Ứng dụng của titan: hàng không, y tế, hóa chất và xây dựng

Titan là kim loại bền và tương đối nhẹ, có khả năng chống ăn mòn cao cùng tỷ số cường độ trên khối lượng tốt. Ở dạng hợp kim kim loại, titan không thay thế thép trong mọi sản phẩm mà được dùng ở nơi cần khối lượng nhỏ, khả năng chịu môi trường khắc nghiệt, tuổi thọ cao và tính tương thích sinh học. Đồng thời, phần lớn titan khai thác được không dùng làm kim loại kết cấu mà ở dạng titan dioxide, một sắc tố trắng dùng cho sơn, plastic, giấy và nhiều vật liệu khác.

Tính chất và đặc điểm của titan

Các tính chất quan trọng của titan gồm:

• khả năng chống ăn mòn cao, kể cả trong nước biển và một số môi trường chloride;
• tỷ số cường độ trên khối lượng tốt;
• nhiệt độ nóng chảy tương đối cao;
• làm việc được trong dải nhiệt độ rộng;
• có khả năng tạo lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt;
• một số mác và hợp kim tương thích tốt với mô cơ thể.

Titan cũng có những hạn chế. Vật liệu đắt hơn thép kết cấu thông thường, khó gia công và hàn hơn, đồng thời thường không hiệu quả về kinh tế trong sản phẩm đại trà giá rẻ. Vì vậy, phạm vi sử dụng titan phải được lựa chọn bằng tính toán: chỉ dùng khi đặc tính của vật liệu thực sự bù đắp được chi phí.

Các mác titan

Công nghiệp sử dụng titan tinh khiết kỹ thuật và các hợp kim titan. Mác tinh khiết kỹ thuật được chọn khi độ dẻo và khả năng chống ăn mòn đặc biệt quan trọng. Hợp kim với nhôm, vanadium, molypden, niken cùng các nguyên tố khác được dùng để tăng cường độ, khả năng chịu nhiệt hoặc hiệu suất khi chịu tải.

Mác titan ảnh hưởng đến cường độ, độ dẻo, khả năng hàn, chống ăn mòn và nhiệt độ làm việc cho phép. Do đó, thiết bị cấy ghép y tế, bộ trao đổi nhiệt, chi tiết hàng không, bu lông hoặc sản phẩm trang trí sử dụng các vật liệu và yêu cầu chất lượng bề mặt khác nhau.

Các lĩnh vực ứng dụng titan

Titan và hợp kim của nó được dùng trong một số nhóm lĩnh vực lớn:

• hàng không và công nghệ vũ trụ – chi tiết thân máy bay, phụ kiện liên kết, bộ phận càng đáp, cụm động cơ, hệ thống thủy lực và các chi tiết khác cần độ bền, khối lượng nhỏ và khả năng chịu nhiệt;
• công nghiệp hóa chất và hóa dầu – bộ trao đổi nhiệt, đường ống, thiết bị, bình chứa, chi tiết bơm và van làm việc trong môi trường ăn mòn;
• năng lượng và xử lý nước – bình ngưng, bộ trao đổi nhiệt, hệ thống làm mát, thiết bị khử mặn cùng thiết bị tiếp xúc với nước mặn hoặc nước ô nhiễm;
• kỹ thuật hàng hải – thiết bị tàu thủy, phụ kiện liên kết, chi tiết bơm, bộ trao đổi nhiệt và các bộ phận làm việc trong nước biển;
• y tế và nha khoa – thiết bị cấy ghép, nẹp, vít, kết cấu nha khoa, dụng cụ phẫu thuật và bộ phận chân tay giả;
• công nghiệp thực phẩm – bình chứa, bộ lọc, bộ trao đổi nhiệt, đường ống và một số chi tiết thiết bị cần chống ăn mòn cùng độ tin cậy vệ sinh;
• thể thao, gia dụng và trang trí – xe đạp, đồng hồ, gọng kính, trang sức, linh kiện điện tử, thiết bị du lịch và thể thao.

Ứng dụng titan trong xây dựng

Titan ít được dùng trong xây dựng hơn thép, nhôm hoặc đồng, nhưng có thể hữu ích trong các chi tiết quan trọng và trang trí. Vật liệu được dùng cho chi tiết mái và mặt dựng, tấm ốp, tấm trang trí, phụ kiện liên kết, mái đua, cột cùng các bộ phận phải làm việc lâu dài ngoài trời.

Những lý do chính để dùng titan trong xây dựng là khả năng chống ăn mòn, tuổi thọ cao, khối lượng tương đối nhỏ và khả năng chịu tác động khí quyển. Tuy nhiên, do giá cao nên vật liệu chỉ được chọn cho những vị trí cụ thể: các tòa nhà có yêu cầu cao về tuổi thọ, hình thức hoặc khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt.

Những điều cần lưu ý khi chọn titan

Không thể chọn titan chỉ dựa vào tên vật liệu. Trong ứng dụng thực tế, mác, trạng thái cung cấp, dạng sản phẩm, chất lượng bề mặt, điều kiện hàn, nhiệt độ làm việc, môi trường tiếp xúc và yêu cầu cường độ đều quan trọng. Vật liệu làm việc khác nhau trong nước biển, thiết bị hóa chất, sản phẩm y tế và tấm mặt dựng, vì vậy lựa chọn cuối cùng phải dựa trên tiêu chuẩn, thiết kế cùng khuyến cáo của nhà sản xuất.

Tài liệu liên quan

• Khối lượng quặng titanomagnetit