Titanijum je element sa atomskim brojem 22 u periodnom sistemu, četvrti ciklus elemenata podgrupe, odnosno grupe IV B, pored titanijuma postoje cirkonijum, hafnij, a zajedničke karakteristike su im visoka tačka topljenja, na sobnoj temperaturi na njegovoj površini da se formira stabilan oksidni film.
Deset karakteristika titanijuma
1.mala gustina, visoka čvrstoća, velika specifična čvrstoća
Gustoća titanijuma je 4,51 g/cm3, što je 57% čelika, titan je manje od dva puta teži od aluminijuma, a njegova čvrstoća je tri puta veća od aluminijuma. Specifična čvrstoća (odnos čvrstoće/gustine) legure titanijuma je najveća kod uobičajenih industrijskih legura (vidi tabelu 1), a specifična čvrstoća legure titana je 3,5 puta veća od nerđajućeg čelika, 1,3 puta veća od legure aluminijuma i 1,7 puta od legure magnezijuma, tako da je esencijalni strukturni materijal za vazduhoplovnu industriju.
2.odlična otpornost na koroziju
Pasivnost titana ovisi o postojanju oksidnog filma, a njegova otpornost na koroziju u oksidirajućim medijima je mnogo bolja nego u reducirajućim medijima. Visoke stope korozije javljaju se u reducirajućim medijima. Titanijum ne korodira u nekim korozivnim medijima, kao što su morska voda, vlažni hlor, rastvori hlorita i hipohlorita, azotna kiselina, hromna kiselina, metalni hloridi, sulfidi i organske kiseline. Međutim, u mediju koji reaguje sa titanom da bi proizveo vodonik (kao što su hlorovodonična kiselina i sumporna kiselina), titan obično ima visoku stopu korozije. Međutim, ako se kiselini doda mala količina oksidirajućeg sredstva, na površini titana će se formirati pasivacijski film. Dakle, u mješavini jake sumporne kiseline - dušične kiseline ili hlorovodonične kiseline - dušične kiseline, pa čak i u hlorovodoničkoj kiselini koja sadrži slobodni hlor, titan je otporan na koroziju. Titanijumov zaštitni oksidni film se često formira kada metal udari u vodu, čak i u malim količinama vode ili vodene pare. Ako je titanijum izložen jakoj oksidacionoj sredini u kojoj uopšte nema vode, doći će do brze oksidacije i burne reakcije, pa čak i do spontanog sagorevanja. Takvi fenomeni su se desili u reakciji titana sa dimećom azotnom kiselinom koja sadrži višak dušikovog oksida i titana sa suvim plinovitim klorom. Dakle, da bi se spriječila ovakva reakcija, mora postojati određeno a
3. dobra otpornost na toplinu
Obično aluminijum na 150 stepeni C, nerđajući čelik na 310 stepeni C koji je izgubio originalna svojstva, dok legura titana na oko 500 stepeni C i dalje održava dobra mehanička svojstva. Kada brzina aviona dostigne 2,7 puta brzinu zvuka, površinska temperatura strukture aviona dostiže 230 stepeni, legura aluminijuma i legura magnezijuma se ne mogu koristiti, a legura titanijuma može zadovoljiti zahteve. Titanijum ima dobru otpornost na toplotu, a koristi se u diskovima i lopaticama kompresora avio-motora i omotaču zadnjeg trupa aviona.
4. dobre performanse na niskim temperaturama
Čvrstoća nekih legura titanijuma (kao što je Ti-5AI-2.5SnELI) raste sa padom temperature, ali se plastičnost ne smanjuje mnogo, a i dalje ima dobru duktilnost i žilavost na niskim temperaturama , koji je pogodan za upotrebu na ultra niskim temperaturama. Može se koristiti u raketnim motorima sa suvim tečnim vodonikom i tečnim kiseonikom, ili u svemirskim letelicama sa ljudskom posadom kao kontejneri za ultra niske temperature i rezervoari za skladištenje.
5. Nema magnetnog polja
Titanijum je nemagnetičan, koristi se u trupu podmornice, neće izazvati eksploziju mine.
6. mala toplotna provodljivost
Toplotna provodljivost titanijuma je mala, samo 1/5 čelika, 1/13 aluminijuma i 1/25 bakra. Loša toplotna provodljivost je nedostatak titanijuma, ali u nekim slučajevima ova karakteristika titanijuma se može koristiti.
7. Nizak modul elastičnosti
Modul elastičnosti titana je samo 55% od čelika, a nizak modul elastičnosti je nedostatak kada se koristi kao konstrukcijski materijal
8. zatezna čvrstoća i granica popuštanja je vrlo blizu
Zatezna čvrstoća legure titana Ti-6AI-4V je 960MPa, a granica tečenja je 892MPa, a razlika između njih je samo 58MPa.
9. titan se lako oksidira na visokim temperaturama
Titanijum ima jaku silu vezivanja sa vodonikom i kiseonikom, pa treba obratiti pažnju na sprečavanje oksidacije i apsorpcije vodonika. Zavarivanje titana treba izvoditi pod zaštitom argona kako bi se spriječilo zagađenje. Titanijumske cevi i lim treba termički obraditi pod vakuumom, a mikrooksidacionu atmosferu treba kontrolisati tokom termičke obrade titanijumskih otkovaka.
10. niske performanse prigušenja
Sa titanijumom i drugim metalnim materijalima (bakar, čelik) napravljenim od istog oblika i veličine sata, istom snagom kucanja svakog zvona ustanoviće se da sat od titanijuma osciluje zvuk koji traje dugo, tj. dato kucanjem sata nije lako nestati, pa kažemo da je učinak prigušenja titanijuma niski.
Tri posebne funkcije titanijuma
1
Funkcija memorije oblika
Odnosi se na Ti-50%Ni (atomsku) leguru, pod određenim temperaturnim uslovima, može vratiti svoju prvobitnu sposobnost oblika, nazvanu ova legura sa pamćenjem oblika materijala.
2
Superprovodna funkcija
Odnosi se na leguru Nb-Ti, kada temperatura padne blizu apsolutne nule, žica napravljena od legure Nb-Ti će izgubiti otpor, svaka velika struja kroz koju prolazi, žica se neće zagrijavati, nema potrošnje energije, Nb-Ti naziva se supravodljivim materijalom.
3
Funkcija skladištenja vodika
Odnosi se na Ti-50%Fe (atomsku) leguru, koja ima sposobnost da apsorbuje veliku količinu vodonika. Koristeći ovu osobinu Ti-Fe, vodik se može bezbedno skladištiti, odnosno skladištenje vodika ne koristi nužno čelične cilindre visokog pritiska. Pod određenim uslovima, vodonik se takođe može osloboditi Ti-Fe, koji se naziva materijal za skladištenje energije.