تیتانیم یکی از انواع فلزات رایج در صنایع مختلف بوده و کاربرد بسیار زیادی دارد. این فلز که وزن بسیار کمی داشته، در برابر حرارت از خود مقاومت نشان می دهد، به گونه ای که در صنایع هوا و فضا حدود ۸۰ درصد از فلز تیتانیم استفاده می گردد. با توجه به ساختار فلز تیتانیم، می توان گفت این فلز در برابر نیروهای خارجی مقاومت بسیار زیادی دارد. بنابراین آلیاژهایی که از فلز تیتانیم تشکیل شده اند، استحکام بالایی داشته و در برابر نیروهای خارجی مقاوم می باشند.
نحوه تولید تیتانیم
تیتانیم پس از آلومینیم، آهن و منیزیم، چهارمین عنصر فراوان در پوسته زمین می باشد. اما روند تولید این فلز با سایر فلزات بسیار متفاوت است. چرا که تیتانیم 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 تیتانیم خالص است. به طور کلی فرآیند تولید تیتانیم به کمک فرایند کلرال انجام می شود. به کمک این فرآیند می توان فلز تیتانیم را از سنگ معدن جدا کرد.
از آنجایی که تیتانیم در برابر اکسیژن بسیار واکنش پذیر است، باید تماس این فلز را با اکسیژن قطع نمود. به همین دلیل تمام عملیات هایی که در فرایند کلرال انجام می پذیرد، در فضای سرشار از گاز کلر می باشد. در این فرآیند به جهت تولید تیتانیم، سنگ معدن تیتانیم 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 تیتانیم تولید می شود. سپس با عبور این ماده در منیزیم مذاب، کلر از تیتانیم جدا شده و در نهایت فلز تیتانیم تولید می گردد.
مشخصات تیتانیم
به طور کلی فلز تیتانیم مقاومت بسیار زیادی در برابر رطوبت داشته و دوام و پایداری بالایی دارد. این فلز به شدت سبک می باشد به گونه ای که ۴۰ درصد از استیل 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 تیتانیم به شکلی 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 تیتانیم 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.
کاربردهای پزشکی فلز تیتانیم
دندانپزشکی
با توجه به ساختار فلز تیتانیم 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 تیتانیم خالص و ۲۵ نوع آلیاژ از این فلز وجود دارد. با توجه به ساختار تیتانیم و سازگاری آن با بدن می توان گفت که تیتانیم 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 تیتانیم 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 و دوچرخه از تیتانیم ساخته می شود. چرا که این فلز مقاومت بسیار بالایی در برابر ضربات خارجی داشته و بسیار سبک می باشد.
ساخت عینک و ساعت تیتانیم
همانطور که گفته شد، فلز تیتانیم 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 تیتانیم، مصارف زینتی می باشد. 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 تیتانیم 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 استیل عمر می کنند.
کاربردهای صنعتی
استفاده از تیتانیم 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 تیتانیم به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.
مبدل های حرارتی
از آنجایی که فلز تیتانیم مقاومت بسیار زیادی در برابر درجه حرارت های بالا دارد، از آن در ساخت مبدل های حرارتی استفاده می گردد.
نیروگاه های تولید برق تیتانیم
اکثر نیروگاه های تولید برق در آب شور، با مشکلی از جمله خوردگی قطعات فلزی و لوله های کندانسور مواجه هستند. استفاده از فلز تیتانیم 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 تیتانیم، 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.
منبع: بازار فلز