فلز تیتانیوم یکی از انواع فلزات رایج در صنایع مختلف است و کاربرد بسیار زیادی دارد. این فلز که وزن بسیار کمی دارد، در برابر حرارت از خود مقاومت نشان میدهد، به گونه ای که در صنایع هوا و فضا حدود ۸۰ درصد از فلز تیتانیوم استفاده می شود. با توجه به ساختار فلز تیتانیوم، می توان گفت این فلز در برابر نیروهای خارجی مقاومت بسیار زیادی دارد.
بنابراین آلیاژهایی که از فلز تیتانیوم تشکیل شده اند، استحکام بالایی داشته و در برابر نیروهای خارجی مقاوم هستند. اما فلز تیتانیوم در چه صنایعی کاربرد دارد؟ دلیل افزایش کاربرد این فلز در صنایع مختلف کدام است؟
نحوه تولید فلز تیتانیوم
فلز تیتانیوم پس از آلومینیوم، آهن و منیزیم، چهارمین عنصر فراوان در پوسته زمین است. اما روند تولید این فلز با سایر فلزات بسیار متفاوت است. چرا که تیتانیوم به محض تماس با اکسیژن واکنش داده و اکسید می شود. به همین دلیل این فلز باید در شرایط خاص تولید شود که نتیجه آن هزینه بالای تولید تیتانیوم خالص است. به طور کلی فرآیند تولید تیتانیوم به کمک فرایند کلرال انجام می شود. به کمک این فرآیند می توان فلز تیتانیوم را از سنگ معدن جدا کرد.
از آنجایی که تیتانیوم در برابر اکسیژن بسیار واکنش پذیر است، باید تماس این فلز را با اکسیژن قطع کرد. به همین دلیل تمام عملیات هایی که در فرایند کلرال انجام می پذیرد، در فضای سرشار از گاز کلر است. در این فرآیند به جهت تولید تیتانیوم، سنگ معدن تیتانیوم با زغال سنگ کک خرد می شود. از آنجایی که این عملیات در حضور گاز کلر انجام می شود، در پایان عملیات خرد کردن، تتراکلرید تیتانیوم تولید می شود.
سپس با عبور این ماده در منیزیم مذاب، کلر از تیتانیوم جدا شده و در نهایت فلز تیتانیوم تولید می گردد.
اگر علاقه مند هستید که بیشتر در مورد کاربردهای دیگر فلزات نیز اطلاعات کسب کنید توصیه ما به شما عزیزان مطالعه مقالات دیگر سایت است:
۷ کاربرد سبک ترین فلز جهان کدام است؟
فلز مس ، کاربردها و مصارف آن در زندگی و صنعت ما
مشخصات فلز تیتانیوم
به طور کلی فلز تیتانیوم مقاومت بسیار زیادی در برابر رطوبت داشته و دوام و پایداری بالایی دارد. این فلز به شدت سبک است به گونه ای که ۴۰ درصد از فولادی با مشخصات یکسان سبک تر است. به طور کلی افزایش سرعت تغییرات فشار باعث فرسایش و خستگی در فلزات شده و استحکام آن ها را کاهش می دهد. اما ساختار فلز تیتانیوم به گونه ای است که در برابر نرخ بالای تغییرات فشار از خود مقاومت نشان داده و دیرتر آسیب خواهد دید.
به همین دلیل این فلز در صنایع هوا و فضا بسیار کاربرد دارد. از آنجایی که مدول یانگ فلز تیتانیوم بسیار پایین است، این فلز رفتار نرم از خود نشان می دهد. در صورتی که این فلز با نیکل به نسبت معین ترکیب شود و آلیاژ های حافظه دار را تشکیل دهد، با تغییر شکل می تواند به حالت اولیه خود بازگردد.
کاربرد های پزشکی فلز تیتانیوم
دندانپزشکی
با توجه به ساختار فلز تیتانیوم و مقاومت آن در برابر رطوبت، این فلز مدت زمان بسیار طولانی در بدن انسان دوام خواهد آورد. به همین دلیل از این فلز در ایمپلنت های دندان پزشکی استفاده می شود. یکی دیگر از دلایلی که باعث می شود تا این فلز در مصارف دندانپزشکی کاربرد بسیار زیادی داشته باشد، خاصیت دیامغناطیس بودن آن است. به این ترتیب در هنگام عکس برداری و MRI اختلالی در عملکرد دستگاه ایجاد نکرده و کیفیت تصاویر حفظ می شوند.
جایگزین استخوان
به طور کلی چهار نوع تیتانیوم خالص و ۲۵ نوع آلیاژ از این فلز وجود دارد. با توجه به ساختار تیتانیوم و سازگاری آن با بدن می توان گفت که تیتانیوم خالص، ماده بهتری برای مصارف پزشکی است. چرا که علاوه بر مقاومت و استحکام بالا با بدن انسان سازگار بوده و به این ترتیب گلبول های سفید آن را به عنوان مهاجم تلقی نمی کنند.
به همین دلیل در زمان شکستگی استخوان می توان فلز تیتانیوم خالص را به استخوان های بدن پیوند داد تا به این ترتیب امکان رشد و گسترش استخوان را در بدن افزایش دهد. در اکثر موارد برای آنکه فلز به کار رفته در بدن، وزن بسیار کمتری داشته باشد، به صورت متخلخل با استخوان ها پیوند داده می شود.
کاربردهای تجاری
موتور سیکلت ها و دوچرخه ها
اکثر قسمت های موتور سیکلت ها و دوچرخه از تیتانیوم ساخته می شود. چرا که این فلز مقاومت بسیار بالایی در برابر ضربات خارجی داشته و بسیار سبک است.
ساخت عینک و ساعت
همانطور که گفته شد، فلز تیتانیوم بسیار سبک بوده و با بدن انسان سازگاری دارد، به همین دلیل ساعت و فریم های عینکی که از این فلز تولید می شوند، حساسیتی را برای بدن به وجود نمی آورند و به راحتی تحت عوامل و نیروهای خارجی، آسیب نمی بینند.
ساخت جواهرات زینتی
یکی دیگر از کاربردهای تجاری فلز تیتانیوم، مصارف زینتی است. این فلز، ظرافت بسیار زیاد و وزن بسیار کمی دارد. به علاوه حساسیت پوستی برای بدن به وجود نمی آورد. امروز از این فلز برای ساخت جواهرات زینتی از قبیل، گوشواره، گردنبند، پین کراوات و دکمه سر دست استفاده می شود.
ساخت چاقوهای آشپزخانه
از آنجایی که فلز تیتانیوم ویژگی های زیست سازگاری بسیار خوبی دارد، از این فلز می توان در ساخت چاقوهای آشپزخانه استفاده کرد. به طور کلی چاقوهایی که از این فلز تولید می شوند، تا شش برابر چاقوهای فولادی عمر می کنند.
کاربردهای صنعتی
استفاده از تیتانیوم در صنعت با سرعت بیشتری نسبت به گذشته در حال افزایش است. چرا که طول عمر کوتاه فلزات به کار رفته در صنایع باعث افزایش هزینه ها می شود. به همین منظور برای کاهش این هزینه ها، فلز تیتانیوم به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.
مبدل های حرارتی
از آنجایی که فلز تیتانیوم مقاومت بسیار زیادی در برابر درجه حرارت های بالا دارد، از آن در ساخت مبدل های حرارتی استفاده می شود.
نیروگاه های تولید برق
اکثر نیروگاه های تولید برق در آب شور، با مشکلی از جمله خوردگی قطعات فلزی و لوله های کندانسور مواجه هستند. استفاده از فلز تیتانیوم به عنوان پوشش بر روی لوله های کندانسور، می تواند تا حد زیادی طول عمر قطعات را تا ۴۰ سال افزایش دهد.
تولید و اکتشاف نفت
از دیگر کاربرد های فلز تیتانیوم، می توان به اکتشاف و تولید نفت در دکل های نفتی موجود در دریاها اشاره کرد. ویژگی ساختاری موجود در این فلز، باعث می شود تا طول عمر قطعات و تجهیزات استفاده شده در دکل های نفتی افزایش پیدا کند.
منابع
[1] https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%DB%8C%D8%AA%D8%A7%D9%86%DB%8C%D9%88%D9%85
بدون دیدگاه