Применение титана и его сплавов

Металлургические процессы, основанные на основе жидкостей, называют гидрометаллургическими – от греческого слова гидро, обозначающего воду. Процессы, при которых требуются нагрев, пламя, высокие температуры, называют пирометаллургическими – от другого греческого слова пирос, обозначающего огонь. И при проведении целого ряда металлургических процессов крайне необходимо оборудование из такого коррозионностойкого, надёжного и долговечного металла, как титан.

Авиационная промышленность была первым потребителем титана. Создание летательных аппаратов со скоростями близкими к скорости звука и превосходящими ее, определило ряд технических и экономических требований к конструкционным материалам, идущим на изготовление корпуса самолета и его обшивки, а также двигателей, которые невозможно было удовлетворить без применения материалов на основе титана. Авиационно-космическая техника и сейчас определяет темпы развития титановой промышленности, хотя доля ее в общем объеме потребления титана постепенно снижается.

Титан и его сплавы в промышленном масштабе впервые были использованы в конструкциях авиационных реактивных двигателей, что позволило уменьшить их массу на 10 - 25%. Рост скоростей летательных аппаратов привел к повышению температуры обшивки до 300 °С, в результате чего алюминиевые сплавы перестали удовлетворять требованиям авиационной техники. В этих условиях титановые сплавы незаменимы для сверхзвуковых самолетов. В среднем самолете общая масса деталей из титановых сплавов составляет 2570 кг. Важное место занимают титановые сплавы в вертолётостроении и ракетостроении.

По объему применения титана цветная металлургия занимает второе место среди отраслей промышленности. Большое распространение титановое оборудование получило на предприятиях кобальтово-никелевой и титано-магниевой промышленности. Титан находит применение при производстве вольфрама и молибдена, сурьмы, ртути, циркония, меди, цинка, свинца, редкоземельных и драгоценных металлов.

Первыми стали широко применять титановое оборудование предприятия никель-кобальтовой промышленности, что позволило экономить многие миллионы рублей, давать высококачественную продукцию. Благодаря разработке и освоению целого комплекса надёжных технологических аппаратов из титана на комбинате «Североникель» впервые в практике производства цветных металлов удалось осуществить комплексную автоматизацию технологических процессов.

При получении магниевых сплавов используют стойкие в расплавленном магнии титановые мешалки и тигли. Из титана изготовляют также лопасти перемешивающих устройств на известковых газоочистках. Титан применяется в качестве элемента, повышающего твердость алюминиевых сплавов, и модификатора, позволяющего получать мелкозернистую структуру металла.

Титан оказался наиболее подходящим материалом для изготовления матриц, применяемых при электролитическом осаждении меди, что намного облегчило труд рабочих, на 30 процентов повысило производительность труда, а срок службы матриц увеличился в 3 раза.

Вспомогательное оборудование из титана используют на предприятиях чёрной металлургии. Благодаря высокой коррозийной стойкости в сернистых газах титан обеспечивает надёжную работу электрофильтров, применяемых в коксохимическом и ферросплавном производствах, повышает долговечность газоочистных сооружений доменных, мартеновских, конверторных и агломерационных цехов.

Очень перспективно облицовывать титаном ванны, используемые на многих металлургических, сталепроволочных, канатных, метизных заводах для травления заготовок в кислотах с целью удаления окалины с поверхности. Травильные растворы загрязнены частицами железа и его соединений, содержат специальные солевые добавки (для замедления коррозии), но титановые травильные ванны служат десятки лет, тогда как обычные выходят из строя гораздо раньше.

Добавки титана повышают качество чугуна и стали. Отдельно или с другими элементами титан применяется как раскислитель при производстве многих низколегированых и углеродистых сталей.

Благодаря высокой коррозионной стойкости в морской воде титан и его сплавы находят применение в судостроении для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении. В судостроении с увеличением размеров кораблей требуются все более мощные турбинные двигатели, паровые котлы и конденсаторы.

Титан и его сплавы широко используются в химической промышленности: теплообменники и выпарная аппаратура, реакторы, скрубберы, сушилки, разделительные колонны, насосы, различные ёмкости и прочее оборудование. Примерно 30% титана расходуется на изготовление коммуникаций, применяемых в химической промышленности и в хлорном производстве. В нефтяной промышленности широко применяют титановые насосы и запорную арматуру, а особенно трубы из титана.

Титан и его сплавы применяют в химической, нефтехимической, целлюлозно - бумажной и пищевой промышленности, цветной металлургии, энергомашиностроении, электронике, ядерной технике, гальванотехнике, при производстве вооружения, для изготовления броневых плит, хирургического инструмента, хирургических имплантатов, опреснительных установок, деталей гоночных автомобилей, спортинвентаря (клюшки для гольфа, снаряжение альпинистов), деталей ручных часов и даже украшений. Азотирование титана приводит к образованию на его поверхности золотистой пленки, по красоте не уступающей настоящему золоту.

Широкое применение титан находит в производстве искусственного волокна, красителей, азотной кислоты, синтетических жирных кислот, хлорированных углеводородов, кальцинированной соды, в хлорорганическом синтезе, во многих агрессивных средах.

Среди новых материалов, которым наука приписывает большое будущее, следует отметить соединения титана с алюминием, никелем и углеродом. Интерметаллиды Ti₃Al, TiAl, TiAl₃ возможно использовать при рабочих температурах до 700 °С. Карбид титана TiС обладает очень высокой твердостью и износостойкостью, его используют вместо алмазных насадок в качестве режущего инструмента.

Совершенно необычный аспект применения титана - колокольный звон. Колокола, отлитые из этого металла, обладают необычайным, очень красивым звучанием.

Из титана созданы памятники Ю.А. Гагарину и монумент покорителям космоса в Москве, обелиск в честь успехов освоения Вселенной в Женеве.

Применение рутила

Наибольшие количества TiO₂ потребляет лакокрасочная промышленность. В 1908 г. в США и Норвегии началось изготовление белил не из соединений свинца и цинка, как прежде, а из двуокиси титана. У титановых белил больше отражательная способность, они не ядовиты, не темнеют под действием сероводорода и других газов, ими можно окрасить ткани, кожу и другие материалы, причём в несколько раз большую поверхность, чем тем же количеством свинцовых или цинковых белил. Эмали на основе двуокиси титана используют как защитные и декоративные покрытия по металлу и дереву в судостроении, строительстве, машиностроении. Срок службы сооружений и деталей при этом значительно повышается.

Очищенные минералы TiO₂ применяются в световых квантовых двигателях.

Кристаллы искусственно выращенного рутила используются для производства выпрямителей, которые работают при огромных температурах, в стержнях для атомных реакторов, графитовой кладке и ещё более чем в 120 наименованиях.

Двуокись титана входит в состав фарфоровых масс, тугоплавких стекол, керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью. Как наполнитель, повышающий прочность и термостойкость, TiO₂ вводят в резиновые смеси.

Рутил - красивый минерал, его широко используют в ювелирно-поделочной индустрии.

TiO₂ в России разрешён как краситель во всю пищевую продукцию. Применяется для прокрашивания конфет, жвачек, декора изделий кондитерского производства, используется в виде таблеток и капсул, в изготовлении аналогов рыбной продукции и для придания муке белого цвета.