Die umfangreichen Anwendungen von Titan legierungen

Titan und U-Boote

Warum ein so teures Material wie Titan verwenden, um U-Boote zu bauen? Diese Wahl hängt eng mit den Eigenschaften von Titan zusammen. Titan und seine Legierungen haben eine aus gezeichnete Festigkeit, Leicht gewicht und Korrosions beständigkeit, was sie zu idealen Materialien für U-Boote macht. Titan legierungen haben eine bessere Druck beständigkeit als Stahl gleicher Größe, sodass U-Boote tiefer tauchen können. Titan-U-Boote können unter 4500 Meter tauchen, eine Grenze, die von Stahl-U-Booten nicht erreicht werden kann und die durch Wasserdruck über 300 Meter beschädigt werden können. Die leichte Natur von Titan trägt auch zu einer schnelleren U-Boot-Navigation bei. Darüber hinaus stellt die Korrosions beständigkeit sicher, dass U-Boote aus Titan langlebiger sind als ihre Gegenstücke aus Stahl.

Die außer gewöhnliche Korrosions beständigkeit von Titan bedeutet, dass es verschiedenen korrosiven Mitteln standhält, einschl ießlich verdünnter Schwefels äure, Salzsäure, Salpeters äure, Ätz natron und sogar verdünntem Aqua regia. Nur konzentrierte Schwefels äure, Salzsäure und Flusssäure können ihre Abwehrkräfte verletzen. Titan legierungen arbeiten in feuchten Atmosphären und Meerwasser außer gewöhnlich gut und übertreffen die Korrosions beständigkeit von Edelstahl. Experimente haben gezeigt, dass ein Stück reines Titan, das fünf Jahre lang in Meerwasser getaucht ist, nach der Reinigung von Algen und Meeres organismen glänzend und unkorrodiert bleibt, während sich Stahl verschlechtern würde.

Die Haltbarkeit von Titan im Meerwasser stellt sicher, dass U-Boote, die daraus hergestellt werden, nach längerem Eintauchen makellos bleiben, was ihre Lebensdauer erheblich verlängert. Neben Rümpfen wird Titan auch in U-Boot-Rohrleitungen und Kondensatoren verwendet. Die meisten U-Boote und Oberflächen schiffe verwenden heute Titan kondensatoren, die selten ausgetauscht werden müssen, wodurch die Wartungs kosten gesenkt und Betriebs ausfallzeiten vermieden werden.

In den 1950er Jahren leistete die Sowjetunion Pionier arbeit bei der Verwendung von Titan in U-Booten mit U-Booten der Alpha-Klasse und der Mike-Klasse. In den 1960er Jahren produzierten sie das weltweit erste All-Titan-U-Boot. Der Höhepunkt des Titan einbaus in U-Booten wird durch die Atom-U-Boote der Typhoon-Klasse ver anschaulicht, die jeweils über 9000 Tonnen Titan enthalten.

Die nicht magnetische Natur von Titan ist für militärische Anwendungen von entscheidender Bedeutung, da sie von magnetischen Minen nicht nachgewiesen werden kann. U-Boote aus Titan sind weniger anfällig für magnetische Minen angriffe und leichter zu tarnen. Herkömmliche Erkennungs methoden umfassen Sonar-und Magnetometer, wobei letztere magnetische Anomalien erkennen, die durch große Metall gegenstände verursacht werden. Im Gegensatz zu Stahl ist Titan nicht magnetisch, was die Erkennung mit Magnetometern erschwert.

Titan und Luftfahrt

Titan (Ti) ist ein leichtes Metall mit bemerkens werter Festigkeit. Seine Dichte beträgt nur 57% der von Stahl, aber es entspricht Stahl in Festigkeit und Härte, wobei einige hochfeste Titan legierungen sogar viele legierte Stähle übertreffen. Darüber hinaus behalten Titan und seine Legierungen bei hohen Temperaturen die Festigkeit und Stabilität bei und arbeiten bei 500 ° C und für kurze Zeit sogar noch höher. Dies macht Titan für Überschall flugzeuge unverzicht bar, deren Flügel Temperaturen von 500 ° C erreichen können. Aluminium legierungen, die bei niedrigeren Temperaturen versagen, müssen durch Titan ersetzt werden, um diese Anforderungen zu erfüllen.

Nach dem Zweiten Weltkrieg übernahmen die USA schnell Titan für den Flugzeugbau. Im Jahr 1950 wurde Titan erstmals im F-84 Jagdbomber für nicht tragende Komponenten eingesetzt. In den 1960er Jahren erstreckte sich seine Verwendung auf wichtige strukturelle Komponenten und ersetzte Baustahl. Der Anteil von Titan in militärischen Flugzeugs trukturen stieg schnell auf 20%-25%. Das in der mid-1960s entwickelte Aufklärungs flugzeug YF-12A/SR-71 verwendete 95% Titan und erhielt den Titel "All-Titan-Flugzeuge".

Nach dem militärischen Einsatz nahmen zivile Flugzeuge auch Titan ausgiebig an. "Titan flugzeuge" können das Gewicht der Flugzeug zelle um 5 Tonnen reduzieren und 100 weitere Passagiere ermöglichen. Seit den 1970er Jahren ist Titan in Zivil flugzeugen weit verbreitet, wobei die Boeing 747 über 3640 kg Titan verwendet. Boeing 777 und Airbus 380 verwenden jährlich 59 bzw. 77 Tonnen Titan. Der Anteil von Titan in Flugzeugen ist stetig gestiegen, von 0,3% in der Boeing 707 auf 11% in der Boeing 777.

Titan und Raum

In der Luft-und Raumfahrt, in der die Gewichts reduzierung von entscheidender Bedeutung ist, ist die hohe spezifische Festigkeit von Titan legierungen von unschätzbarem Wert. Sie machen 5%-30% der Masse in Weltraum raketen aus. TitaniUm Legierungen behalten mechanische Eigenschaften bei niedrigen und extrem niedrigen Temperaturen bei und machen sie für Weltraum anwendungen geeignet. Sie können extremen Temperaturen standhalten, von über 100 ° C auf der sonnen besch ienenen Seite bis unter-100 ° C auf der Schattenseite des Raumfahrzeugs, wodurch Festigkeit und Zähigkeit erhalten bleiben.

Der Form gedächtnis effekt von Nickel-Titan-Legierungen wurde in Weltraum anwendungen eingesetzt. Zum Beispiel verwendeten Antennen auf dem Mond modul Nickel-Titan-Legierungen, die sich beim Erhitzen durch Sonnenlicht von einer kompakten Form zu ihrer ursprünglichen Form entfalten. Diese Formgedächtnis-Eigenschaft macht Nickel-Titan-Legierungen zur besten Wahl für solche Anwendungen.

Titan wurde auch in Weltraum forschungs missionen wie der Juno-Sonde für Jupiter verwendet. Es wird erwartet, dass seine Anwendungen in der zukünftigen Weltraum ära weiter zunehmen werden.

Andere Verwendungen von Titan

Titan und seine Legierungen werden seit dem mid-1960s in der allgemeinen Industrie verwendet. Sie dienen als überlegene korrosions beständige Materialien in chemischen Reaktoren. Beispiels weise verwenden Komponenten mit heißer Salpeters äure, die zuvor aus Edelstahl hergestellt wurden, jetzt Titan, das trotz höherer Anfangs kosten eine längere Lebensdauer bietet.

In der medizinischen Chirurgie ist Titan durch seine Bioko mpatibilität ideal für Implantate und Prothesen. Im Gegensatz zu Edelstahl müssen Titan implantate nach der Knochen heilung nicht entfernt werden, da sie nicht rosten und sich gut in das Knochen gewebe integrieren und eine natürliche Bindung zu Muskeln und Knochen bilden.

Die starke Reaktivität von Titan bei hohen Temperaturen ist auch bei der Stahl herstellung von Vorteil, bei der Stickstoff aus Stahl entfernt wird, was zu reineren Stahl barren führt. Die Wasserstoff absorptions eigenschaften von Titan-Eisen-Legierungen ermöglichen eine sichere Speicherung, Reinigung und den Transport von Wasserstoff, die für Wasserstoff energie anwendungen von entscheidender Bedeutung sind.

Im Alltag ist Titan all gegenwärtig, von Golfschlägern, Fahrrad rahmen und Tennis schlägern bis hin zu Rollstühlen und Brillen gestellen. Sein Leicht gewicht und seine Festigkeit machen es ideal für Sportgeräte und seine hypo allergenen und ästhetisch ansprechenden Eigenschaften passen zu Brillen. Seit den 1980er Jahren ist Titan in Brillen rahmen weit verbreitet.

Titan legierung ist ein Metall material mit außer gewöhnlichen Eigenschaften, einschl ießlich hoher Festigkeit, geringer Dichte, aus gezeichneter Korrosions beständigkeit und Hoch temperatur leistung. Die Anwendungen umfassen die Luft-und Raumfahrt-, Medizin-, Automobil-und Sport industrie. Mit dem anhaltenden techno logischen Fortschritt werden sich die Leistungs-und Verarbeitung stech niken von Titan legierungen weiter verbessern und ihre Anwendungs bereiche erweitern. Somit haben Titan legierungen ein großes Potenzial und Entwicklungs perspektiven.