Pa fath o fetel yw titaniwm?
Elfen fetel trosiannol ar y tabl cyfnodol yw titaniwm, gyda'r rhif atomig 22 a symbol Ti. Mae wedi'i gategoreiddio fel metel anhydrin, sy'n golygu bod ganddo bwynt toddi uchel ac mae'n gallu gwrthsefyll gwres a gwisgo.Titaniwmmae ganddo gyfuniad unigryw o gryfder, dwysedd isel a gwrthiant cyrydiad sy'n ei wneud yn fetel strwythurol pwysig.
Ar y tabl cyfnodol, mae titaniwm yn perthyn i Grŵp 4 ynghyd â metelau trosiannol eraill gan gynnwys zirconium, hafnium a rhenium. Mae ganddo bedwar isotop sy'n digwydd yn naturiol. Y ffurfweddiad electronig yw [Ar] 4s2 3d2. Mae gan ditaniwm radiws atomig o 176 pm, pwysau atomig o 47.9 g/mol a dwysedd o 4.5 g/cm3.
A yw titaniwm yn fetel metelaidd?
Ydy, mae titaniwm yn fetel trosiannol disglair gyda phriodweddau metelaidd diffiniol:
Mae'n ddargludydd gwres a thrydan rhagorol, fel elfennau metelaidd eraill. Mae'r dargludedd trydanol tua 2 y cant IACS (Safon Copr Annealed Rhyngwladol).
Mae ganddo ymddangosiad metelaidd arian-llwyd nodweddiadol pan gaiff ei sgleinio, er y gall fod o lwyd tywyll i ddu yn dibynnu ar ocsidiad arwyneb.
Mae titaniwm yn hydrin ac yn hydwyth, gan ganiatáu iddo gael ei ffugio, ei rolio, ei dynnu i mewn i wifren a'i beiriannu i wahanol ffurfiau.
Mae'n glynu'n dda at fetelau eraill wrth weldio neu bresyddu. Efallai y bydd angen tynnu'r haen ocsid cyn ymuno.
Mae aloion titaniwm yn gweithio'n galed yn sylweddol yn ystod prosesu anffurfiad oer fel ffurfio metel dalen, yn debyg i ddeunyddiau metelaidd eraill.
Ar ffurf powdr,metel titaniwmyn arddangos sinterability yn ystod technegau meteleg powdr fel gwasgu isostatig poeth.
Felly mae titaniwm yn arddangos holl nodweddion gwir elfen fetelaidd, er bod ganddo rai priodoleddau unigryw o'i gymharu â metelau trosiannol eraill. Mae ganddo le pwysig ar y tabl cyfnodol rhwng y metelau adweithiol a'r metelau nobl.
A yw titaniwm yn fetel caled neu feddal?
Ar raddfa caledwch Mohs, mae titaniwm pur fasnachol yn sgorio tua 6, sy'n ei gymhwyso fel metel caled. Mewn ffurfiau aloi, gall titaniwm gyrraedd caledwch o dros 400 HV ar raddfa Vickers, gan agosáu at lefelau caledwch metelau llawer trymach fel dur.
Rhai ffeithiau allweddol am galedwch titaniwm:
Mae strwythur grisial hecsagonol llawn titaniwm yn cyfrannu at galedwch cymharol uchel ar gyfer metel ysgafn.
Mae ychwanegiadau aloi fel alwminiwm, fanadium a molybdenwm yn cynyddu caledwch ymhellach trwy hydoddiant solet a chryfhau dyddodiad.
Mae effeithiau caledu gwaith yn ystod gweithio oer yn cynhyrchu pigyn caledwch ger wyneb cynhyrchion titaniwm.
Gellir defnyddio prosesau trin gwres fel heneiddio i galedu aloion titaniwm yn ddetholus trwy drin trawsnewidiadau cyfnod.
Ar gyfartaledd, mae aloion titaniwm tua dwywaith mor galed ag aloion alwminiwm ond ychydig yn feddalach nag aloion haearn fel dur.
Felly er nad yw ar ben uchaf graddfeydd caledwch, mae gan ditaniwm ddigon o galedwch ar gyfer cymwysiadau peirianneg strwythurol tra'n dal i gynnal hydwythedd a chaledwch da - cyfuniad dymunol.
O beth mae metel titaniwm wedi'i wneud?
Mae metel titaniwm yn cynnwys atomau titaniwm yn unig. Mae ganddo bwysau atomig o 47.9 amu a'r rhif atomig 22. Rhai ffeithiau allweddol am gyfansoddiad metel titaniwm:
Yn ei ffurf bur, mae titaniwm masnachol yn cynnwys 99.5-99.9 y cant o atomau titaniwm yn ôl pwysau. Ocsigen, nitrogen, carbon a haearn yw'r gweddill.
Mae graddau aloi yn cynnwys elfennau eraill fel alwminiwm, fanadium, molybdenwm a chromiwm wedi'u hychwanegu i wella eiddo.
Mae gan ditaniwm bum isotop sy'n digwydd yn naturiol, ond dim ond Ti-48 a Ti-50 sy'n fasnachol bwysig. Mae Ti-48 yn cyfrif am 73 y cant tra bod Ti-50 yn cyfrif am 5.5 y cant .
Mae yna bum ffurf grisial allotropig o ditaniwm, ond mae'r cyfnod alffa llawn hecsagonol yn sefydlog ar dymheredd ystafell.
Wrth doddi, mae titaniwm pur yn trawsnewid o strwythur alffa HCP i gyfnod beta BCC tymheredd uwch ar 1668 gradd F (825 gradd).
Mae elfennau aloi fel molybdenwm, vanadium a chromiwm yn sefydlogi'r cyfnod beta, gan ganiatáu iddo fodoli ar dymheredd ystafell.
Felly yn ei hanfod, mae metel titaniwm pur fasnachol yn cynnwys atomau titaniwm yn bennaf mewn trefniant hecsagonol. Mae graddau aloi yn teilwra'r microstrwythur a'r priodweddau trwy ychwanegu elfennau metelaidd eraill.
A yw titaniwm yn fetel cryf?
Ydy, mae titaniwm yn fetel eithriadol o gryf o'i gymharu â'i ddwysedd isel. Ar sail cryfder-i-bwysau, mae aloion titaniwm yn cyflawni cryfderau tebyg i ddur carbon canolig ond maent bron i 50 y cant yn ysgafnach.
Rhai ffeithiau allweddol am gryfder titaniwm:
Mae gan ditaniwm pur fasnachol lefelau cryfder tynnol tua 63,000 psi. Mae aloion yn cynyddu hyn yn sylweddol i 160,000 psi neu fwy.
Mae cryfder tynnol eithaf aloion titaniwm yn uwch na aloion alwminiwm, aloion magnesiwm ac aloion copr.
Mae titaniwm yn cynnal ei gryfder uchel ar dymheredd uchel yn llawer gwell nag aloion ysgafn eraill fel alwminiwm.
Pan gaiff ei ddefnyddio ar gyfer rhannau strwythurol, mae titaniwm yn galluogi mwy o gapasiti llwyth tâl ac arbedion tanwydd o'i gymharu â dewisiadau metelaidd trymach.
Gellir teilwra cryfder aloion titaniwm trwy brosesau trin gwres, gan ganiatáu i beiriannydd deunyddiau ddylunio'r cydbwysedd gorau posibl.
Felly mae titaniwm yn amlwg ymhlith y cryfaf yn y dosbarth o fetelau strwythurol ysgafn. Mae ei briodweddau unigryw yn galluogi enillion perfformiad mewn cymwysiadau hanfodol fel awyrennau, taflegrau, a thyrbinau cynhyrchu pŵer.
Cyfeiriadau:
C. Leyens ac M. Peters, gol. (2003). Aloion Titaniwm a Titaniwm. Wiley-VCH.
M. Niinomi, gol. (2008). Metelau ar gyfer Dyfeisiau Biofeddygol. Cyhoeddi Woodhead.
M. Donachie Jr. (2000). Titaniwm: Canllaw Technegol. ASM Rhyngwladol.
G. Lütjering a J. Williams (2007). Titaniwm. Gwyddoniaeth a Chyfryngau Busnes Springer.
Llawlyfr ASM, Cyf 2 - Priodweddau a Dewis: Aloion Anfferrus a Deunyddiau Pwrpas Arbennig (1990). ASM Rhyngwladol.
