Titanyum, periyodik tabloda atom numarası 22 olan, alt grup elementlerin dördüncü döngüsü yani IV B olan bir elementtir, titanyumun yanı sıra zirkonyum, hafniyum da vardır ve bunların ortak özellikleri yüksek erime noktasıdır, Kararlı bir oksit filmi oluşturmak için yüzeyinde oda sıcaklığında.
Titanyumun on özelliği
1. küçük yoğunluk, yüksek mukavemet, büyük spesifik mukavemet
Titanyumun yoğunluğu 4,51 g/cm3 olup çeliğin %57'sidir, titanyum alüminyumun iki katından daha hafiftir ve mukavemeti alüminyumun üç katıdır. Titanyum alaşımının spesifik mukavemeti (mukavemet/yoğunluk oranı), yaygın endüstriyel alaşımlar arasında en büyüğüdür (bkz. Tablo 1) ve titanyum alaşımının spesifik mukavemeti, paslanmaz çeliğinkinin 3,5 katı, alüminyum alaşımınınkinin 1,3 katı ve alüminyum alaşımınınkinin 1,7 katıdır. Magnezyum alaşımı olduğundan havacılık ve uzay endüstrisi için önemli bir yapısal malzemedir.
2. mükemmel korozyon direnci
Titanyumun pasifliği oksit filminin varlığına bağlıdır ve oksitleyici ortamlardaki korozyon direnci, indirgeyici ortamlardan çok daha iyidir. İndirgeyici ortamlarda yüksek oranda korozyon meydana gelir. Titanyum, deniz suyu, ıslak klor, klorit ve hipoklorit çözeltileri, nitrik asit, kromik asit, metal klorürler, sülfürler ve organik asitler gibi bazı aşındırıcı ortamlarda korozyona uğramaz. Bununla birlikte, titanyum ile reaksiyona girerek hidrojen üreten ortamda (hidroklorik asit ve sülfürik asit gibi) titanyum genellikle yüksek korozyon oranına sahiptir. Ancak aside az miktarda oksitleyici madde eklenirse titanyumun yüzeyinde pasifleştirici bir film oluşacaktır. Bu nedenle güçlü sülfürik asit - nitrik asit veya hidroklorik asit - nitrik asit karışımında ve hatta serbest klor içeren hidroklorik asitte titanyum korozyona dayanıklıdır. Titanyumun koruyucu oksit filmi, küçük miktarlarda su veya su buharında bile metal suya çarptığında sıklıkla oluşur. Titanyum, içinde hiç su bulunmayan güçlü bir oksitleyici ortama maruz bırakılırsa, hızlı oksidasyon meydana gelecek ve şiddetli reaksiyonlar meydana gelecek ve hatta sıklıkla kendiliğinden yanma meydana gelecektir. Bu tür olaylar, titanyumun aşırı nitrojen oksit içeren dumanlı nitrik asitle ve titanyumun kuru klor gazıyla reaksiyonunda meydana geldi. Dolayısıyla bu tür bir tepkiyi önlemek için belirli bir
3. iyi ısı direnci
Genellikle 150 derece C'de alüminyum, 310 derece C'de orijinal özelliklerini kaybeden paslanmaz çelik, yaklaşık 500 derece C'de ise titanyum alaşımı hala iyi mekanik özelliklerini korur. Uçak hızı ses hızının 2,7 katına ulaştığında, uçak yapısının yüzey sıcaklığı 230 dereceye ulaşır, alüminyum alaşımı ve magnezyum alaşımı kullanılamaz ve titanyum alaşımı gereksinimleri karşılayabilir. Titanyum iyi bir ısı direncine sahiptir ve uçak motoru kompresörünün diskinde ve kanadında ve uçağın arka gövdesinin dış yüzeyinde kullanılır.
4.iyi düşük sıcaklık performansı
Bazı titanyum alaşımlarının (Ti-5AI-2.5SnELI gibi) mukavemeti sıcaklığın azalmasıyla artar, ancak plastisite çok fazla azalmaz ve düşük sıcaklıklarda hala iyi süneklik ve tokluğa sahiptir. Ultra düşük sıcaklıklarda kullanıma uygundur. Kuru sıvı hidrojen ve sıvı oksijen roket motorlarında veya insanlı uzay araçlarında ultra düşük sıcaklık kapları ve depolama tankları olarak kullanılabilir.
5. Manyetik alan yok
Titanyum manyetik değildir, denizaltı gövdesinde kullanılır, mayın patlamasına neden olmaz.
6. küçük termal iletkenlik
Titanyumun ısıl iletkenliği küçüktür; çeliğin yalnızca 1/5'i, alüminyumun 1/13'ü ve bakırın 1/25'i. Zayıf ısı iletkenliği titanyumun bir dezavantajıdır ancak bazı durumlarda titanyumun bu özelliğinden de yararlanılabilir.
7. Düşük elastik modül
Titanyumun elastik modülü çeliğin yalnızca %55'i kadardır ve düşük elastik modül, yapısal malzeme olarak kullanıldığında bir dezavantajdır.
8. Çekme mukavemeti ve akma mukavemeti çok yakındır
Ti-6AI-4V titanyum alaşımının çekme mukavemeti 960MPa, akma mukavemeti ise 892MPa'dır ve ikisi arasındaki fark yalnızca 58MPa'dır.
9. Titanyumun yüksek sıcaklıklarda oksitlenmesi kolaydır
Titanyumun hidrojen ve oksijen ile güçlü bir bağlanma kuvveti vardır ve oksidasyonun ve hidrojen emiliminin önlenmesine dikkat edilmelidir. Kirliliğin önlenmesi için titanyum kaynağının argon koruması altında yapılması gerekmektedir. Titanyum boru ve levha, vakum altında ısıl işleme tabi tutulmalı ve titanyum dövme parçaların ısıl işlemi sırasında mikro oksitleyici atmosfer kontrol edilmelidir.
10. düşük sönümleme performansı
Titanyum ve diğer metal malzemelerden (bakır, çelik) saatle aynı şekil ve boyutta yapılmış, her zili aynı kuvvetle vurduğunuzda, titanyumdan yapılmış saatin salınım sesinin uzun süre dayandığını, yani enerjinin daha uzun sürdüğünü göreceksiniz. Saati vurarak verilen kaybolmanın kolay olmadığını, dolayısıyla titanyumun sönümleme performansının düşük olduğunu söylüyoruz.
Titanyumun üç özel işlevi
1
Şekil hafıza fonksiyonu
Belirli sıcaklık koşulları altında, bu malzeme şekil hafızalı alaşım olarak adlandırılan orijinal şekil yeteneğini geri kazanabilen Ti-50%Ni (atomik) alaşımını ifade eder.
2
Süperiletkenlik fonksiyonu
Nb-Ti alaşımını ifade eder, sıcaklık mutlak sıfıra yakına düştüğünde, Nb-Ti alaşımından yapılmış tel direnç kaybeder, herhangi bir büyük akım geçer, tel ısınmaz, enerji tüketimi olmaz, Nb-Ti süperiletken malzeme denir.
3
Hidrojen depolama fonksiyonu
Büyük miktarda hidrojeni absorbe etme yeteneğine sahip olan Ti-50%Fe (atomik) alaşımını ifade eder. Ti-Fe'nin bu özelliği kullanılarak hidrojen güvenli bir şekilde depolanabilir, yani hidrojen depolamada mutlaka çelik yüksek basınçlı silindirler kullanılması gerekmez. Belirli koşullar altında enerji depolama malzemesi olarak adlandırılan Ti-Fe'den de hidrojen açığa çıkabiliyor.