Tytan i jego stopy Wydział Inżynierii Materiałowej i Informatyki Stosowanej Kraków, 08.10.2010 r.

Prelegenci: Michał Bąk Monika Tomczyk Krzysztof Baran

Plan prezentacji Właściwości tytanu Występowania Zastosowanie Znaczenie dla człowieka Produkcja Tytanu Proces Krolla Otrzymywanie tytanu z proszku Klasyfikacja stopów: Opis i właściwości Wykresy równowagi Literatura

Właściwości Dane ogólne: Nazwa: Tytan ( łac. Titanium) Właściwości: metaliczne Grupa: 4 (IVB)  Okres: 4 Gęstość: 4540 (293K) [kg×m3] Kolor: srebrzystobiały   Właściwości atomowe:   Masa atomowa: 47,88u Liczba atomowa: 22 Właściwości tlenków: atmosferyczne Struktura krystaliczna: heksagonalna    Właściwości fizyczne:   Stan skupienia: stały Temp. topnienia: 1668oC (1941K) Temp. wrzenia: 3287oC (3560K) Objętość molowa: 10,64×10-3 m3/mol Ciepło parowania: 421 kJ/mol Ciepło topnienia: 15,45 kJ/mol

W dwóch odmianach alotropowych Właściowści W dwóch odmianach alotropowych Poniżej 882 °C stabilna jest odmiana alfa o strukturze krystalicznej heksagonalnej zwartej (HZ) odmiana szara Powyżej 882 °C występuje odmiana beta o strukturze krystalicznej regularnej przestrzennie centrowanej (RPC) odmiana biała

Występowanie 9 pozycja pod względem występowania w skorupie ziemskiej 0,60 – 0,61% masy skorupy ziemskiej 5 podstawowych grup minerałów tytanu grupa rutylu — dwutlenki tytanu Ti02 rutyl (o zawartości 90-98% Ti02) anataz (90-100% Ti02) brukit (90-100% Ti02) grupa ilmenitu — złożone tlenki tytanu z dwuwartościowym żelazem i manganem o różnej zawartości tlenków żelaza, manganu i aluminium ilmenit - FeTi03 grupa perowskitu — minerały tytanu, w których występuje wapń perowskit - CaTi03 grupa pirochloru — minerały tytanu o najbardziej złożonej budowie; na przykład pirochlor - (Na,Ca)2(Nb,Ta)2(O,OH)7 grupa tytanitu — grupa tytanokrzemianów; do tych minerałów zalicza się krzemiany tytanu i wapnia sfen - CaTi(S04)0

Nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym Występowanie Nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym Najczęściej występuje w skalach magmowych i osadowych Wiodący producenci: Afryka – 70 % Ameryka Europa Azja Australia W Polsce: Pojezierze Mazurskie, okolice Suwałk

Zastosowanie Rok Zastosowanie Produkcja ton 1950 Wojskowa technika lotnicza < 100 1960 Lotnictwo cywilne, turbiny gazowe 15000 1970 Zwiększenie zapotrzebowania i wzrost produkcji 30000 1980 Nowoczesne samoloty, głownie lotnictwa cywilnego 40000 1998 Lotnictwo wojskowe i cywilne 60000 2010 Wzrost zapotrzebowania poza techniką komiczną i lotnictwem 100000 Prognoza Zwiększenie zastosowania w wydobywaniu ropy naftowej i gazu na szelfie, w marynarce 400000

Zastosowanie Pigmenty i powłoki: Pigment w farbach, papierze, Ochrona okien przed promieniami UV Architektura i zastosowanie konsumenckie Przemysł motoryzacyjny: rury wydechowe Sprzęt sportowy np.: sprzęt alpinistyczny, ramy rowerowe Produkty codziennego użytku: oprawki okularów, zegrarki

Zastosowanie Architektura Budynki: Muzeum Guggenheima w Bilbao Inżynieria biomedyczna Protetyka dentystyczna Narzędzie chirurgiczne Lotnictwo Pokrycia kadłubów Biżuteria

Znaczenie dla człowieka Nietoksyczny – nawet w dużych dawkach Człowiek spożywa 0,8 mg tytanu każdego dnia Większość soli tytanu jest nieszkodliwych Chlorki tytanu – żrące (TiCl2, TiCl3 i TiCl4)  Szeroko stosowany jako biały barwnik w żywności, w otoczkach tabletek, w kosmetykach, paście do zębów

Etapy otrzymywania metalicznego tytanu: Produkcja tytanu Etapy otrzymywania metalicznego tytanu: przeróbka rud tytanu; otrzymywanie czterochlorku tytanu TlCl4; proces Krolla– redukcja TlCl4 magnezem; oczyszczanie tytanu – proces jodkowy; topienie tytanu. W piecu plazmowym W piecu elektronowowiązkowym W piecu łukowym W piecu indukcyjnym

Produkcja tytanu - Proces Krolla Otrzymywanie czterochlorku tytanu TlCl4 TiO2+2Cl2+C TiCl4 +CO2 TiO2+2Cl2+2C TiCl4 +2CO Redukcja czterochlorku tytanu magnezem TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2

Otrzymywanie czterochlorku tytanu TlCl4 Proces Krolla

Redukcja czterochlorku tytanu TlCl4 Proces Krolla

Otrzymywanie tytanu z proszku Znaczne obniżenie kosztów produkcji Łatwiejsza metoda niż wytapianie Zbliżone własności do materiału litego

Stopy tytanu – podział (ze względu na strukturę) Jednofazowe α Zawierają w swoim składzie chemicznym pierwiastki stabilizujące fazę α (glin, tlen, azot, węgiel) Jednofazowe β Zawierają w swoim składzie chemicznym pierwiastki stabilizujące fazę β Dwufazowe α+β Otrzymuje się przy określonej zawartości pierwiastków stabilizujące obie fazy α i β

Stopy Tytanu

Tytan-Aluminium

Literatura Andrzej Bylica, Jan Sieniawski, „Tytan i jego stopy” Rościsław Melechow, KrzysztofTubielewicz, Wiktor Błaszczyk., „Tytan i jego stopy : gatunki, właściwości, zastosowanie, technologia obróbki, degradacja” http://uop1.republika.pl/Ti.htm dostępna w dniu: 04.10.2010r. http://en.wikipedia.org/wiki/Titanium dostępna w dniu: 04.10.2010r. http://periodic.lanl.gov/elements/22.html dostępna w dniu: 04.10.2010r. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/597135/titanium/7295/Occurrence-properties-and-uses http://www.ngu.no/prosjekter/Geode/TiN/TiN-03%20(raw%20materials%20and%20industry).htm