Titanium

Titanium: khả năng chống ăn mòn và không gây dị ứng

Titanium là một kim loại rất bền, nhẹ và có khả năng chống ăn mòn và đặc biệt không gây kích ứng da. Titanium thô có màu tự nhiên là màu xám. Tuy nhiên, sau khi trải qua các bước chế tác, Titanium thường được phủ 1 lớp màu đen.

 

Titanium là gì?

Titanium lần đầu được tìm thấy vào năm 1791, một nhà địa chất học có tên là William Gregor trong khi nghiên cứu cát đen ở Cornwall đã phát hiện ra một khoáng chất chưa được ai biết đến. Sau đó vào năm 1975, một nhà hóa học tên là Martin Heinrich Klaproth đến từ Đức, đã phát hiện kim loại này trong khoáng sản Rutil ở Hungary. Ông đã hiểu ra rằng khoáng chất này có chứa oxit của loại khoáng chất đã được phát hiện trước đó vào năm 1971 và đặt tên kim loại này là “Titan” theo tên “Titan” trong thần thoại Hy Lạp.

Titanium là gì?

 

Tính chất vật lý của Titanium

Nhiệt độ nóng chảy1668 độ C
Độ cứng trên thang Mohs6.5 điểm trên thang Mohs
Nhiệt độ sôi3287 độ C
Khối lượng riêng4,54g / cm3
Nhiệt độ chuyển pha882 độ C
Trọng lượng nguyên tử47.88
Tỷ lệ phần trăm Titan trong vỏ trái đất0.44%
Độ bềnGấp đôi thép và gấp ba lần nhôm
Số đồng vị26 đồng vị
Độ giãn nở nhiệtThấp hoặc thay đổi kích thước nhỏ khi tiếp xúc với nhiệt
Mô đun đàn hồi116 GPa
Độ bền kéo giới hạn220 MPa
Giá trị mô đun cắt43.0 GPa
Độ cứng trên thang đo Vickers6.0 điểm trên thang đo Vickers
Tỷ số Poisson0.34
Độ dẫn nhiệt17W/mK

 

Các loại hợp kim Titanium

Titanium nguyên chất ở nhiệt độ phòng có cấu trúc hình lục giác được gọi là Alpha. Khi tinh thể này được làm nóng lên đến 883 độ C, kim loại thay đổi và chuyển thành dạng cấu trúc lập phương có tâm được gọi là Beta. 

Bằng cách thêm các hợp kim khác nhau trong một quá trình nhiệt hóa, các nhà khoa học đã tạo ra được các hợp kim Titanium riêng biệt với các tính chất khác nhau. Sự phân loại chính của hợp kim dựa trên cấu trúc tinh thể Alpha hoặc Beta để phân loại ra: hợp kim Alpha, hợp kim Beta và hợp kim Alpha Beta.

 

Hợp kim Alpha

Hợp kim Alpha chứa các kim loại như nhôm và thiếc. Các kim loại loại này có khả năng ức chế sự thay đổi ở nhiệt độ trong Titanium Alpha. Hợp kim Alpha có khả năng chống rão cao hơn hợp kim Beta, do đó loại hợp kim này được ưu tiên sử dụng trong các thiết bị và máy móc nhiệt độ cao.

Hợp kim Titanium Alpha cũng hay được dùng trong các ứng dụng đông lạnh hơn hợp kim Beta. Các thuộc tính của loại hợp kim Alpha bao gồm: độ bền trung bình, độ dẻo dai và có khả năng hàn được. Ngoài ra, hợp kim Alpha không thể tăng cường độ bền theo phương pháp gia nhiệt.

Các loại hợp kim Titanium

 

Hợp kim Beta

Titanium Beta  cần Vanadi, Niobi và Molypden để trở nên ổn định và đưa vào sản xuất hàng loạt. Vanadi, Niobi hay Molypden sẽ hạn chế và ngăn chuyển hoá từ Beta sang Alpha, tạo thành tinh thể với cấu trúc lập phương có tâm.

Một số đặc tính hữu ích của hợp kim Beta là tính cứng, siêu bền và chịu được nhiệt độ cao (hơn Alpha). Hợp kim Beta có thể gia công nguội và có thể tăng cường độ bền bằng phương pháp gia nhiệt.

Một số hợp kim Beta có khả năng chống ăn mòn mạnh. Loại hợp kim này sẽ trải qua quá trình xử lý nhiệt thông thông thường bao gồm xử lý dung dịch cùng với gia nhiệt ở nhiệt độ 450 đến 650 độ C. 

Các loại hợp kim Titanium

 

Hợp kim Alpha Beta

Hợp kim Alpha Beta được cấu tạo từ pha trộn Titanium Alpha chung với Titanium Beta. Hợp kim Alpha Beta phổ biến nhất là Ti-6Al-4V, tuy nhiên loại hợp kim này cũng rất khó để tạo thành ngay cả trong điều kiện lý tưởng. Các hợp kim Alpha Beta có khả năng định hình tốt.  

Ngoài ra, hợp kim Alpha Beta có thể thông qua xử lý nhiệt để kiểm soát các đặc tính chung, xác định và điều chỉnh lượng pha Beta trong loại hợp kim này. Qquá trình này cần sử dụng xử lý dung dịch và làm cho loại hợp kim này nóng lên tới 480 – 650 độ C, dùng phương pháp ủ để nhiệt luyện tinh thể Alpha, sau đó trộn Alpha và Beta với nhau đúng cách.

Các loại hợp kim Titanium

 

Phân loại của Titanium được chia thành các cấp ASTM Quốc Tế. Titanium nguyên chất được phân cấp 1, 2, 3 và 4. Hợp kim của kim loại này được phân loại cấp 5, 7, 11, 12 và 23. 

Titanium cấp 5 (Ti-6Al-4V) là hợp kim được sử dụng thường xuyên nhất trên toàn thế giới, được áp dụng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không, ô tô, khoa học y tế, các nhà máy chế biến hóa chất.

 

Ưu và nhược điểm của Titanium

Giống như tất cả các kim loại khác, Titanium cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

Ưu điểm

  • Những trang sức được làm từ kim loại này có giá thấp hơn so với phụ kiện bạch kimvàng, nhưng lại rất bền, chắc chắn, nhẹ và dễ cầm nắm.
  • Có thể chống lại sự ăn mòn, rỉ sét trong môi trường nước cứng và thời tiết khắc nghiệt. 
  • Không giống các kim loại khác, Titanium không bị oxy hóa và không gây dị ứng cho người sử dụng.

Nhược điểm

  • Titanium rất khó đúc và rèn vì độ cứng và bền của kim này.
  • Đây không phải là kim loại quý, nên bạn cần cân nhắc trước khi mua để làm trang sức cưới.
  • Các loại trang sức từ kim loại này không được bán phổ biến trong các cửa hàng. Vì vậy, bạn có thể gặp khó khăn trong việc tìm kiếm và lựa chọn những mẫu trang sức mà mình mong muốn.
  • Nhẫn titanium không thể sửa đổi kích thước nếu kích cỡ ngón tay của bạn thay đổi theo thời gian. Đồng thời, những chiếc nhẫn từ kim loại này cũng không thể hàn lại.
  • Nếu muốn xử lý kim loại này cần phải có máy móc hiện đại với chi phí cao.

Ưu và nhược điểm của Titanium

 

Titanium hợp với người mệnh nào?

Trên thực tế, Titanium có màu xám nhạt nên hợp với những người mệnh Kim, mệnh Thủy và có thể kết hợp với mệnh Thổ.

Hiện nay, loại kim loại này được kết với nhiều màu để tạo nên sự đa dạng màu sắc cho những chiếc xe. Vậy nên bạn có thể lựa chọn cho mình một chiếc xe có màu sắc phù hợp với mệnh của mình nhé.

  • Mệnh Thủy: hợp với màu xe xanh lam và đen.
  • Mệnh Mộc: phù hợp với xe có màu xanh lục.
  • Mệnh Hỏa: phù hợp với xe có màu đỏ, hồng và da cam.
  • Mệnh Thổ: phù hợp với xe có màu nâu và vàng đậm.
  • Mệnh Kim: phù hợp với xe có màu xám, bạc, trắng và ghi. 

Titanium hợp với người mệnh nào?

 

Titanium có độc không?

Trên thực tế, Titanium sẽ không độc hại nhưng kim loại này có khuynh hướng tích lũy sinh học trong các mô Silic Dioxit.

Bột của kim loại này có nguy cơ cháy cao và khi nung nóng thì bị phát nổ. Đồng thời, đám cháy do Titanium gây ra sẽ không thể dập tắt bằng nước và Cacbon Dioxit, thay vào đó ta phải dùng đất, cát hoặc bột thì mới có thể dập tắt được lửa.

Không được để kim loại này tiếp xúc với Clo, vì phản ứng giữ 2 chất này có thể gây cháy vô cùng nguy hiểm.

Các muối của kim loại này vô hại trừ TiCl3 và TiCl4 (đây là chất ăn mòn).

Titanium có độc không?

 

Ứng dụng của Titanium

Titanium được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đòi hỏi cường độ cao, độ bền, tiết kiệm nhiên liệu và chống ăn mòn. Kim loại này có một số tính chất tương tự như của thép và nhôm, nhưng nhẹ hơn và có độ bền cao hơn. Đối với nhôm thì kim loại này nặng hơn, chắc chắn hơn.

Sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp hàng không vũ trụ

Hợp kim Titanium được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ để làm cánh nén, các bộ phận của hệ thống thủy lực, thiết bị hạ cánh, tên lửa, ống xả của máy bay và tàu hải quân.

Hợp kim Titanium cấp 5 (Ti-6Al-4V), bao gồm 6% nhôm và 4% Vanadi, được sử dụng trong máy bay, từ động cơ đến khung cửa sổ. 

Ứng dụng của Titanium

 

Sử dụng trong lĩnh vực y sinh học

Hợp kim Titanium cấp 23 (Ti-6Al-4V ELI) còn được gọi là Titanium phẫu thuật, vì kim loại này có tính chất phù hợp với ứng dụng trong sinh học. 

Kim loại này được sử dụng rộng rãi trong khoa học y tế như cấy ghép cơ thể vì Titanium không kích ứng cơ thể con người và không bị biến đổi hình dạng, trạng thái, tính chất trước mọi tác động. 

Các đặc tính cơ bản của Titanium là chống ăn mòn, độ bền cao, trọng lượng nhẹ và độ bền tuyệt vời. 

Một số ứng dụng của Titanium trong ngành y sinh như:

  • Các bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình sử dụng hợp kim này cho khớp háng, khớp gối nhân tạo, tấm xương, đinh vít để cố định gãy xương, bộ phận giả tim và máy tạo nhịp tim.
  • Trong nha khoa, Titanium nguyên chất và hợp kim được sử dụng để cấy ghép nha khoa, mão răng, cầu răng, răng giả và ốc vít để phục hình cấy ghép răng.
  • Lớp phủ kim loại này được sử dụng để nâng cao hiệu suất của các thiết bị y tế, giảm mài mòn và hư hỏng.
  • Titanium còn được sử dụng để làm các dụng cụ y tế như: nhíp phẫu thuật, kẹp, kéo, kim, ghim, que và tấm cấy.

Ứng dụng của Titanium

 

Sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử

Trước đây nhôm được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện tử, nhưng hiện nay đã được thay thế bằng Titanium vì kim loại này có những ưu điểm rất lớn. Titanium giảm thiểu được sự can thiệp trong quá trình xử lý dữ liệu, có khả năng chịu nhiệt trong quá trình sơn phủ và độ tinh khiết của kim loại này có thể làm tăng dung lượng đĩa.

Sau đây là một số ưu điểm của Titanium trong lĩnh vực điện tử:

  • Bảng mạch lai bằng Titanium hiệu quả hơn bảng mạch truyền thống.
  • Mạch Titanium được sử dụng nhiều để đo lưu lượng và đo áp suất chất lỏng, nhiệt độ.
  • Kim loại này được sử dụng rộng rãi để làm ổ đĩa cứng trong máy tính.

Ứng dụng của Titanium

 

Sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp ô tô

Từ khi thị trường xe thể thao trở nên phát triển Titanium được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô nhiều hơn. Do kim loại này có các đặc tính như chống ăn mòn, độ bền cao,  và khả năng chịu nhiệt tốt nên được sử dụng chủ yếu làm các bộ phận động cơ của xe.

Một số bộ phận ô tô sử dụng kim loại này như:

  • Thanh truyền
  • Van và (valve retainers)
  • Chốt cổ tay
  • Cò mổ 
  • Lò xo
  • Trục cam
  • Bộ tăng áp
  • Hệ thống xả
  • Khung thân xe

Ứng dụng của Titanium

 

Sử dụng trong ngành trang sức

Do có trọng lượng nhẹ, không gây dị ứng và có khả năng chống mòn thì Titanium được coi là vật liệu phù hợp dùng để sản xuất trong ngành trang sức. 

Các thương hiệu đồng hồ lớn như Seiko, Farer, Tissot, Breitling, Longines và Titanium Apple Watch 6 rất ưa chọn loại hợp kim này dùng để sản xuất đồng hồ đeo tay.

Dùng Titanium đen để làm trang sức nhẫn cưới giúp bạn trở nên rất độc lạ và thời trang. Titanium sẽ được nung nóng lên và sẽ được phủ một lớp màu đen. Tuy nhiên, theo thời gian thì lớp phủ đen này sẽ bị xước.

Khác với suy nghĩ nhiều người rằng trang sức từ kim loại này sẽ khó cắt, nhưng trong các trường hợp khẩn cấp tại bệnh viện trang sức Titanium có thể bị cắt dễ dàng bằng máy cắt.

Ứng dụng của Titanium

 

Lưu ý khi mua trang sức Titanium

Bạn cần phải kiểm tra trang sức trước khi mua xem có các vết rỗ, tạp chất và sự đổi màu trên bề mặt hay không. Do Titanium rất bền nên nếu có các dấu hiệu này thì bạn không nên mua trang sức đó.

Bạn nên chọn mua trang sức tại các thương hiệu uy tín và chính hãng. Bởi những cửa hàng uy tín sẽ có đủ các giấy giấy phép kinh doanh, chính sách bảo hành sản phẩm và các giấy tờ đảm bảo trang sức khác.

2 chú ý khi mua trang sức Titanium

 

Cách bảo trang sức Titanium

So với các kim loại quý trang sức Titanium đòi hỏi rất ít sự chăm sóc và bảo dưỡng. Điều quan trọng là bạn tránh làm xước và xử lý trang sức từ kim loại này cẩn thận là được.

  • Khi tham gia các hoạt động thể thao hay vận động mạnh không nên đeo trang sức từ kim loại này.
  • Không nên để trang sức từ kim loại này với các trang sức làm bằng chất liệu khác. 
  • Không đeo trang sức khi tiếp xúc với các chất tẩy rửa (xà phòng, nước rửa tay, nước rửa chén,…).
  • Khi đi ngủ không đeo trang sức này.
  • Thường xuyên vệ sinh trang sức để trang sức luôn có màu sắc đẹp và không bị bẩn do bụi. 

Ngoài ra, các loại trang sức Titanium không có bất kỳ hướng dẫn chăm sóc đặc biệt nào, vì kim loại này rất bền. Một số thương hiệu trang sức uy tín thậm chí còn chấp nhận bảo hành trọn đời đối với các món trang sức Titanium.

Cách chăm sóc Titanium

 

Sự khác biệt giữa Titanium với các kim loại khác

Mặc dù Titanium, bạc và bạch kim có thể được sản xuất trông khá giống nhau, nhưng thực chất các kim loại này lại có những sự khác biệt rất lớn. Titanium có độ cứng cao hơn bạc và bạch kim rất nhiều. Các trang sức từ kim loại này cũng nhẹ và ít tốn kém hơn so với vàng, bạch kim.

Không giống như bạc, vàng vàng hay bạch kim các trang sức Titanium sẽ không có dấu hiệu hao mòn, bị trầy xước và lõm sau một năm sử dụng. 

Titanium bị nóng chảy ở 3038 độ F, cao hơn rất nhiều so với vàng là 1700 độ F và gần bằng bạch kim với 3215 độ F.

Sự khác biệt giữa Titanium với các kim loại khác

 

Titanium giá bao nhiêu và có đắt không?

Titanium là một kim loại rất phổ biến trên Trái Đất (đúng thứ 9 và chiếm 0.63% khối lượng), tuy nhiên nếu muốn khai thác loại nguyên tố này sẽ phải gặp rất nhiều khó khăn.

Để thu được Titanium tinh khiết cần phải trải qua những công đoạn tinh chế vô cùng phức tạp, gia công khó khăn, máy móc hiện đại tiên tiến và đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao.

Với đặc tính bền, đẹp và an toàn với sức khỏe người sử dụng, đặc biệt đây là kim loại không thấm, không phản ứng với tất cả các axit (trừ axit Nitric) nên giá của những sản phẩm được làm từ Titanium sẽ không hề rẻ.

Kim loại này có giá bán gấp 6 – 7 lần so với thép hợp kim không gỉ. Giá của Titanium rơi vào tầm 30$ / 1kg, nhưng kim loại này mới chỉ là đang ở dạng tinh thể thừng chỉ cứng hơn thép cấp thấp một tí và thường đây sẽ là nguyên liệu đầu vào cho các nhà máy có công nghệ đáp ứng.

Titanium giá bao nhiêu và có đắt không?

 

Khai thác Titanium ở đâu?

Các mỏ Titanium hay được khai thác phổ biến trên thế giới chủ yếu ở Úc, Canada, Nam Phi, Sierra Leone, Ukraine, Malaysia, Nga, Na Uy.

Kim loại này được hình thành trong phù sa và núi lửa, đi kèm chung với các khoáng chất như Rutil hay Ilmenit. Ngày nay, các mỏ khoáng sản Rutil đang cạn kiệt và khó tìm, vậy nên chỉ có thể khai thác chủ yếu ở các mỏ Ilmenit.

Khai thác Titanium ở đâu?

Comments are closed.