Атрибут
Металлический элемент, титан, известен своим высоким соотношением прочности и веса. Это прочный металл с низкой плотностью, достаточно пластичный (особенно в бескислородной среде), блестящий и металлически-белого цвета. Относительно высокая температура плавления (более 1650 °C или 3000 °F) делает его полезным в качестве тугоплавкого металла. Он парамагнитен и имеет довольно низкую электро- и теплопроводность.
Коммерческие сорта титана (чистота 99,2%) имеют предел прочности на разрыв около 434 МПа (63 000 фунтов на квадратный дюйм), что соответствует пределу прочности обычных низкосортных стальных сплавов, но менее плотны. Титан на 60% плотнее алюминия, но более чем в два раза прочнее наиболее часто используемого алюминиевого сплава 6061-T6. Некоторые титановые сплавы (например, Beta C) достигают прочности на разрыв более 1400 МПа (200 000 фунтов на квадратный дюйм). Однако титан теряет прочность при нагревании выше 430 °C (806 °F).
Титан не такой твердый, как некоторые марки термообработанной стали, он немагнитен и плохо проводит тепло и электричество. Обработка требует мер предосторожности, так как материал может истираться, если не использовать острые инструменты и неправильные методы охлаждения. Как и стальные конструкции, титановые конструкции имеют предел выносливости, гарантирующий долговечность в некоторых случаях. Титановые сплавы имеют меньшую жесткость, чем многие другие конструкционные материалы, такие как алюминиевые сплавы и углеродное волокно.
Металл представляет собой диморфный аллотроп гексагональной α-формы, которая превращается в объемноцентрированную кубическую (решетчатую) β-форму при 882 ° C (1620 ° F). Удельная теплоемкость α-формы резко возрастает по мере нагревания до этой температуры перехода, но затем падает и остается довольно постоянной для β-формы независимо от температуры. Подобно цирконию и гафнию, существует дополнительная омега-фаза, которая термодинамически стабильна при высоких температурах. давлений, но метастабилен при атмосферном давлении. Эта фаза обычно имеет гексагональную (идеальную) или тригональную (искаженную) форму, и ее можно считать обусловленной мягким продольным акустическим фононом β-фазы, вызывающим коллапс плоскостей атомов.
Подобно алюминию и магнию, металлический титан и его сплавы окисляются сразу же при контакте с воздухом. Титан легко реагирует с кислородом при температуре 1200 °C (2190 °F) на воздухе и при 610 °C (1130 °F) в чистом кислороде, образуя диоксид титана. Однако он медленно вступает в реакцию с водой и воздухом при температуре окружающей среды, поскольку образует пассивное оксидное покрытие, которое защищает основной металл от дальнейшего окисления. Когда он впервые образуется, этот защитный слой имеет толщину всего 1–2 нм, но продолжает расти. медленно; достигнув толщины 25 нм за четыре года.
Атмосферная пассивация придает титану превосходную стойкость к коррозии, почти эквивалентную платине, способность противостоять воздействию разбавленной серной и соляной кислот, растворов хлоридов и большинства органических кислот. Однако титан разъедается концентрированными кислотами. Как показывает его отрицательный окислительно-восстановительный потенциал, титан термодинамически является очень активным металлом, который горит в обычной атмосфере при температурах ниже температуры плавления. Плавление возможно только в инертной атмосфере или в вакууме. При 550 °C (1022 °F) он соединяется с хлором. Он также реагирует с другими галогенами и поглощает водород.
Титан — один из немногих элементов, которые горят в чистом газообразном азоте, реагируя при 800 °C (1470 °F) с образованием нитрида титана, что вызывает охрупчивание. Из-за своей высокой реакционной способности по отношению к кислороду, азоту и некоторым другим газам титановые нити применяются в сублимационных насосах для титана в качестве поглотителей этих газов. Такие насосы недорого и надежно создают чрезвычайно низкое давление в системах сверхвысокого вакуума.
