یکی از اصلی‌ترین اقدامات بشر در تمامی صنایع و حوزه‌ها، ارتقا کمی و کیفیت محصولات مورد استفاده بوده است. در همین راستا و به منظور دستیابی به بهترین قطعات، به سراغ مواد و عناصر مختلفی می‌رود تا بتواند با تولید آلیاژهای گوناگون، بهترین قطعات و محصولات را تولید کند. یکی از این عناصر مهم و حیاتی که نقشی موثر داشته، تیتانیوم است. این عنصر در مقایسه با دیگر عناصر موجود دارای رسانا گرمایی و الکتریکی کمتر، دمای ذوب بالاتر، خاصیت چکش‌خواری بهتر و… است. صنعت‌گران می‌توانند به سادگی از تیتانیوم برای تولید انواع میلگرد، ساخت هواپیما و… استفاده کنند.
تاریخچه تیتانیوم
در سال 1791 فردی با نام ویلیام گرگور اولین ماده معدنی تیتانیوم را که یک ماسه سیاه به نام مناکانیت بود کشف کرد. پس از تجزبه و تحلیل و بررسی آن به این نتیجه رسید که این ماده از اکسیدهای آهن و یک فلز ناشناخته ایجاد شده است. پس از گذشت زمان و در سال 1795 یک دانشمند آلمانی با نام مارتین کلاپروت به سراغ یک سنگ معدنی قرمز رنگ رفت و آن را در مجارستان مورد بررسی قرار داد. آن سنگ شکلی از روتیل بود و دانشمند متوجه شد که اکسید عنصری بوده و ناشناخته است و در این شرایط نام آن را تیتانیوم قرار داد. پس از کشف تیتانیوم، گرگور نیز به سراغ ماده معدنی رفت و اعلام کرد که آن ماده نیز حاوی تیتانیوم است.
با گذر زمان، آلیاژهای تیتانیوم در بازار مورد استفاده قرار گرفتند و با ویژگی‌های خاص خود، در صنایع قابل استفاده بودند. از مهم‌ترین آلیاژهای این فلز می‌توان به تیتانیوم غیر آلیاژی، آلفا تیتانیوم، آلیاژهای نزدیک به آلفا تیتانیوم، آلیاژهای آلفا-بتا تیتانیوم و بتا تیتانیوم اشاره داشت. تمامی این آلیاژها در خواص فیزیکی و شیمیایی تفاوت‌هایی دارند که برای مثال آلیاژهای آلفا-بتا قابلیت جوشکاری و عملیات حرارتی بسیار دارند و آلیاژهای بتا استحکام شکست بالاتری ارائه می‌دهند.
تولید و استخراج تیتانیوم
یکی از نکات مهم در خصوص تیتانیوم این است که این فلز به صورت خالص در طبیعت وجود ندارد و باید با ترکیب چند عنصر مختلف، آن را ایجاد کرد. سنگ معدنی تیتانیوم با عنوان دی اکسید تیتانیوم شناخته شده و به روتیل نیز معروف است. روتیل از نظر فراوانی جزو موارد کمیاب به‌شمار می‌آید و قیمت بالایی دارد. در این راستا برای استخراج و تولید تیتانیوم باید از روش‌های مختلفی استفاده کرد که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:
تولید تیتانیوم به روش هانتر
در روش هانتر برای استخراج تیتانیوم باید محیطی خنثی با دمای 1000 درجه سانتی‌گراد ایجاد شود. در این شرایط باید به سراغ سدیم رفت تا میزان تتراکلرید تیتانیوم را کاهش داد. در این فرآیند می‌توان به افزایش میزان تیتانیوم خالص دست پیدا کرد. توجه داشته باشید که این فرآیند منسوخ شده و دیگر از این روش برای تولید تیتانیوم استفاده نمی‌شود.
تولید تیتانیوم از روش کرال
روش کرال جزو روش‌های نوین بوده که از چهار مرحله مختلف تشکیل می‌شود.
- مرحله اول شامل کلریناسیون سنگ معدن می‌شود که تیتانیوم کلرید به دست می‌آید.
- در مرحله دوم وارد فرایند تقطیر می‌شود تا غلظت محلول را افزایش دهید و به بالای 99 درصد برسانید.
- مرحله سوم به تبدیل تیتانیوم کلرید به اسفنج کلرید اختصاص دارد.
- در نهایت نیز با استفاده از واکنش‌های بعدی و انجام قوس الکتریکی، ماده موردنظر به وجود می‌آید.
کاربردهای تیتانیوم
در صنایع مختلف، دی اکسید تیتانیوم جایگاه ویژه‌ای دارد و در 90 درصد صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از صنایع پرطرفدار، صنعت رنگ‌سازی بوده که از دی اکسید تیتانیوم به عنوان رنگدانه استفاده می‌شود. علاوه‌بر آن، در واحدهای مولد برق، ساخت زیر دریایی، نیروگاه‌های حرارتی و اتمی، آلیاژی، تجهیزات حمل و نقل و… قابل استفاده است. توجه داشته باشید که ترکیبات تیتانیوم نیز به طور گسترده در صنایع قابل استفاده هستند. برای مثال تیتانیوم دی اکسید در تهیه ( الیاف مصنوعی، در ساخت کرم ضد آفتاب، رنگدانه در فراورده‌های غذایی، مواد آرایشی، سرامیک، لاستیک، پلاستیک و پارچه)، تیتانات باریم در (در پیزوالکتریک‌ها و نیمه‌هادی‌ها)، تیتانات استرانسیم در (ابزار نوری، جواهرات مصنوعی)، نیترید تیتانیوم به عنوان (بوته ذوب آلیاژهای لانتانیوم، رنگ زرد طلایی در جواهرات) و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به دیگر کاربردهای تیتانیوم اشاره می‌کنیم:
- جواهرسازی
- ربات‌های صنعتی
- در ساخت لوازم آرایشی
- دارو
- صنعت هوا فضا
- کاغذ سازی
- لاستیک سازی
- صنایع برق
- دستگاه‌های خنک‌کننده در نیروگاه‌های حرارتی و اتمی
- صنایع شیمیایی
- سرامیک‌سازی
- ساخت موتور جت
- صنایع نفت برای سولفورزدایی مشتقات نفتی
- صنایع آرایشی
- داروسازی
- ایمپلنت‌های دندانی
ویژگی های تیتانیوم
تمامی عناصر مورد استفاده در صنایع مختلف به دلیل ویژگی‌هایی که دارد می‌توانند کارایی خود را افزایش دهند. تیتانیوم نیز از این قائده مستثنی نیست و با بررسی ویژگی‌های آن می‌توانید به کارایی آن پی ببرید. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های تیتانیوم آن است که این فلز مقاومت کششی بسیاری دارد که با فولاد برابری می‌کند؛ اما وزن سبک تیتانیوم باعث شده تا جلب توجه کند. برخی دیگر از ویژگی‌های تیتانیوم عبارت‌اند از:
- مقاومت بالا در برابر خوردگی
- دارای بالاترین نسبت مقاومت به چگالی
- برابری کردن با فولاد از نظر مقاومت در زمان ترکیب با دیگر فلزات
- دارای وزن کم و استحکام بسیار
- رسانایی گرمایی و الکتریکی پایین
- دمای ذوب بالا
- خاصیت چکش‌خواری بسیار
| ویژگی | توضیحات |
| مقاومت بالا در برابر خوردگی | تیتانیوم به‌طور طبیعی در برابر خوردگی مقاوم است، حتی در محیط‌های دریایی و شیمیایی. |
| نسبت مقاومت به چگالی بالا | این فلز نسبت به وزن خود دارای استحکام بسیار بالایی است، به‌ویژه در مقایسه با فلزات دیگر. |
| مقاومت مشابه با فولاد | در ترکیب با دیگر فلزات، تیتانیوم می‌تواند مقاومت مشابهی با فولاد فراهم کند، اما سبک‌تر است. |
| وزن کم و استحکام بالا | با وجود سبک بودن، تیتانیوم استحکام و سختی بسیار بالایی دارد، که آن را برای کاربردهای خاص مناسب می‌سازد. |
| رسانایی گرمایی و الکتریکی پایین | نسبت به سایر فلزات، تیتانیوم رسانایی گرمایی و الکتریکی پایینی دارد. |
| دمای ذوب بالا | تیتانیوم دارای دمای ذوب بالا است که آن را برای استفاده در شرایط دمایی سخت مناسب می‌سازد. |
| خاصیت چکش‌خواری بسیار | تیتانیوم به راحتی قابل شکل‌دهی و انعطاف‌پذیری است، که این ویژگی در فرآیندهای تولید آن کمک می‌کند. |
سخن پایانی
تیتانیوم که در گروه چهاردهم جدول مندلیف قرار گرفته، دارای ظاهری براق و نقره‌ای است. ویژگی‌های ممتاز آن نظیر خاصیت چکش‌خواری بسیار، وزن کم و استحکام زیاد، مقاومت بالا در برابر خوردگی و… باعث شده تا مورد توجه تولید کنندگان قرار گیرد. دی اکسید تیتانیوم که یکی از فراوان‌ترین ترکیبات این فلز است در صنایعی نظیر جواهرسازی، ساخت زیردریایی، تولید دارو و… کارایی دارد. روش‌های مختلفی برای تولید تیتانیوم وجود داشته که روش هانتر منسوخ شده و امروزه از روش کرال بهره می‌برند. شما می‌توانید از آلیاژهای این فلز نیز برای ساخت قطعات و محصولات خود بهره ببرید و از خواص فیزیکی و مکانیکی آن‌ها در جهت بهبود فعالیت خود استفاده کنید.