Üldsisukorda tagasi...

.
TITAAN - väljakirjutused entsüklopeedilistest materjalidest, praktiliselt olulised lõigud on esile tõstetud kollase taustaga
- kasutatakse Eestis juba paarkümmend aastat ehete valmistamiseks, jõuavad tõenäoselt ka muuseumidesse


Koosneb viie stabiilse isotoobi segust:  massiarvuga 46 (  7,99%)
                                                                                      47 (  7,32%)
                                                                                      48 (73,99%)
                                                                                      49 (  5,46%)
                                                                                      50 (  5,25%)
Radioaktiivsed isotoobid on lühikese poolestusajaga (radioaktiivseid preparaate pole vaja karta)

Titaanile kui keemilisele elemendile on viidatud juba 1795, kuid uurimiseks piisavas koguses õnnestus puhast titaani saada alles 1925.

Konstruktsioonimetallide osas on titaan levikult neljandal kohal (eespool on Fe, Al  ja Mg).

Looduses esineb peamiselt hapnikuühenditena.

1) Oksiidsed maagid:   rutiil  - TiO2  97%, lisanditeks Fe, Nb, Ta, Sn, Cr, V, Mo
                                anataas  -  TiO2  99%, lisandiks Fe                                                              
                                brukiit - TiO2  94-99%, lisanditeks Fe, Sn, Pb, S
2)Titanaatmaagid:      ilmeniit  - FeTiO3 -MgTiO3, titaanisisaldus 31,6%                                              
                                perovskiit  - CaTiO3, sisaldab titaani  oksiidile ümberarvestatult 58,9%
                                lopariit - sisaldab titaani  oksiidile ümberarvestatult 40%
                                titaniit - TiO2 - 40,8%.

Olulise leiukohad asuvad Soomes, Rootsis ja Norras. (Maailma suurim titaanvalge -TiO2  - tootja oli hiljuti veel soome firma KEMIRA).
Venemaal leidub titaan imaaki  vaid Ilmeni mägedes. Maailmas leidub titaanimaaki   veel  Lõuna-Aafrikas (Transvaalis), Indias  ning  Põhja- ja Lõuna-Ameerikas.                    


FÜÜSIKALISED OMADUSED.

Hõbevalge metall, värvuselt meenutab niklit.  On kerge metall, väga korrosioonikindel, tugev ja  plastiline.
On ferromagneetiline - teistest kergmetallidest eristamisel oluline tunnus!

1) Kõrgel temperatuuril (üle 882ºC) esineb kuubilise ruumtsentreeritud kristallvõrega (β - -titaan), mille tihedus 900ºC  juures on 4,32.

2) Madalamal  temperatuuril  (alla  882ºC) esineb heksagonaalne kristallvõre (α -titaan), tihedus 20º C juures - 4,505.


Mõlemad kristallvõre tüübid on olulised, kuna esinevad legeerivate lisandite korral üheskoos ka toatemperatuuril.

Titaani sulamistemp.  on 1665º C,  keemistemp. on   3227ºC .

Titaani termiline joonpaisumiskoefitsient -   8,35 miljondikku  (toatemperatuuride vahemikus).

                            VÕRDLUSEKS:  puhas raud.................11,7  
                                                       tina.......................... 12,3                                                                                                              punane vask..............17
                                                       puhas hõbe................20
                                                       puhas alumiinium.......24,6
                                                       (klaas -  0,35, kvartsklaas kuni  20)


Titaani elektriline eritakistus  42,1  (mikro-oomi  sentimeetri kohta  (20º C)).

                           VÕRDLUSEKS:   puhas hõbe.................1,59
                                                       punane vask...............1,68
                                                       puhas alumiinium........2,65
                                                       puhas raud................. 9,7
                                                       tina...........................11,5


Titaani soojusjuhtivus  -   0,0369  ( ühik -  cal/cm*kraad*sek.)

                          VÕRDLUSEKS:    puhas raud..................0,177
                                                       punane vask...............0,941
                                                       puhas hõbe................1,0 (toatº )
                                                       puhas alumiinium.. .    0,52
                                                       tina............................0,157
                                                      (klaas -  0,002,  kvartsklaas kuni  10)


Titaani  kõvadus Brinelli järgi -  100 kG/mm2

                           VÕRDLUSEKS:   punane vask............  35                                                           
                                                       puhas raud...............  40
                                                       puhas hõbe..............  25
                                                       puhas alumiinium.....  17
                                                       tina...........................    4
                                                      (klaas 200, kvartsklaas kuni 7-8 tuhat)


Tõmbetugevus -  25,6 kG/mm2   (katkemiseni jõudes pikeneneb  72%)

                           VÕRDLUSEKS:   punane vask..............22   (pikeneb 60%)   
                                                       puhas hõbe...............10   (pikeneb 60%)
                                                       puhas raud................20   (pikeneb 50%)
                                                       puhas alumiinium........5   (pikeneb 49%)
                                                       tina............................1,7 (pikeneb 80%)
                                                       (klaas 3,5, kvartsist klaaskiudkuni  600)

KEEMILISED OMADUSED.

Ühendistes enamasti 4-valentne (harvemini 3 ja 2). Tavalistel temperatuuridel  ja kuni 500º- 550ºC ei muutu õhu käes ning on korrosioonile vastupidav.  Põhjuseks on õhuke, kuid väga tihe ja tugev oksiidikiht  metalli pinnal.
Punasel hõõgumisel põleb hapniku joas (ka hapnikuga lõikamisel)  valgeks oksiidiks (TiO2).
Õhukese materjali lõikamisel  nüri lõikuri ja väikese ettenihkega võib tekkida isesüttimine.

Oksiidi mehaanilisel eemaldamisel, samuti  temperatuuri tõusul  lahustab suurtes kogustes hapnikku, lämmastikku, vesinikku ja süsihappegaasi, mis vähendab tunduvalt plastilisust ning teatud kontsentratsiooni juures muudab titaani hapraks materjaliks, mis ei leia praktilist kasutamist.  
Seepärast tuleb  kõik kõrgtemperatuurilised protsessid (keevitamine, jootmine ja sepistamine) korraldada inertgaasides  või vaakumis.
Toatemperatuuril adsorbeerib 1g titaanipulbrit 407cm3 vesinikku, adsorbtsioon on maksimaalne 300ºC  juures.  Kuna vesinik põhjustab keevisliidete haprust, siis on piiriks kehtestatud 0,015%.
Vesinik eemaldatakse vaakumpõletusel 800º-1000ºC  juures.

Vedelas olekus reageerib titaan praktiliselt kõigi   oksiidsete tulekindlate materjalidega, millest valmistatakse ahje ja tiigleid. Sulatamine toimub seepärast ainult  vesijahutusega vasktiiglites ja garnissage-tüüpi ahjudes.

TITAAN  on vastupidav nii  merelises kliimas kui ka  merevees.

Ei lahustu lämmastikhappes, välja arvatud  punases suitsevas, mis põhjustab korrodeeriva lõhenemise ja  võib lõppeda plahvatusega.
Soolhappega reageerib sõltuvalt kontsentratsioonist ja temperatuurist:  20% soolhappes lahustub alates 35ºC , 10% soolhappes 70ºC  juures  ning 2% soolhappes keemistemperatuuril.
Lahjendatud väävelhappe suhtes on suhteliselt püsiv.
Fluorvesinikhape  lahustab titaani toatemperatuuril, sõltumata kontsentratsioonist.
Lahustab ka kuum kontsentreeritud fosforhape, samuti kuumad orgaanilised happed  (oblikhape, sipelghape, trikloor- ja trifluoräädikhape).  
Ei lahustu äädikhappes ja sidrunhappes keetmisel.

Toatemperatuuril ei  toimi titaanile lahjendatud leeliste lahused.

Toatemperatuuril   ei korrodeeri titaani  kloriidide lahused.

Lämmastiku atmosfääris võib pulbriline või peentest laastudest koosnev titaan põleda.  
Massivse metalli pinnal tekib kuumutamisel üle 700ºC   titaannitriidi kiht (TiN).

Titaannitriid on pronksivärviline (kuldne) pulber,  sulamist  3200ºC , erikaaluga  5,43.
      Kõvadus Mohsi järgi on  8-9, kasutatakse teemantpulbri asemel  vääriskivide lihvimisel.  
       Titaani  pinnale keemiliselt  tekitatud nitriidikihi abil antakse detailidele  suuremat kulumiskindlust.        
      Kõrge sulamistemperatuuri tõttu lisatakse titaannitriidi  kõvadele instrumenditerastele.
      Kuldse värvuse tõttu kasutatakse titaannitriidi laialdaselt dekoratiivseks "kuldamiseks"
      Kuldne titaannitriid oksüdeerub õhu     käes kuumutamisel üle 450ºC nii, et kaovad ka kõvadusomadused
     (on pealt maha harjatav).
      Titaannitriid  ei lahustu kuumades kontsentreeritud mineraalhapetes, lahustub vaid keevas kuningvees, 
      fluorvesinikhappes (oksüdeerijate juuresolekul). Kuid laguneb keevas KOH lahuses,
     Titaannitriid on parem elektrijuht kui  titaan ise - 25 mikro-oomi/cm.

Titaanpulbri  ja söepulbri kiirel kuumutamisel üle 1800ºC (volframtorus ja vesiniku atmosfääris)
tekib titaankarbiid (TiC). See on hall metalne pulber erikaaluga  4,92 , sulamistemperatuuriga 3140ºC , mikrokõvadus - 3000 kG/mm2.
    On püsiv kuumutamisel õhus kuni  800ºC -ni, hapniku joas laguneb temperatuuril 1150ºC,
    lahustub ainult lämmastikhappe ja fluorvesinikhappe segus, laguneb sulatatud leelistes,
    kasutatakse instrumenditerase lisana, samuti elektrikaarleegi lampide elektroodides.

Titaani ja räni ühendid  - titaansilitsiidid (TiSi, TiSi2, Ti5Si3) on sulamistemperatuuridega 1540º- 2120ºC,  mis on keemiliselt samuti väga püsivad, kasutatakse kõrgete temperatuuride tehnikas.

Titaani ja boori ühend - titaanboriid ( TiB2 )  omab sulamistemperatuuri 2920ºC . Kõrge ulamistemperatuuri ja erilise neutronite neelamise võime pärast kasutatakse tuumaseadmetes aeglustina.

TITAANOKSIID.
Kolmest oksiidist on tähtsaim TiO2.  On valge pulber, mis muutub kuumutamisel kollakaks, kuid  jahtumisel on jälle valge.  Tihedus 4,18-4,25,  sulamistemperatuur 1850ºC.
    Keemilliselt äärmiselt püsiv, vähesel määral lahustub leelistes.
    Lahustub pikaajalisel kuumutamisel konts. väävelhappes, samuti lahustub  fluorvesinikhappes (H2F2).
    Toodetakse titaanitööstuses,  samuti  titaantetrakloriidist, kuid magneesiumiga  taandamise
    asemel  osüdeeritakse TiCl4  1000-1200  juures hapniku või õhuga.
Suurem osa toodangust kulutatakse värvitööstuses. (Nn. "titaankollane"  e. tiazoolkollane, nimetatud ka  mimoos, ei sisalda üldse  titaani)

TITAANI TOOTMINE.
Põhiliselt kasutatakse maagi kuuma kloreerimist, mille tagajärjel tekib titaantetrakloriid(TiCl4) -  raske (e= 1,727) vedelik, mis tahkub  -23º C juures.
Titaan taandatakse välja sulatatud magneesiumiga (argooni atmosfääris):
    TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Saadud produktist eraldatakse  magneesium ja selle kloriid vaakuumdestillatsioonil, alles jääb käsnjas titaan.
(käsnjast titaanist valmistatakse õhukuivatite silikageelrootoreid)

KASUTAMINE..
Kasutatakse lennuki- ja raketitehnikas ning  laevaehituses.  Titaan on tähtis ka legeeriva lisandina nikli-  ja rauasulamites.
Kasutatakse ka keemiatööstuse masinaehituses nikli ja koobalti  tootmise seadmetes, kuna on püsiv sulfaatide ja kloriidide lahustes (roostevaba teras korrodeeruks).

ANALÜÜTILINE  MÄÄRAMINE.
Titaan(IV) ühendid moodustavad neutraalses või happelises lahuses vesinikülihapendiga
(H2O2) oranžikas-punase värvuse.
Titaani  lahustamiseks tuleb kasutada fluorvesinikhapet või  NaF happelist lahust.


TITAANI SULAMID.
Titaani legeeritakse sagedamini:   alumiiniumiga, molübdeeniga, vanaadiumiga, mangaaniga, kroomi ja tinaga.  Harvemini lisatakse tsirkooniumit, nioobiumit, rauda, räni ja vaske.

Plaatina või palladiumi 0,1-0,2% lisand tõstab tunduvalt  korrosioonikindlust soolhappe suhtes. 

α -struktuuriga sulamid:
legeerivaks lisandiks enamasti Al, Sn ja Zr (võib sisaldada veel 0,5-1,5% muid metalle),
on väga hästi keevitatavad, kuid halvasti  stantsitavad,  painutatavad ainult kuumalt.  

α-β-struktuuriga sulamid (kahefaasilised):
sisaldavad enamasti samuti alumiiniumit, kuid 10-12% ka teisi metalle,
halvasti keevitatavad, kuid  on  plastilised, eriti  kõrgemal temperatuuril (sepistamine),
väga madalatel (kosmilistel) temperatuuridel esineb külmahaprus.

β-struktuuriga sulamid:
sisaldavad kuni 3% alumiiniumit, kokku  on legeerivaid lisandeid  15-20%, mille moodustavad raskemetallid (peale Zr ja Sn),
on nii keevitatavad kui ka sepistatavad, kuid on termiliselt ebapüsivad (keevisõmblused on kõrgel temperatuuril  rabedad, kosmiliselt madalatel   temperatuuridel  esineb külmahaprus.

NSVL titaanisulamite keemiline koostis.
Sulami struktuur Sulami  mark Keemiline koostis (titaan + lisandid) %

α -sulamid



 BT1-00
BT1-0
BT1-1
BT5
BT5-1		 Tehniline titaan
Sama
Sama
5% Al
5% Al / 2,5% Sn

Pseudo-α -sulamid

( β -stabilisaatoreid alla 2%)

 		OT4-0
OT4-1
OT4
BT4
OT4-2		 1% Al  /  1,5% Mn
2% Al  /  1,5% Mn
3% Al  /  1,5% Mn
4% Al  /  1,5% Mn
6% Al  /  1,5% Mn

 α- β-sulamid
(kahefaasilised)


BT6C
BT6
BT8
BT3-1
BT14		 4,5%Al  / 3,5% V
6 % Al   / 4 %   V
6,5%Al  / 3,5% Mo / O,25% Si
5,5%Al /2% Mo/2%Cr/1%Fe /O,25%Si
4% Al  / 3% Mo / 1% V

Pseudo- β -sulamid 
(α -stabilisaatoreid 3%)

 BT15 3% Al  /  8% Mo  /  11% Cr


Kuumakindlad sulamid on  -  BT3-1 ja  BT8  (kasutatakse stantsitud ja sepistatud detailideks,
mis töötavad temperatuuride vahemikus 300-500  - näiteks gaasiturbiinide turbokompressori
labad)
Keevitatavad on kõik  lehtmaterjalid, millest valmistatakse lennukite vooderdist ning sisekarkassi. Samuti keemiatööstuse reservuaarid, torustikud  ja armatuur.
Termiliselt tugevdatavad (karastatavad) on BT14 ja BT 15.
Külmutusaparatuuris kasutatakse  tehnilist titaani, sulameid BT5, BT5-1 ja BT6, kuna neil
puudub külmahaprus.
Sulamil  BT5 head  valuomadused.

TITAANJOODISED.
Kuuluvad joodiste hulka, mida kasutatakse üle 500º C töötavate toodete jootmiseks.
Üldisteks omadusteks on:
    märgavad paljusid metalle ja sulameid,
    ei lahusta oluliselt põhimetalli,
    täidavad hästi jootepilu,
    head meh. omadused madalatel ja kõrgetel temperatuuridel,
    ei oksüdeeru ka kõrgel temperatuuril,
    küllaldane plastusus, mis võimaldab valmistada varras-, traat- ja lattjoodiseid.

Joodised titaani ja selle sulamite jootmiseks:
Titaani 60%, vaske 40% sulamine   920º-970º C
Titaani 60%, niklit 28%, vaske 12% sulamist  pole antud
Titaani 72%, niklit 28% sulamine 1110º-1350ºC
Titaani 72%, koobaltit 28% sulamine 1135º-1250ºC


JOOTMISTEHNOLOOGIA.
1. Titaani ja selle sulameid soovitatakse joota inerttäitega ahjus, ilma eelneva katmiseta.
    Temperatuuril üle 500  neelab suures koguses  õhus olevaid gaase.
2.  Kuumutada soovitatakse kiirelt.   

RÄBUSTITEKS kasutatakse titaani jootmisel  fluoriidide ja kloriidide segusid. 
    Oksiidikihi teke jootmisel välditakse räbustitega, mis koosnevad tina, vase või hõbeda kloriididest.
    Booraksit  ja boorhapet ei kasutata. ( Küll lisatakse titaanipulbrit  boorhappele - teiste metallide jootmiseks     kõrgematel temperatuuridel.)

Titaani ja terase jootmiseks hõbejoodistega: 
KF*HF (kaalium-vesinik-fluoriid) - 35-50%, kaaliumkloriidi 45-50%, vähemal määral veel  Ba- ja Li-kloriidi.


Punktide 1.-2. alternatiiv   - ese kaetakse jootmiseks teise metalliga, mille võib pärast maha
lahustada -  Sn, Ag, Cu kihiga kaetud  titaani võib joota ka pehme joodisega, räbustiks kampol.

1)  Vasetamiseks  sukeldatakse toode mõneks sekundiks sula vask(I)kloriidi sisse(võib sisaldada veel teisi         kloriide. Segu t  on  650º-700º C.
2) Hõbetamiseks kastetakse toode sulahõbedasse, keedetakse seejärel vees ja puhastatakse mehaaniliselt             (+räbusti...)
3) Tinatamiseks   kastetakse  toode 10-20 minutiks 700ºC -ni kuumutatud tinasse.
    
Titaani  galvaaniline vasetamine ja hõbetamine  toimuvad tavalises korras.  Eelsöövituseks kasutatakse  lämmastikhappe (200g/l)  ja vesinikfluoriidhappe (20g/l)  segu

Titaanjoodised  teiste  metallide jootmiseks:
     nioobiumi jootmiseks (keemiatööstuse aparatuuris, kus kasutatakse vedelaid leelimetalle ja nõutakse             töökindlust temperatuuridel kuni 815ºC ) - legeerivateks lisanditeks Fe, Be, V, Mo,   Zr                                 (sulamistemperatuurid     1050-1300 ))
     molübdeeni jootmiseks,  legeerivateks lisanditeks Cr, Ni, Zr, Fe, Co, Be, Si (1160-1350 ).

Titaanjoodised mittemetallide jootmiseks:
     Titaansulamit 35% vasega kasutatakse keraamika ühendamiseks keraamika või metalliga.

     Berülliumoksiidide ja grafiidi jootmiseks -  titaani  93-22%,  suurim legeeriv lisand võib olla     
     Si  - 78% !!! (sulamist  kõige madalam - 1400ºC),   Cr - 47% (1450 ),  Fe või  Ni  - 7% (1700ºC ).


                                                                                                                                                          Üldsisukorda tagasi...