Титан — это металл, обладающий рядом уникальных характеристик. Он прочный, легкий, устойчивый к внешним факторам, обладающий приятной для взора поверхностью. Область применения титана охватывает многие сферы жизнедеятельности, такие как медицина, строительство водного, воздушного транспорта, ювелирное дело. Вместе с тем, есть вещества, контакт с которыми для металла просто категорически противопоказан.
Реакция титана на морскую воду и хлор
Эти вещества не случайно взяты в качестве примера. Они отличаются особой агрессивностью, которая действует разрушающе на большинство используемых в быту и промышленности материалов. К титану это не относится. Он обладает практически абсолютной устойчивостью к этим активным в химическом плане реагентам.
Металлические детали и крепежи используются в наиболее ответственных узлах морских судов и стационарных сооружений, находящихся в постоянном контакте с океанскими водами, отличающимися повышенной концентрацией активных элементов. Титан не подвергается растворению соединениями соли, равно как и не покрывается налетом и слоем рыхлого окисла.
Такая же устойчивость и способность сохранять рабочие характеристики наблюдается и в отношении к хлору и его соединениям. Причина такой реакции объясняется возникновением процесса окисления титана с кислородом, присутствующего во всех водных растворах. Образующаяся на поверхности изделий тонкая пленка TiO2 защищает металл от внешних факторов.
Изделия из титана можно успешно использовать в присутствии таких, содержащих хлор смесей:
- концентрированные водные растворы;
- сухие хлориты;
- бытовые и промышленные отбеливатели (гипохлорит натрия);
- порошковые соли хлоратов;
- диоксид хлора.
Следует отметить, что исключительная устойчивость титана к хлору распространяется только на водные растворы и газообразные смеси данного элемента. То есть, необходимым условием эксплуатации металла в агрессивной среде является присутствие в ней кислорода.
Механические свойства материала
В строительстве, медицине и машиностроении основным требованием к готовым конструкциям является их прочность и надежность. А это качество напрямую зависит от соединения статичных и подвижных деталей, независимо от их сложности, формы и размера. И тут титану нет равных. Металл отличается высокими показателями на растяжение, сжатие и текучесть.
По своим техническим характеристикам металл в 4 раза крепче лучших марок нержавеющей стали, при том, что его удельный вес в 2 раза меньше. Что касается не менее востребованного в промышленности алюминия, то и здесь преимущества титана очевидны — при 6-кратном превышении в прочности, он всего в 1,5 раза тяжелее.
Все это привело к тому, что несмотря на свою довольно высокую стоимость, титан стал востребованным материалом в тех сферах производства, где требуются свойственные ему качества — легкость, прочность, биологическая и химическая инертность.
Реакция на кислоты
Изделия из титана практически невосприимчивы к соединениям хлора, серы и прочим активным элементам, вызывающим коррозию металлов. В то же время, образующая на поверхностях деталей пленка из TiO2 не в состоянии противостоять разрушительному воздействию кислот с высокой концентрацией. Так, 100 % серная и соляная кислота разъедают защитную пленку, что приводит к возникновению коррозионных процессов. Их скорость напрямую зависит от повышения температуры агрессивной среды.
Непереносимость сухого хлора
Детали из титана отлично переносят контакт с растворами, содержащими хлор и его соединения, но не переносят контакт с элементом в сухом состоянии. Без доступа кислорода на поверхности металла не происходит образования защитной пленки. Вследствие этого развивается активная коррозия, а при определенных условиях — образование взрывоопасной смеси и воспламенение. Для предотвращения таких явлений проводится насыщение хлора влагой до 1-1,5 %, чего вполне хватает для образования и сохранения поверхностного слоя TiO2.
Достоинства и возможности титана
Помимо высоких технических характеристик в плане легкости и прочности, устойчивости к коррозии в самых агрессивных условиях, металл отличается рядом уникальных свойств, которые востребованы во многих областях промышленности, сферах предоставления самых разнообразных услуг.
Так, изделиям из титана присущи такие качества:
- отсутствие токсичности;
- совместимость с живыми тканями;
- остеоинтеграция;
- материал не магнитится;
- низкий коэффициент теплового расширения.
Титан активно используется в медицине для изготовления имплантатов разного назначения, приобретает все большую популярность в качестве сырья для ювелирных изделий. Металл применяют для производства техники, предназначенной для эксплуатации в самых агрессивных условиях. В качестве примера можно привести такие конструкции, как самолеты, космические корабли и глубоководные аппараты.
Выбор титана для изготовления протезов
Сегодня практически вся медицина перешла на титан в изготовлении протезов, штифтов и пластин. Причиной такого решения является отсутствие процесса отторжения, который на протяжении десятилетий был главной проблемой в сфере протезирования.
При контакте с воздухом еще в процессе производства имплантов, на поверхностях изделий образуется окись. Это вещество отличается абсолютной инертностью к костным и мягким тканям организма. То есть, ни при каких обстоятельства не возникает никаких реакций. Иммунная система просто не замечает соединение TiO2. Достигается первая цель протезирования — отсутствие аллергии и отторжения.
Титан не только легкий, но и очень твердый. Как такового истирания с деформацией и выделением мелких частиц металла не наблюдается. Благодаря таким характеристикам титан используется для изготовления поврежденных частей костей и испытывающих значительные механические нагрузки суставов — коленных и тазобедренных. По итогу хирургического вмешательства титановые вставки оказываются значительно прочнее и надежнее, чем опорно-двигательный аппарат, данный человеку от природы. Титановые протезы не доставляют неудобств, которые могут возникнуть от веса, магнетизма и непереносимости.
