Ricerca speciale sull'industria del titanio (Parte I): Origine, applicazioni e stato attuale del "Metal universale" (Parte 1)

Ricerca speciale sull'industria del titanio (Parte I): Origine, applicazioni e stato attuale del "Metal universale" (Parte 1)

Il titanio, con il simbolo chimico Ti, è il 22 ° elemento nella tavola periodica. Comunemente associato a aerospaziale e altri settori di fascia alta, il titanio è spesso visto come un metallo "premium". Tuttavia, è già penetrato profondamente nelle nostre vite quotidiane: dal dentifricio che usi quotidianamente, contenente biossido di titanio come agente sbiancante-alle pareti della camera da letto dipinte con pigmenti a base di titanio e le cornici di occhiali in lega di titanio che indossi. Come a produttore di valvole di gate in titanio o utente dei prodotti a base di titanio, si arriva rapidamente ad apprezzare la sua diffusa rilevanza e benefici ad alte prestazioni in vari settori.

Grazie alla sua eccellente resistenza a temperature elevate e basse, acidi forti e alcali, nonché la sua alta resistenza e bassa densità, il titanio e le sue leghe sono riconosciuti come sostituti ideali per acciaio, acciaio inossidabile, rame e leghe, piombo, nichel, zinco, grafite e materiali in pietra. La sua portata dell'applicazione si espande continuamente. Pertanto, il titanio è onorato come il "metallo universale" nel regno dei materiali metallici ed è visto come il "terzo metallo" dopo ferro e alluminio, nonché un materiale strategico e aerospaziale-critico.

Tuttavia, poiché il titanio non può essere trovato in pura forma metallica in natura ed è difficile da estrarre, la sua scoperta e l'applicazione industriale hanno preso un lungo percorso. Sebbene il sacerdote britannico W. Gregor scoprì il titanio in Ilmenite già nel 1791, non fu fino al 1795 che il chimico tedesco M.H. Klaproth ha confermato la sua esistenza durante lo studio di Rutile e lo ha chiamato dopo i titani mitologici greci.

Dopo oltre un secolo di esplorazione, lo scienziato americano M.A. Hunter estrasse con successo il titanio puro usando la riduzione del sodio di Ticl₄ nel 1910. Nel 1940, lo scienziato lussemburghese W.J. Kroll sviluppò il metodo di riduzione del magnesio, noto oggi come il processo di Kroll. Nel 1948, gli Stati Uniti produssero 2 tonnellate di titanio di spugna usando questo metodo, segnando l'inizio della produzione in scala industriale del titanio.

Caratteristiche del metallo in titanio
Il titanio presenta un elevato rapporto resistenza-peso. Sebbene le leghe di titanio siano leggermente meno forti di alcuni acciai tradizionali, la loro densità molto più bassa dà loro una forza specifica superiore. Ciò li rende ideali per le industrie aerospaziali in cui sono richiesti materiali leggeri e ad alta resistenza.

Il titanio offre anche un'eccezionale resistenza alla corrosione, che è cruciale in quanto la corrosione è una causa comune di fallimento delle attrezzature industriali. Nonostante sia un elemento reattivo, le leghe di titanio formano uno strato di ossido denso sulle loro superfici, che isola efficacemente il metallo da ambienti corrosivi. Questo strato passivo può auto-centesimi rapidamente se danneggiato, mantenendo la sua protezione fino a temperature di circa 315 ° C.

Inoltre, il titanio è non magnetico, non tossico e altamente biocompatibile. Poiché il titanio è un elemento di traccia nel corpo umano e presenta una forte compatibilità con i tessuti e il sangue, è ampiamente usato nel campo medico.

Le leghe di titanio funzionano anche attraverso un ampio intervallo di temperatura. Alcune leghe possono eseguire a lungo termine a temperature superiori a 600 ° C. Le leghe di titanio a bassa temperatura, come TA7 e TC4, diventano più forti man mano che la temperatura scende mantenendo una buona duttilità e tenacità fino a -196 ° C a -253 ° C, rendendole ideali per serbatoi criogenici e contenitori di stoccaggio.

Tipi di prodotto e applicazioni
Attualmente, i prodotti in titanio sono principalmente classificati in tre gruppi: biossido di titanio (tiO₂), spugna titanio e materiali trasformati in titanio. Altri prodotti includono lingotti di titanio, polvere di titanio e attrezzature in titanio. Questi sono usati in settori aerospaziali, industriali e civili.

Il biossido di titanio è un pigmento bianco utilizzato principalmente in rivestimenti, materie plastiche, inchiostri e carta.

Il titanio di spugna funge da materia prima per ulteriori elaborazioni ed è di solito in grigio chiaro.

I materiali trasformati in titanio vengono realizzati sciogliendo il titanio di spugna in lingotti e modellandoli ulteriormente attraverso la forgiatura, il rotolamento o l'estrusione in piastre, barre, tubi e getti.