Thép titanium ! Khái niệm, đặc tính ứng dụng thực tế?
Cập nhật: 05/10/2021
Xét theo bảng nguyên tố tuần hoàn hóa học, titanium là kim loại đặc biệt, xếp hạng nguyên tố thứ 22 trong bảng tuần hoàn. Mức độ phổ biến thứ 9 trong các nguyên tố, đặc biệt tìm thấy nhiều trong lớp vỏ trái đất
Titanium là gì? Khái niệm
- Xét theo bảng nguyên tố tuần hoàn hóa học, titanium là kim loại đặc biệt, xếp hạng nguyên tố thứ 22 trong bảng tuần hoàn. Mức độ phổ biến thứ 9 trong các nguyên tố, đặc biệt tìm thấy nhiều trong lớp vỏ trái đất.
- Có thể tìm thấy nó trong thần thoại Hy Lạp cổ đại, là bắt nguồn từ tên gọi của vị thần Titan là vj thần nguyên thủy đại diện cho sự khổng lồ, mạnh mẽ, cứng chắc. Ứng dụng phổ biến cho ngành công nghiệp vũ trụ, hàng không hay sản xuất chi tiết máy móc siêu xe. Tuy nhiên titanium không phải vật liệu tối ưu để làm siêu xe do tính chất vật lí cứng khó biến dạng khi va chạm nên không thể trung hòa lực, và nếu bị biến dạng khó khôi phục nguyên bản. 2 Lý do này gây mất an toàn cho người dùng và hao tốn chi phí khắc phục nên tùy mục đích mới sản xuất bằng tintanium.
Đặc tính hóa học của thép titanium
Như đã nhắc ở trên, titanium xếp thứ 9 trong bảng tuần hoàn nguyên tố, đặc tính có độ cứng hơn thép nhưng nhẹ hơn 45-50% tùy mật độ carbon. Độ cứng chắc gấp đôi các hợp kim nhôm nhưng chỉ nặng hơn khoảng 60%. Thép titanium khó khai thác ở dạng thô được mà chủ yếu tạo ra bằng phương pháp phản ứng hóa học Kroll theo phương trình hóa học.
- TiCl4 + 2Mg -> Ti + 2MgCl2
- Điều kiện thực hiện: nhiệt độ ~ 800 độ C, chất xúc tác là Mg (magie). Tạo ra TiCl3, TiCl2 nồng độ titanium cao hơn. Tiếp theo được đưa qua quá trình chưng cất chân không trong lò hồ quang chân không. Nấu lại để loại bỏ tạp chất, đảm bảo độ đồng nhất.
- Do việc chưng cất khá phức tạp và có tác động gây ô nhiễm môi trường nên giá thành Titanium đắt gấp nhiều lần so với thép không gỉ: Cập nhật Giá titanium hiện tại trên sàn giao dịch kim loại năm 2021 là 18,522$/tấn.
- Trữ lượng titanium ở Việt Nam theo thống kê ~5% tổng trữ lượng Toàn Cầu. Hai tỉnh có mỏ khối lượng nhiều nhất là Thái Nguyên và Bình Thuận
Hợp kim của titanium
Ở dạng nguyên chất titanium có độ bền không vượt trội, xấp xỉ ngang thép, bền gấp 2 lần nhôm. Tuy nhiên ở dạng hợp kim thì lại tạo ra nhiều ứng dụng mạnh mẽ. Trên Thế Giới tổng cộng có tới 38 hợp kim của titanium được tìm thấy. Mỗi loại có ưu điểm riêng nên được ứng dụng trong từng ngành đặc thù. Ở đây xin nêu ra 3 loại hợp kim titanium phổ biến
- Titanium Beta C: Dạng hợp kim siêu bền đầu tiên gồm: 70% titanium - 3% aluminum - 8% vanadium - 6% chromium - 4% molybdenum - 4% zirconium… Test độ bền kéo 200000 psi, công thức hóa học là Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr.
- Hợp kim Ti6Al4V gồm: 6% nhôm - 4% vanadium - 0,25% (tối đa) sắt - 0,2% (tối đa) oxy và phần còn lại là titanium. Đặc tính khả năng chống ăn mòn, tính bền cao
- Hợp kim Ti-6Al-4V-ELI: 6% nhôm, 4% vanadi, 0,13% (tối đa) oxy còn lại là titan tăng độ dẻo ở mức cao nhất, chống đứt gãy. Được cấp phép sử dụng trong ngành y tế, phòng sạch
Ứng dụng của thép Titanium
- Trong ngành công cụ, dụng cụ: được dùng để chế tạo các đồ dụng cụ chuyên biệt như cờ lê, mỏ lết, tô vít bằng hợp kim titanium,. Ngoài ra còn một số bộ phận quan trọng của dụng cụ như lưỡi của kìm, hoặc lớp phủ bên ngoài công cụ. Xem thêm dụng cụ Titanium KS Tools
- Làm gọng kính: vì nó nhẹ, khó bị bẻ gãy, đẹp nên rất được ứng dụng nhiều.
- Trong y tế, thực phẩm: trơ về mặt sinh học, hầu như không hấp thụ vào cơ thể, không độc dù lượng lớn nên được làm khớp giả, ống đựng thuốc…
- Trong ô tô: các dòng xe cao cấp làm bằng titania được bán rất chạy vì nó đẹp, không bị xước, không móp méo kể cả khi va chạm: Van, trục máy chốt trên siêu xe
- Hàng không, vũ trụ: Được dùng kết hợp vanadium để làm vỏ máy bay. Hầu hết các mẫu Boeing đều chứa tỷ lệ titanium nhất định, mẫu càng mới tỷ lệ càng lớn. Nó cứng, bền, nhẹ nên được làm vỏ tàu, vệ tinh vũ trụ.
- Vỏ tàu ngầm: Hợp kim titatium sản xuất ra vỏ tàu ngầm chứa tỷ lệ nhất định phù hợp với tính chất đặc thù tàu ngầm lặn
- Kết luận: titanium là hợp kim quý có tính ứng dụng mạnh mẽ. Hợp kim của nó cũng ứng dụng rất nhiều cho các ngành nghề trên Toàn Cầu dù cho giá thành cao.
Nguồn tham khảo: internet
