UNIVERSITATEA VALAHIA TARGOVISTE FACULTATEA DE STIINTE ECONOMICE - FINANTE SI BANCI-

TITANUL PROPRIETATI SI UTILIZARI-

CHITA MARIA MAGDALENA

Titanul Proprietati si utilizari

Titanul este un element chimic cu simbolul Ti i numrul atomic 22. Are o densitate mic i este un metal de tranziie dur, lucios i rezistent la coroziune (inclusiv fa de apa de mare, apa regal i clor), cu o culoare argintie. Titanul poate fi folosit n combinaii cu fierul, vanadiul, molibdenul, printre alte elemente, cu scopul de a produce aliaje puternice i uoare pentru aerospaiu (motor cu reacie, proiectil sau nave spaiale), uz militar, procese industriale (chimicale i petro-chimicale, uzine de desalinizare, hrtie), automobile, agro-alimentare, proteze medicale, implanturi ortopedice, intrumente i pile dentare, implanturi dentare, bijuterii, telefoane mobile i alte aplicaii. Titaniul a fost descoperit n Anglia de William Gregor n 1791 i numit de Martin Heinrich Klaproth dup Titanii din mitologia greac. Elementul apare n anumite depozite de minerale, n special rutil i ilmenit, care sunt larg distribuite n scoara Terrei i n litosfer, i se gsete n aproape toate vietile, rocile, acumulri de ap sau soluri. Metalul este extras din minereurile sale principale prin procesul Kroll sau procesul Hunter. Cel mai comun compus al su, dioxidul de titan, este utilizat n fabricarea pigmenilor albi. Ali compui includ tetraclorura de titan (TiCl4, folosit n scrisul pe cer i ca un catalizator) i triclorura de titan (TiCl3, folosit ca un catalizator n procesul de fabricare a polipropilenei).

Proprietatile titanuluiProprietile mecanice ale titanului sunt puternic influenate de coninutul anumitor impuriti, precum i de gradul de deformare plastic. n stare de puritate avansat, rezistena de rupere la traciune poate ajunge la 32 daN/mm2 (deformat plastic), iar alungirea la 60-70% n cazul cand este retopit n vid i turnat. Oxigenul, azotul i hidrogenul, chiar n cantiti mici, micoreaz alungirea titanului care devine dur i fragil. Titanul se prelucreaz bine prin deformare plastic la cald i se sudeaz uor. Un avantaj al titanului const n faptul c rezistena sa mecanic crete cand temperatura se micoreaz. La o temperatur de -180C, ea este de dou ori mai mare decat la temperatura normal. Caracteristic titanului este marea sa rezisten la coroziune. n stare pur prezint o stabilitate excepional n apa de mare. Experienele au artat c abia dup circa 4 000 de ani s-ar produce o coroziune n adncime de 0,1 mm. n prezena oxigenului pe suprafaa titanului ia natere o pelicul protectoare de oxid, rezistent la multe substane agresive, ca : acid sulfuric, bioxid de sulf, acid acetic, acid azotic, ap regal, clor uscat etc. Dac n stare compact titanul este stabil la aer, pulberea fin este piroforic i se oxideaz repede. Rezistena la coroziune a titanului fa de aciunea agenilor chimici puternic agresivi

poate fi mrit cu ajutorul unor elemente chimice, ca : bor, vanadiu, tantal sau prin acoperiri galvanice cu crom, argint, cupru etc. Titanul formeaz cu unele metale o serie de aliaje deosebit de importante pentru tehnica modern, dintre care menionm aliajele : Ti-Al-Mn ; Ti-Al-Cr-Mo ; Ti-Al-Cr-Fe-Mo ; Ti-Al-Sn ; Ti-Al-V etc. Aceste aliaje se caracterizeaz printr-o combinare de proprieti superioare mbinand refractaritatea i rezistena la coroziune cu o bun rezisten mecanic i o greutate specific mic. Ca urmare, aliajele pe baz de titan au o larg utilizare n construcia de avioane (n special de avioane supersonice), rachete, nave i utilaj chimic. Intrebuinarea aliajelor pe baz de titan n locul oelurilor speciale duce la o apreciabil reducere de greutate a construciei, ceea ce are mare importan n aviaie. n construcia de avioane, titanul i aliajele sale se utilizeaz la executarea unor elemente greu solicitate ale fuselajului, a unor piese ale motorului cu reacie, la plcile de blindaj i pentru piesele de armament. Datorit rezistenei sale bune la temperaturi joase, utilizarea titanului se extinde i n construcia rachetelor cu carburani i oxidani lichizi, cu temperaturi cuprinse ntre -195 i -250C. n construciile navale, aliajele de titan se folosesc datorit rezistenei lor la coroziune pentru confecionarea arborilor, a unor elemente ale pompelor, elicelor pentru vapoare . Titanul constituie un material util pentru reali zarea instalaiilor de evaporare a apei de mare, a bilor de cromaj i nichelaj i pentru instalaiile de poleit electric i de eloxare. Sub form de ferotitan (aliaj de Fe-Ti) este utilizat ca dezoxidant, mbuntind calitatea fontei i a oelului. Astfel, prezena titanului n cantiti mici (0,4-1,2%) mrete duritatea, rezistena la uzur i la coroziune a fontelor, iar n cazul oelurilor mrete refractaritatea i rezistena la uzur prin frecare. Metalurgia titanului este relativ nou luand amploare dup cel de al doilea rzboi mondial. Ca materii prime mai importante pentru extragerea titanului se folosesc ilmenitul (FeTi03) i rutilul (Ti02). Principalul procedeu pentru extragerea titanului este procedeul Kroll. Potrivit acestui procedeu titanul se obine prin reducerea cu magneziu a tetra-clorurii de titan, dup reacia :TiCl4 + 2 Mg = Ti+2 MgCl2 Procesul decurge la temperatura de 850-900C rezultand o mas buretoas de titan, care este retopit n vid ntr-un cuptor electric. Rezult titan cu o puritate de 99,5%. Obinerea tetraclorurii de titan se realizeaz prin clorurarea materiei prime la temperatura de 700- 800C. Operaia are loc n prezena carbonului i se desfoar dup reacia : TiO2 + C + 2 Cl2 = TiCl4 + C02 De menionat c n metalurgie s-au pus la punct i alte procedee care permit obinerea titanului de puritate ridicat (99,95%), ca de exemplu procedeul Van Arkel -de Boer.

Aplicatiile actuale ale titanului si aliajelor saleDupa unele prognoze, titanul va deveni al treilea metal ca importanta pe scara mondiala. Ritmul de crestere a productiei de titan metalic depaseste cu mult ritmul de crestere a economiei mondiale si a celorlalte industrii. Numeroasele utilizari ale titanului si aliajelor sale n cele mai variate ramuri industriale justificate de proprietatile deosebite ale materialului. Folosirea timpurie a

titanului n industria aerospatiala s-a dovedit a fi att de avantajoasa, inct aceasta a polarizat practic productia de alte aplicatii potentiale fiind nca putin exploatate. -aplicatii care presupun utilizarea titanului datorita rezistentei sale deosebite la coroziune, cum ar fi tehnologiile chimice, industria producatoare de hrtie, industria energetica, aplicatii acvatice; -aplicatii biomedicale, care exploateaza inertia metalului n corpul uman (biocompatibilitatea): implante,proteze; -aplicatii speciale, care fac apel la proprietatile de superconductivitate (aliajele cu niobiu) sau la efectul de memorizare a formei (aliajele cu nichel) -aplicatii mai noi, care exploateaza mai ales rezistenta specifica ridicata industria constructoare de automobile ; -aplicatii n industria bunurilor de larg consum: camere de luat vederi, bijuterii, instrumente muzicale,echipament sportiv etc. Reziten_a specifica ridicata, rezistenta optima la oboseala sunt doar cteva caracteristici care promoveaya titanul ca metal preferat n industria constructiilor aero-spa tiale. Astfel, titanul si aliajele sale sunt utilizate cu precadere la constructia fuselajelor si structurilor de rezistenta, a motoarelor cu reactie, precum si a satelitilor si rachetelor. Primele utilizari de acest gen dateaza din 1952, cnd titanul a fost folosit n constructia avioanelor de tip Douglas DC-7. De atunci titanul si aliajele sale au fost utilizate tot mai mult n acest domeniu,beneficiind de avantajele materialului o gama foarte diversa de aeronave (de la Boeing 707 la avioane supersonice de recunoastere SR71 Blackbird ). Titanul se mai utilizeaza de asemenea la realizarea de componente ale motoarelor cu reactie : palete de turbina, discuri si palete de compresoare, conducte de aer fierbinte, lagare pentru rotoarele de la elicoptere etc. Compusii intermetalici pe baza de titan reprezinta o alta clasa de materiale cu proprietati favorabile utilizarii n constructia motoarelor cu reactie. Aplicatiile n medii corozive utilizeaza cel mai frecvent titanul nealiat,mai ales n conditiile n care aplicatia nu reclama o rezistenta deosebita. n lumina celor aratate, titanul se utilizeaza cu succes n industria chimica si petrochimica, industria de constructii navale, industria energetica (produc_ie si stocare). Aplicatiile mai noi n acest domeniu se refera la realizarea containerelor pentru depozitarea deseurilor radioactive usoare, cum ar fi combustibilii uzati proveniti din centralele nucleare. Proprietatile unice ale titanului l fac tot mai atractiv pentru designerii din multe domenii industriale. Tehnologia titanului este insa nca destul de scumpa, comparativ cu cea a otelului si aluminiului. Totusi extinderea utilizarii va aduce n timp la reducerea costurilor, cu stimularea raspndirii materialului n cele mai variate domenii. Desi cel putin ctiva fabricanti de automobile ai investigat utilizarea titanului la realizarea de supape si arcuri de suspensie, pna acum astfel de aplicatii nu s-au intlnit n productia de serie; ele constituind deocamdata apanajul modelelor experimentale sau celor destinate competitiilor. Japonezii au utilizat titanul n constructii. Un exemplu este acoperisul Acvariului Municipal din Kobe, construit din circa 11 t de titan.Desi mai costisitoare dect otelurile inoxidabile,aliajele de titan sunt apreciate din punct de vedere al raportului performante/pret, mai ales n constructiile expuse vnturilor de mare calde si puternice.