تجزیه و تحلیل روند توسعه تیتانیوم

روند توسعه تیتانیوم

1. در صنعت ساخت هواپیما،مواد مورد استفاده در ساخت باید وزن سبک و استحکام بالایی داشته باشند. عموماً با استحکام خاص (نسبت استحکام ماده به چگالی) بیان می شود. هرچه این نسبت بزرگتر باشد، بهتر است و تیتانیوم این نیاز را برآورده می کند. استحکام ویژه تیتانیوم در بین موادی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد، بزرگترین است، 3 برابر فولاد ضد زنگ و 1.3 برابر آلیاژ آلومینیوم. بنابراین در صنعت هواپیماسازی، تیتانیوم ماده ای است که اهمیت زیادی دارد. با توسعه صنعت هوانوردی، سرعت هواپیماها سریعتر و سریعتر می شود. هر چه سرعت بیشتر باشد دمای سطح هواپیما ناشی از اصطکاک بین هواپیما و هوا بیشتر می شود. وقتی سرعت به 2.2 برابر سرعت صوت می رسد، آلیاژ آلومینیوم دیگر مناسب نیست و فولاد خیلی سنگین است، بنابراین فقط از آلیاژ تیتانیوم ساخته شده است. بنابراین برخی افراد می گویند، اگر آلیاژ تیتانیوم به عنوان ماده تولیدی وجود نداشته باشد، ساخت هواپیمای مافوق صوت با سرعت بیش از 2.5 برابر سرعت صوت غیرممکن است.

2. در سفرهای فضایی،سرعت پرواز فضاپیماها بسیار سریعتر از هواپیماها است و محیط کار بیشتر تغییر می کند، بنابراین الزامات مواد نیز بالاتر و سختگیرانه تر است. به عنوان مثال، استفاده از یک موشک برای انتقال یک فضاپیمای سرنشین دار به ماه نیازمند فرآیندی از دمای بالا تا دمای بسیار پایین است. هنگام بازگشت به زمین، از دمای بسیار پایین به دمای بالا می رود. وقتی فضاپیما وارد جو می شود، دمای سطح فضاپیما تا 540 درجه -650 درجه افزایش می یابد. مواد مورد استفاده برای ساخت فضاپیما باید با چنین تغییرات شدید دما سازگار شوند و آلیاژهای تیتانیوم می توانند این نیازها را برآورده کنند. در ناوبری فضایی استفاده از تیتانیوم می تواند وزن هواپیما را تا حد زیادی کاهش دهد. از نظر اقتصادی به دلیل کاهش وزن سازه می تواند در مصرف سوخت بسیار صرفه جویی کند و در عین حال هزینه ساخت و پرتاب راکت و موشک را تا حد زیادی کاهش دهد.

3. مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم بسیار قوی است، به ویژه مقاومت در برابر خوردگی آن در برابر آب دریا، که می تواند با پلاتین قابل مقایسه باشد. شخصی یک بار فلز تیتانیوم را به مدت چهار سال و نیم در آب دریا غوطه ور کرد. پس از بیرون آوردن، مشاهده شد که تقریباً خورده نشده و همچنان درخشش فلزی اولیه خود را حفظ کرده است. بنابراین تیتانیوم ماده خوبی برای ساخت کشتی است. تیتانیوم به عنوان یک ماده مقاوم در برابر خوردگی، از بدو تولد مورد توجه همه کشورها بوده است. به عنوان مثال، از سال 1963 تا 1975 در ایالات متحده، مقدار تیتانیوم مورد استفاده در مواد مقاوم در برابر خوردگی 10 برابر افزایش یافت. در میان تیتانیوم مورد استفاده در ژاپن، 90 درصد برای مقاومت در برابر خوردگی استفاده می شود. مقاومت خوردگی تیتانیوم 150 برابر بیشتر از فولاد ضد زنگ است. تیتانیوم و اکسیژن توانایی پیوند قوی دارند. هنگامی که تیتانیوم در معرض هوا قرار می گیرد، بلافاصله یک لایه اکسید نازک و پایدار روی سطح تشکیل می شود و مقاومت خاصی در برابر خوردگی دارد. (اگر این لایه فیلم از نظر مکانیکی آسیب ببیند، دوباره یک لایه نازک تشکیل می دهد.) امروزه به جای گرافیت در داخل و خارج از کشور در الکترولیزها از تیتانیوم استفاده می شود. در حال حاضر برخی از کشورهای خارج از کشور مقرر کرده اند که در نیروگاه های هسته ای از تمام کندانسورهای تیتانیوم برای ایمنی استفاده شود. از این نظر مقدار تیتانیوم مصرفی قابل توجه است. به عنوان مثال، یک نیروگاه حرارتی با ظرفیت تولید 600،{9}} کیلووات، به 60 تن تیتانیوم نیاز دارد، در حالی که یک نیروگاه هسته ای با ظرفیت تولید 110 کیلووات، به 150 تن تیتانیوم نیاز دارد.

4. افزودن مقدار کمی تیتانیوم به فولاد آلیاژی می تواند عملکرد فولاد را تا حد زیادی بهبود بخشد و استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی فولاد را افزایش دهد.برای مثال، رایج‌ترین فولاد ضد زنگ 18-8 ما حاوی حدود 1 درصد تیتانیوم است. در هیدرومتالورژی فلزات غیرآهنی پس از استفاده از تیتانیوم نتایج خوبی نیز دریافت شده است. به عنوان مثال در تولید الکترولیتی نیکل فلزی به جای صفحات فولادی ضد زنگ به عنوان صفحه مادر از صفحات تیتانیوم استفاده شده است. صفحات فولادی ضد زنگ فقط برای حدود یک سال قابل استفاده هستند، در حالی که صفحات تیتانیوم را می توان برای بیش از 10 سال استفاده کرد و عمر مفید آن 10 برابر افزایش می یابد. آزمایش های طولانی مدت ثابت کرده است که تیتانیوم در بدن انسان سمی نیست، با ترشحات بدن انسان کار نمی کند، برای هر روش استریلیزاسیون مناسب است و خاصیت مغناطیسی ندارد. بنابراین تیتانیوم به عنوان مواد ارتوپدی و وسایل پزشکی در داخل و خارج از کشور مورد استفاده قرار گرفته است.

5. مواد ابررسانا نوعی ماده با چشم انداز توسعه بزرگ در آینده است. آلیاژ ساخته شده از حدود 50 درصد تیتانیوم و 50 درصد نیوبیم در حال حاضر بیشترین تحقیق و استفاده از مواد ابررسانا است.آلیاژ نیوبیم-تیتانیوم 90 درصد از بیش از 100 تن مواد ابررسانا تولید سالانه در ایالات متحده را تشکیل می دهد. باریم تیتانات (BaTiO3) که به طور مصنوعی تهیه شده است، خواص ویژه ای دارد، ثابت دی الکتریک بالایی دارد و خازن ساخته شده از آن ظرفیت بیشتری دارد. در حال حاضر، اگرچه تیتانیوم 2 تا 3 برابر گرانتر از فولاد ضد زنگ است، طول عمر آن به طور کلی بیش از 10 برابر بیشتر از فولاد ضد زنگ است. یعنی استفاده از تیتانیوم برای یک سرمایه گذاری گرانتر است، اما به دلیل طولانی بودن زمان استفاده، بالاخره به صرفه است. انتظار می رود که در آینده نزدیک، تیتانیوم مانند فولاد، مس و آلومینیوم به یک فلز ضروری در زندگی روزمره ما تبدیل شود.

منابع فراوان تیتانیوم کشور ما شرایط عالی را برای توسعه صنعت تیتانیوم فراهم می کند و همچنین چشم اندازهای روشنی را برای کاربرد گسترده تیتانیوم در زمینه های مختلف باز خواهد کرد.