عنصر تیتانیوم با نماد شیمیایی Ti و عدد اتمی 22، عضوی از فلزات واسطه در جدول تناوبی عناصر است. ریشۀ نام این عنصر از عبارت “تایتان” Titan است. در اساطیر یونان، تایتان ها به عنوان گروهی از خدایان بسیار قوی و مقتدر شناخته می شدند. به همین ترتیب، این فلز که بسیار مقاوم و با دوام است، نام تیتانیوم را گرفته است. محیط زیست از تیتانیوم مصون است؛ چراکه این فلز آلودگی شاخصی ایجاد نمی کند. جایی که دیگر فلزات معماری از عمر محدودی برخوردار هستند، تیتانیوم دوام می آورد. از آن جا که تیتانیوم یکی از نجیب ترین فلزات است، اتصال آن با فلزات غیر مشابه باعث خوردگی گالوانیک تیتانیوم نمی شود. این ویژگی ها، به علاوۀ چندین خواص منحصر به فرد دیگر، باعث شده تیتانیوم برای بسیاری از کاربردها از پزشکی گرفته تا هوافضا بهترین انتخاب باشد.

طبقه بندی آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم خالص معمولاً ساختار  هگزاگونال (آلفا) دارد. اما همانطور که گفتیم، در صورت حرارت دادن تا بالاتر از 882 درجۀ سلسیوس، ساختار بلوری آن به صورت مکعب مرکز دار (بتا) در می آید. افزودن عناصر آلیاژی به تیتانیوم این دمای تحول را تحت تأثیر قرار می دهد و در بسیاری از آلیاژها منجر به باقی ماندن فاز بتا در دمای اتاق می شود. بنابراین امکان دارد ماده ای حاوی هر دو فاز آلفا و بتا یا حتی کاملاً بتا تولید شود. مقادیر نسبی فازهای آلفا و بتا در هر آلیاژ خاص، از نظر مقاومت در برابر کشش، شکل پذیری، خواص خزش، قابلیت جوش پذیری و سهولت شکل پذیری تأثیر قابل توجهی دارد. در صنعت متالورژی معمول است که به آلیاژهای تیتانیوم با توجه به ساختار آن ها، آلفا، آلفا-بتا و آلیاژهای بتا گفته شود. در جدول زیر نمونه هایی از هرکدام این آلیاژها دیده می شود.

به عنوان یک فلز، تیتانیوم به نسبت استحکام به وزن بالایی که دارد معروف است. تیتانیوم فلزی مستحکم با چگالی کم است که مخصوصا در یک محیط بدون اکسیژن کاملاً شکل پذیر است. همچنین ظاهری براق و یک رنگ سفید فلزی خاص دارد. نقطه ذوب نسبتاً زیاد این فلز (بیش از 1650 درجۀ سلسیوس) از آن یک فلز نسوز ساخته است. این ماده پارامغناطیس است و در مقایسه با سایر فلزات، هدایت الکتریکی و حرارتی نسبتاً کمی دارد. تیتانیوم در صورت سرد شدن تا زیر دمای بحرانی خود یعنی 49/0 کلوین، ابررسانا  superconductor  است. 

 

گریدهای تجاری تیتانیوم خالص (99.2 درصد خالص) دارای استحکام کششی نهایی حدود 434 مگاپاسکال هستند. جالب اینجاست که در عین چگالی کمتری که تیتانیوم دارد، استحکام کششی آن با آلیاژهای فولادی گرید پایین  Low-Grade Steel Alloys  برابری می کند.

با این وجود، با حرارت دادن این فلز تا بالاتر از 430 درجۀ سلسیوس، از استحکام آن کم می شود. این فلز یک آلوتروپ دوریخت  Dimorphic  است. یک آلوتروپ آن دارای ساختار بلوری هگزاگونال  است که آلفا نامیده می شود. تیتانیم آلفا در دمای 882 درجۀ سلسیوس، به ساختار BCC تبدیل می شود که به آن تیتانیم بتا می گویند.

مانند آلومینیوم و منیزیم، فلز تیتانیم و آلیاژهایش با قرارگیری در معرض هوا بلافاصله اکسید می شوند. اما واکنش آن به کندی صورت می گیرد.  چراکه یک پوشش اکسیدی پسیو (Passive) ایجاد می شود که فلز را از اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند.

هنگامی که این لایۀ محافظ برای اولین بار تشکیل می شود، فقط 1 تا 2 نانومتر ضخامت دارد. اما به آرامی به رشد خود ادامه می دهد و طی چهار سال به ضخامت 25 نانومتر می رسد. با این حال تیتانیوم در 1200 درجۀ سلسیوس در هوای عادی و در 610 درجۀ سلسیوس در اکسیژن خالص، به شدت با این گاز واکنش می دهد و دی اکسید تیتانیوم (TiO2) را تشکیل می دهد.

تیتانیم مقاومت به خوردگی مطلوبی در اتمسفر (در حد فلز پلاتین) دارد. این فلز قادر به مقاومت در برابر اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک رقیق، محلول های کلریدی و اکثر اسیدهای آلی است. اگرچه معمولا توسط اسیدهای غلیظ خورده می شود.

تیتانیوم از معدود عناصری است که در گاز نیتروژن خالص می سوزد و در دمای 800 درجۀ سلسیوس نیترید تیتانیوم را ایجاد کرده که باعث تردی این فلز می شود. رشته های تیتانیومی به دلیل واکنش پذیری بالای آن با اکسیژن، نیتروژن و برخی گازهای دیگر، در پمپ های تصعید به عنوان پاک کنندۀ این گازها استفاده می شود.  این پمپ های ارزان و قابل اطمینان، فشارهای بسیار کمی را در سیستم های با خلا بسیار زیاد  ultra-high vacuum  ایجاد می کنند.

تیتانیوم در ساخت وتولید موتور جت، اسکلت های هوایی ، تولید برق ، فراوری شیمیایی ، صنایع نفتی ، دیگر صنایع تولید انرژی ، صنعت رایانه ، خودرو ، ایمپلنت های دندانی و صنایع دفاع کاربرد دارد .

فروتیتانیوم

فروتیتانیوم از خانواده فروآلیاژها میباشد و از ترکیب آهن (٪20-10) و تیتانیوم(٪75-45) و به میزان بسیار کمی کربن به دست می اید.صنایع فولاد و برخی دیگرازصنایع از این فرو آلیاژاستفاده می نمایند .  فروتیتانیوم به عنوان یک تمیز کننده در ساخت فولاد به کار می رود و با نیتروژن ، اکسیژن ، کربن و گوگرد بسیار واکنش پذیر بوده و آنها را در سرباره دفع میکند بنابراین کاربرد فروتیتانیوم برای گوگرد زدایی و اکسیژن زدایی و از بین بردن گاز مورد استفاده قرار می گیرد. فروتیتانیوم  دارای چگالی کم و  مقاومت بالایی دارد  و  در برابر خوردگی نیز استحکام بالایی دارد.

مشخصات فرو تیتانیوم