10 proprietà del titanio metallico
Aggiornato : May. 8, 2025Il titanio è un metallo di transizione bianco-argento con il simbolo chimico Ti e un numero atomico di 22. È uno degli elementi più abbondanti sulla Terra, che si trova principalmente in minerali come il rutilo e l'ilmenite.
Grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature e biocompatibilità, il titanio svolge un ruolo cruciale in vari campi. Dall'aerospaziale alle applicazioni mediche, dall'ingegneria navale ai prodotti di consumo di fascia alta, il titanio soddisfa requisiti diversi ed esigenti con le sue proprietà uniche. Successivamente, approfondiremo le 10 principali caratteristiche del titanio per comprenderne il significato nella tecnologia e nell'industria moderne.
Alta resistenza e bassa densità
Il titanio ha un'elevata resistenza, principalmente attribuita alla sua struttura cristallina (struttura esagonale compatta). Questa struttura disperde efficacemente le sollecitazioni sotto forza, prevenendo la deformazione del materiale. Allo stesso tempo, gli atomi di titanio sono relativamente leggeri, con una densità di circa il 57% di quella dell'acciaio, il che significa che la sua massa per unità di volume è inferiore.
Applicazioni tipiche: utilizzato in telai di aerei, longheroni alari, componenti di motori e telai di biciclette in lega di titanio, offrendo sia una riduzione del peso che un supporto di forza sufficiente.
Bassa conducibilità termica
Il titanio ha una bassa conducibilità termica, solo circa 1/5 di quella dell'acciaio, 1/13 di quella dell'alluminio e 1/25 di quella del rame. Ciò è dovuto principalmente alla sua struttura cristallina esagonale compatta e alla minore densità di elettroni liberi, che limitano l'efficienza della conduzione del calore.
Applicazioni tipiche: negli aerei e nei veicoli spaziali, il titanio viene spesso utilizzato in componenti che richiedono isolamento termico, come la fusoliera e le parti del motore.
Resistenza alla corrosione
Il titanio ha un'eccellente resistenza alla corrosione, con un denso film di ossido formato sulla sua superficie che protegge efficacemente il substrato di titanio dalla corrosione. Il titanio è altamente stabile in ambienti ossidativi, neutri e leggermente riducenti e può resistere alla corrosione dell'aria, dell'acqua di mare e della maggior parte delle soluzioni acide e alcaline. Tuttavia, è sensibile a sostanze altamente corrosive come l'acido fluoridrico, l'acido cloridrico concentrato e l'acido solforico concentrato. Il titanio ha anche proprietà autorigeneranti, poiché il film di ossido si rigenera rapidamente dopo l'usura.
Titanio o lega di titanio.: Ti grado 1, Ti grado 2, Ti-0.2Pd, grado 7 (Ti-0.2Pd), Ti-3Al-2.5V.
Applicazioni tipiche: navi per reazioni chimiche, attrezzature marine, condutture per il trasporto subacqueo.
Resistenza alle alte temperature
Il titanio può mantenere un'elevata resistenza e resistenza allo scorrimento in ambienti ad alta temperatura, principalmente grazie al suo alto punto di fusione (1668°C) e all'eccellente stabilità strutturale alle alte temperature. Le prestazioni ad alta temperatura del titanio dipendono dagli elementi di lega nelle leghe di titanio, come l'alluminio e il molibdeno, che aiutano a mantenere la stabilità della struttura cristallina alle alte temperature, prevenendo la deformazione causata dallo stress termico.
Leghe tipiche: Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-4Cr-4Mo-2Sn-2Zr.
Applicazioni tipiche: componenti di motori per il settore aerospaziale, camere di combustione a razzo, scambiatori di calore ad alta temperatura e altro ancora.
Resistenza alle basse temperature
Alcune leghe di titanio sperimentano effettivamente un aumento della resistenza a basse temperature, con solo una leggera riduzione della plasticità, principalmente a causa della loro struttura cristallina esagonale compatta. Questa struttura mantiene la sua plasticità e tenacità a -255°C, a differenza di molti metalli che diventano fragili. Questa caratteristica consente al titanio di mantenere proprietà meccaniche stabili anche in ambienti a bassissima temperatura.
Leghe tipiche: Ti-5Al-2.5Sn ELI, Ti-6Al-4V ELI.
Applicazioni tipiche: rivelatori in acque profonde, contenitori criogenici per motori a razzo a idrogeno liquido e ossigeno liquido o veicoli spaziali con equipaggio.
Biocompatibilità
Il titanio ha un'eccellente biocompatibilità, che gli consente di essere compatibile con i tessuti umani senza innescare reazioni di rigetto. Il film di ossido di titanio sulla sua superficie crea un ambiente chimico simile al calcio, al fosforo e ad altri componenti presenti nei tessuti umani, motivo per cui il titanio è biocompatibile.
Leghe tipiche: Ti-6Al-7Nb, Ti Grado 1, Ti Grado 2, Ti-6Al-4V ELI (Grado 23).
Applicazioni tipiche: articolazioni artificiali dell'anca, articolazioni del ginocchio, articolazioni della spalla, articolazioni delle costole, ossa del cranio, valvole cardiache e clip di fissazione scheletrica.
Non magnetico
Il titanio è un metallo non magnetico, il che significa che non è influenzato dai campi magnetici. Ciò è dovuto alla sua struttura elettronica, che manca di proprietà magnetiche. La configurazione elettronica esterna del titanio non soddisfa le condizioni richieste per generare magnetismo, risultando in una risposta estremamente debole o inesistente ai campi magnetici esterni.
Applicazioni tipiche: il titanio viene spesso utilizzato nelle apparecchiature di risonanza magnetica (MRI) per evitare interferenze con i campi magnetici e nei dispositivi ad alta precisione in cui è necessario mantenere la stabilità magnetica.
Forte resistenza allo smorzamento
Il titanio ha un'eccellente resistenza allo smorzamento, principalmente grazie alla sua struttura cristallina esagonale compatta, al basso fattore di attrito interno e all'elasticità e plasticità superiori, che assorbono e attenuano efficacemente l'energia vibrazionale.
Applicazioni tipiche: utilizzato in componenti strutturali di aeromobili e veicoli spaziali, come ali, parti del motore e ugelli, per ridurre le vibrazioni e il rumore e migliorare la stabilità del volo.
Resistenza alle radiazioni
Il titanio metallico ha un eccellente assorbimento delle radiazioni ionizzanti, schermando efficacemente contro le radiazioni. La sua struttura reticolare e la densità relativamente elevata gli consentono di assorbire una significativa energia di radiazione, riducendo l'impatto sull'ambiente circostante.
Applicazioni tipiche: radioprotezione nei reattori nucleari, materiali di schermatura negli impianti di stoccaggio delle scorie nucleari e dispositivi di protezione in ambienti ad alta radiazione.
La resistenza alla trazione è vicina alla sua resistenza allo snervamento
Questa proprietà del titanio, riflessa nel suo elevato rapporto di resistenza allo snervamento (resistenza alla trazione/resistenza allo snervamento), indica che il titanio ha una capacità di deformazione plastica limitata durante la formatura. A causa dell'elevato rapporto tra il limite di snervamento del titanio e il suo modulo elastico, mostra un significativo ritorno elastico durante la formatura.
Tabella di riferimento delle proprietà del titanio
| Valore dell'immobile | |
|---|---|
| Numero atomico | 22 |
| Peso atomico | 47.9 |
| Volume atomico | 10,6 V/D |
| Raggio covalente | 1.32 Å |
| Potenziale di ionizzazione | 6,8282 V |
| Sezione d'urto di assorbimento di neutroni termici | 5.6 fienili/atomo |
| Colore | Grigio scuro |
| Densità | 0,163 lb/in³ (4,51 g/cm³) |
| Punto di fusione | 1668 ± 10 °C (3035 °F) |
| Solidus/liquidus | 1725 °C (3135 °F) |
| Punto di ebollizione | 3260 °C (5900 °F) |
| Calore specifico (a 25 °C) | 0,5223 kJ/kg K |
| Conducibilità termica | 11,4 W/m K |
| Calore di fusione | 440 kJ/kg (stima) |
| Calore di vaporizzazione | 9,83 MJ/kg |
| Peso specifico | 4.5 |
| Durezza | Da 70 a 74 HRB |
| Resistenza alla trazione | 240 MPa (35 ksi) min |
| Modulo di Young | 120 GPa (17 × 10⁶ psi) |
| Rapporto di Poisson | 0.361 |
| Coefficiente di dilatazione termica lineare | 8,41 μm/m K |
| Conducibilità elettrica | 3% IACS (dove rame = 100% IACS) |
| Resistività elettrica (a 20 °C) | Non fornito |
| Elettronegatività | 1.5 Di Pauling |
| Coefficiente di temperatura della resistenza elettrica | 0,0026/°C |
| Suscettibilità magnetica (volume, a temperatura ambiente) | 180 ( ±1.7) × 10⁻⁶ mks |
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- Tubi in titanio: utilizzati in scambiatori di calore, impianti medici e nell'industria energetica, offrono un'eccellente resistenza all'ossidazione e prestazioni alle alte temperature.
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Applicazioni tipiche dei prodotti
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- Industria energetica: tubi per scambiatori di calore, parti di apparecchiature per l'energia nucleare.
Servizi di elaborazione
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Supporto tecnico
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