titanium; Selvom det kun er et par nanometer tykt, fungerer det som en beskyttende panser, der er tæt bundet til underlaget. Selvom dette lag er ridset, genoxiderer det hurtigt- og reparerer sig selv-så hurtigt, at tegn på korrosion er praktisk talt usynlige. En titanlegering efterladt nedsænket i havvand i tyve år vil stadig skinne, når den tørres ren efter fjernelse. Medier som koncentreret svovlsyre, salpetersyre, klorgas og organiske syrer kæmper også for at forårsage betydelig korrosion. Den eneste svaghed er flussyre (HF): fluoridioner opløser direkte oxidfilmen på titaniumoverfladen, blotlægger titaniumsubstratet og forårsager korrosion.
Tager man alt dette i betragtning, tror du måske, at titanium må være ublu dyrt. Imidlertid rangerer titanium på en niendeplads i overflod i jordskorpen, hvilket gør det mere rigeligt end kobber, zink og bly. Så hvorfor er det stadig fem til ti gange dyrere end rustfrit stål? Fordi Kroll-processen er en batch--type, energiintensiv-metode, der kræver cirka 36.000 kilowatt-timer elektricitet for at producere et metrisk ton svampet titanium-nok til at drive en gennemsnitlig husstand i tre år. Desuden har titanium ekstremt dårlig termisk ledningsevne, når det bearbejdes, hvilket får varmen til at koncentrere sig helt ved skærkanten, hvilket slider værktøjet flere gange hurtigere end ved skæring af stål. De høje omkostninger ved titanium stammer ikke fra selve råmaterialet, men fra de høje omkostninger ved at forarbejde det.
II. Titanium smuglet fra Sovjetunionen blev brugt til at bygge et amerikansk spionfly, der kunne flyve med tre gange lydens hastighed
SR-71 "Blackbird"-rekognosceringsflyet, som foretog sin jomfruflyvning i 1964, var et strategisk rekognosceringsjet med stor-lang rækkevidde,-høj-højhastighedstog, der blev betjent af det amerikanske luftvåben. Det inkorporerede et væld af avanceret-teknologi fra tiden, herunder en titanlegeringsstruktur og en turbojet/ramjet variabel-motor, og var det første operationelle jetfly, der med succes brød igennem varmebarrieren. Den var i stand til at krydse med 3,2 gange lydens hastighed i en højde af 24.000 meter-så hurtigt, at sovjetiske luftforsvarsmissiler, der blev affyret på det tidspunkt, simpelthen ikke kunne følge med det. Gennem hele sin operationelle historie blev den aldrig skudt ned af fjendtlige fly eller antiluftskytsmissiler. En af flyets tættest bevogtede hemmeligheder ligger i dets materialer: 93 procent af dets flyskrog er konstrueret af titanlegering.
III. Du indtager og anvender titan hver dag, men du er måske ikke klar over det
Af den titaniummalm, der udvindes på verdensplan, er kun omkring 5% reduceret til metallisk titanium; de resterende 95 % omdannes til titaniumdioxid (TiO₂), også kendt som titanium white.
Titandioxid er det vigtigste hvide pigment på Jorden. Den har et ekstremt højt brydningsindeks, hvilket maksimerer spredningseffektiviteten af hvidt lys i det synlige spektrum. Et kilo titaniumdioxid kan dække cirka 8 til 10 kvadratmeter overfladeareal, hvilket giver det en uigennemsigtig, ren hvid farve. Uden titaniumdioxid ville de hvide vægge i dit værelse blive grå, tandpasta ville blive gennemsigtig, plastikrør ville afsløre deres naturlige gullige-brune farve, og solcreme på dit ansigt ville ligne en fedtet, gennemsigtig film.
Den glatte hvide belægning på M&M's slik, du spiser, indeholder titaniumdioxid. Skummetmælk bruger titaniumdioxid til at blege den, så den ligner mere sødmælk. Den hvide belægning på piller er også lavet af titaniumdioxid. Selv den hvide farve på toiletpapiret, du bruger efter at have gået på toilettet,-hvis du bruger et mærke med høj-hvidhed-, er højst sandsynligt takket være titaniumdioxid.
IV. Når de implanteres i den menneskelige krop, vil dine knogler aktivt smelte sammen med den
Hvis titanlegering implanteres i den menneskelige krop, afvises den ikke som almindelige metaller; i stedet for "fusionerer" den gradvist med den omgivende knogle. Dette fænomen er kendt i medicin som osseointegration.
Nøglen til titaniums evne til at gøre dette ligger i dannelsen af et meget tæt oxidlag på overfladen. Dette lag er stabilt og irriterer ikke menneskeligt væv, hvilket gør det muligt for knogleceller at binde sig sikkert til og proliferere på dets overflade og gradvist danne nyt knoglevæv.
I modsætning hertil er mange metaller tilbøjelige til at løsne, korrosions- eller afstødningsreaktioner efter implantation, hvorimod titanlegeringer giver bedre biokompatibilitet og større-langtidsstabilitet. Af denne grund er de meget brugt i medicinske applikationer såsom kunstige led, knogleplader, skruer og tandimplantater.
Kort sagt, titanium bliver ikke "tvunget" ind i knoglen; snarere accepterer knoglen det villigt.
E-mail:garychen3215@hotmail.com
Adresse: No.35, Baoti Rd, Baoji by, Shaanxi-provinsen, Kina
Kontakt: Mr. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
