Titani: tan fort com l'acer, tan lleuger com l'alumini-i també és al teu cos
Un os d'aliatge de titani pot romandre al teu cos durant tota la vida, i un avió totalment-de titani pot volar a tres vegades la velocitat del so. Aquest metall-més lleuger que l'acer i més fort que l'alumini-s'amaga a la pasta de dents, el protector solar i els genolls.
Aquest metall és titani. No és escandalosament car; és escandalosamente rar.
I. La meitat del pes de l'acer, el doble de dur que l'alumini
El titani té una densitat de 4,51 g/cm³, que és un 56% la de l'acer i 1,6 vegades la de l'alumini. La resistència del titani pur és igual a la de l'acer al carboni mitjà-, mentre que els aliatges de titani (el més clàssic és Ti-6Al{-4V, conegut a la indústria com a "Titani 64") augmenten la resistència a 900-1.170 MPa, situant-los a la mateixa lliga que els acers{14} d'aliatge d'alta resistència. En termes de força específica, és a dir, la càrrega que pot suportar per unitat de pes, el titani supera la resta de metalls.
El que és encara més notable és que aquesta alta resistència no es produeix a costa de la duresa. Tot i que molts acers-d'alta resistència són forts, sovint són trencadissos; Els aliatges de titani, però, mantenen una bona duresa i resistència a la fractura fins i tot en nitrogen líquid a -200 graus, i no s'estoven ràpidament a altes temperatures per sobre de 400 graus, a diferència dels aliatges d'alumini. Des de les baixes temperatures de l'heli líquid prop de 4 K fins a les altes temperatures de les turbines dels motors d'avió al voltant dels 500 graus, els aliatges de titani no presenten llacunes de rendiment importants en tot el rang de temperatures.
Ara considereu la resistència a la corrosió. Una capa densa de passivació de TiO₂ es forma espontàniament a la superfície del titani; tot i que només té uns pocs nanòmetres de gruix, actua com una armadura protectora estretament unida al substrat. Fins i tot si aquesta capa es ratlla, es re-s'oxida i es repara- tan ràpidament que els signes de corrosió són pràcticament invisibles. Un aliatge de titani que es va deixar submergit a l'aigua de mar durant vint anys encara brillarà quan s'ha de netejar després de treure'l. Els mitjans com l'àcid sulfúric concentrat, l'àcid nítric, el gas de clor i els àcids orgànics també lluiten per provocar una corrosió important. L'única debilitat és l'àcid fluorhídric (HF): els ions fluorur dissolen directament la pel·lícula d'òxid a la superfície de titani, exposant el substrat de titani i provocant corrosió.
Tenint tot això en compte, podríeu pensar que el titani ha de ser exorbitantment car. Tanmateix, el titani ocupa el novè lloc en abundància a l'escorça terrestre, el que el fa més abundant que el coure, el zinc i el plom. Aleshores, per què encara és de cinc a deu vegades més car que l'acer inoxidable? Com que el procés Kroll és un mètode de tipus-per lots, energètic-intensiu, que requereix aproximadament 36.000 quilowatts-hora d'electricitat per produir una tona mètrica de titani esponjós- suficient per alimentar una llar mitjana durant tres anys. A més, el titani té una conductivitat tèrmica extremadament pobra quan es mecanitza, la qual cosa fa que la calor es concentri completament a la vora de tall, la qual cosa desgasta l'eina diverses vegades més ràpid que quan es talla l'acer. L'elevat cost del titani no prové de la matèria primera en si, sinó de l'alt cost de processar-lo.
II. El titani de contraban de la Unió Soviètica es va utilitzar per construir un avió espia dels EUA capaç de volar a tres vegades la velocitat del so
L'avió de reconeixement SR-71 "Blackbird", que va fer el seu vol inaugural el 1964, era un avió de reconeixement estratègic de llarg-abast, alt-altitud i alta-velocitat operat per la Força Aèria dels EUA. Incorporava una gran quantitat de-tecnologia d'avantguarda de l'època, inclosa una estructura d'aliatge de titani i un motor de cicle variable-turborreactor/ratorreactor, i va ser el primer avió a reacció en funcionament que va trencar amb èxit la barrera tèrmica. Era capaç de creuar a 3,2 vegades la velocitat del so a una altitud de 24.000 metres-tan ràpid que els míssils de defensa aèria soviètics llançats en aquell moment no podien seguir-hi el ritme. Al llarg de la seva història operativa, mai va ser abatut per avions enemics o míssils antiaeris. Un dels secrets més guardats de l'avió rau en els seus materials: el 93 per cent de la seva estructura està construïda amb aliatge de titani.
III. Consumeix i apliques titani cada dia, però és possible que no te n'adonis
Del mineral de titani extret a tot el món, només un 5% es redueix a titani metàl·lic; el 95% restant es converteix en diòxid de titani (TiO₂), també conegut com a blanc de titani.
El diòxid de titani és el pigment blanc més important de la Terra. Té un índex de refracció extremadament alt, maximitzant l'eficiència de dispersió de la llum blanca en l'espectre visible. Un quilogram de diòxid de titani pot cobrir aproximadament entre 8 i 10 metres quadrats de superfície, donant-li un color blanc pur i opac. Sense diòxid de titani, les parets blanques de la vostra habitació es tornarien grises, la pasta de dents es tornaria transparent, les canonades de plàstic revelarien el seu color marró groguenc-natural i la protecció solar aplicada a la cara semblaria una pel·lícula greixosa i transparent.
El recobriment blanc suau dels caramels de M&M que menges conté diòxid de titani. La llet desnatada utilitza diòxid de titani per blanquejar-la, fent-la semblar més a la llet sencera. El recobriment blanc de les píndoles també està fet de diòxid de titani. Fins i tot el color blanc del paper higiènic que utilitzeu després d'anar al bany-si utilitzeu una marca d'alta-blancura- probablement sigui gràcies al diòxid de titani.
IV. Quan s'implanten al cos humà, els teus ossos es fusionaran activament amb ell
Si s'implanta l'aliatge de titani al cos humà, no es rebutja com els metalls ordinaris; en canvi, gradualment es "fusiona" amb l'os circumdant. Aquest fenomen es coneix en medicina com a osteointegració.
La clau de la capacitat del titani per fer-ho rau en la formació d'una capa d'òxid molt densa a la seva superfície. Aquesta capa és estable i no irrita el teixit humà, permetent que les cèl·lules òssies s'uneixin i proliferin amb seguretat a la seva superfície, formant gradualment un nou teixit ossi.
En canvi, molts metalls són propensos a reaccions d'afluixament, corrosió o rebuig després de la implantació, mentre que els aliatges de titani ofereixen una millor biocompatibilitat i una més estabilitat-a llarg termini. Per aquest motiu, s'utilitzen àmpliament en aplicacions mèdiques com ara articulacions artificials, plaques òssies, cargols i implants dentals.
En poques paraules, el titani no està "forçat" a l'os; més aviat, l'os ho accepta de bon grat.
Correu electrònic{0}:garychen3215@hotmail.com
Adreça: No.35, Baoti Rd, ciutat de Baoji, província de Shaanxi, Xina
Contacte: Sr. Gary Chen
Telèfon: +86-917-8883215
Mòbil/WhatsApp: +86 13092900605
