Attribut
Titan ist ein metallisches Element und zeichnet sich durch ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aus. Es ist ein starkes Metall mit geringer Dichte, das ziemlich duktil (insbesondere in einer sauerstofffreien Umgebung), glänzend und metallisch-weiß ist. Der relativ hohe Schmelzpunkt (mehr als 1.650 °C oder 3.000 °F) macht es als feuerfestes Metall geeignet. Es ist paramagnetisch und hat eine relativ geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit.
Kommerzielle (99,2 % reine) Titanqualitäten haben eine Zugfestigkeit von etwa 434 MPa (63.000 psi), was der von gewöhnlichen Stahllegierungen geringer Qualität entspricht, aber eine geringere Dichte aufweist. Titan ist 60 % dichter als Aluminium, aber mehr als doppelt so fest wie die am häufigsten verwendete 6061-T6-Aluminiumlegierung. Bestimmte Titanlegierungen (z. B. Beta C) erreichen Zugfestigkeiten von über 1400 MPa (200000 psi). Allerdings verliert Titan an Festigkeit, wenn es über 430 °C (806 °F) erhitzt wird.
Titan ist nicht so hart wie einige wärmebehandelte Stahlsorten, ist nicht magnetisch und ein schlechter Wärme- und Stromleiter. Bei der Bearbeitung sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, da das Material abfressen kann, wenn keine scharfen Werkzeuge und keine geeigneten Kühlmethoden verwendet werden. Titankonstruktionen haben wie Stahlkonstruktionen eine Ermüdungsgrenze, die in manchen Anwendungen eine Langlebigkeit garantiert. Titanlegierungen haben eine geringere Steifigkeit als viele andere Strukturmaterialien wie Aluminiumlegierungen und Kohlefasern.
Das Metall ist ein dimorphes Allotrop einer hexagonalen α-Form, die sich bei 882 °C (1.620 °F) in eine kubisch-raumzentrierte (Gitter-)β-Form ändert. Die spezifische Wärme der α-Form steigt dramatisch an, wenn sie auf diese Übergangstemperatur erhitzt wird, fällt dann aber ab und bleibt für die β-Form unabhängig von der Temperatur ziemlich konstant. Ähnlich wie bei Zirkonium und Hafnium existiert eine zusätzliche Omega-Phase, die bei hohen Temperaturen thermodynamisch stabil ist Drücke, ist aber bei Umgebungsdrücken metastabil. Diese Phase ist normalerweise hexagonal (ideal) oder trigonal (verzerrt) und kann auf ein weiches longitudinales akustisches Phonon der β-Phase zurückgeführt werden, das den Kollaps der Atomebenen verursacht.
Titanmetall und seine Legierungen oxidieren wie Aluminium und Magnesium sofort, wenn sie der Luft ausgesetzt werden. Titan reagiert leicht mit Sauerstoff bei 1.200 °C (2.190 °F) in Luft und bei 610 °C (1.130 °F) in reinem Sauerstoff und bildet Titandioxid. Allerdings reagiert es bei Umgebungstemperatur nur langsam mit Wasser und Luft, da es eine passive Oxidschicht bildet, die die Metallmasse vor weiterer Oxidation schützt. Bei der ersten Bildung ist diese Schutzschicht nur 1–2 nm dick, wächst aber weiter langsam; innerhalb von vier Jahren eine Dicke von 25 nm erreichen.
Die atmosphärische Passivierung verleiht Titan eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, die fast der von Platin entspricht, und ist in der Lage, Angriffen durch verdünnte Schwefel- und Salzsäure, Chloridlösungen und die meisten organischen Säuren standzuhalten. Allerdings wird Titan durch konzentrierte Säuren korrodiert. Wie sein negatives Redoxpotential zeigt, ist Titan thermodynamisch ein sehr reaktives Metall, das in normaler Atmosphäre bei niedrigeren Temperaturen als dem Schmelzpunkt brennt. Das Schmelzen ist nur in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum möglich. Bei 550 °C (1.022 °F) verbindet es sich mit Chlor. Es reagiert auch mit den anderen Halogenen und absorbiert Wasserstoff.
Titan ist eines der wenigen Elemente, das in reinem Stickstoffgas verbrennt und bei 800 °C (1.470 °F) zu Titannitrid reagiert, was zur Versprödung führt. Aufgrund seiner hohen Reaktivität mit Sauerstoff, Stickstoff und einigen anderen Gasen werden Titanfilamente in Titansublimationspumpen als Fänger für diese Gase eingesetzt. Solche Pumpen erzeugen kostengünstig und zuverlässig extrem niedrige Drücke in Ultrahochvakuumsystemen.
