Chất liệu Titan là gì? Những sự thật thú vị mà bạn chưa biết về Titan

1. Những thông tin cơ bản về Titan

1.1. Titan là gì?

Titan hay còn được gọi là Titanium, ký hiệu là Ti, là nguyên tố số 22 trong bảng tuần hoàn hóa học. Nó là một kim loại có màu xám bạc, được tìm thấy tự nhiên trên bề mặt Trái Đất. Trên thực tế, Titan chiếm đến 0.44% vỏ Trái Đất và được phân bố rộng rãi. 90% Titan được phát hiện ở dạng khoáng chất ilmenit, còn lại thì chúng được tìm thấy ở dạng khoáng chất của anatase, perovskite, rutile, leucoxene, bridgene và các khoáng chất khác. Những khoáng chất này được tìm thấy trong các hợp chất cát, đá, đất và đất sét. Nó cũng được phát hiện tồn tại ở nhiều nơi khác trong tự nhiên như trong thực vật, nước tự nhiên, động vật, ngôi sao và thiên thạch. 

Tuy nhiên, Titanium là một nguyên tố chứ không phải là hợp kim, cho nên vẫn có thể tìm thấy Titan nguyên chất gần như 100%. Thông thường, Titan vẫn được hợp kim hóa với các nguyên tố khác để nâng cao các tính chất vật lý của nó. 

1.2. Titan được tìm thấy khi nào?

Vào năm 1791 một nhà hóa học và khoáng vật học người Anh là William Gregor đã phát hiện ra Titan, nhưng ông ta chỉ nghĩ đó là một hợp chất. Năm 1795, ông nhận ra nó là một kim loại độc lập. Sau đó, nó được được tên bởi Martin Heinrich Klaproth, một nhà hóa học người Đức, theo tên trong các Titan trong Thần thoại Hy Lạp. 

Tuy phổ biến là vậy nhưng phải đến cuối thế kỷ 18, các nhà khoa học mới tìm thấy Titan và sang thế kỷ 20, kim loại này mới được ứng dụng vào công nghiệp. 

1.3. Những tính chất nổi bật của Titan

1.3.1. Trọng lượng nhẹ

Titan có trọng lượng siêu nhẹ, chỉ 4,5g/cc. Tính chất này khiến nó trở thành chất liệu tuyệt vời để sản xuất trang sức, chúng khiến cho người dùng hầu như không cảm thấy nặng nề hay gò bó khi sử dụng và khi vận động. Nó cũng là ứng cử viên sáng giá trong các ứng dụng của vật liệu nhẹ như thay thế khớp và cấy ghép nha khoa. 

1.3.2. Siêu bền và chống ăn mòn

Titan được coi là một kim loại bền và trơ về mặt sinh lý. Titan nguyên chất có độ tinh khiết lên đến 99,2% là một kim loại bóng với khả năng chống ăn mòn cực cao. Nó thậm chí còn có thể chống lại các chất lỏng mạnh như axit sunfuric, khí clo ẩm, dung dịch clorua, axit clohidric và hầu hết các axit hữu cơ. Tuy nhiên, nó có thể cháy trong không khí và nổi bật là nguyên tố duy nhất có thể cháy khi có khí nitơ. Titan bền vì nó kết hợp với các phân tử oxi tạo thành oxit titan. Lớp oxit titan này thụ động và khá bền, nó sẽ không bị bong ra như rỉ sét trên thép và cũng có khả năng chống lại sự tấn công mạnh mẽ của các hợp chất clo.

Titan được coi là kim loại mạnh với độ bền kéo tối đa là 434 MPa, tạo ra 63.000psi, gần bằng độ bền của hợp kim thép cấp thấp. Điều này có nghĩa Titan có thể được sử dụng để thay thế cho thép vì nó nhẹ hơn thép đến 45%. Đồng thời, nó cũng bền gấp đôi nhôm và đặc hơn đến 60%. Khi Titan được trộn với các kim loại khác, nó hợp kim này có thể đạt độ bền kéo hơn 1.400MPa, tạo ra 200.000psi. 

1.3.3. Độ cứng cao

Titan được chứng minh là kim loại nhẹ và cứng nhất trong tất cả các kim loại được tìm thấy, nó còn cứng hơn vàng rất nhiều lần. Nhiệt độ nóng chảy của Titan là hơn 1650 độ C hay 3000 độ F. Điểm sôi của Titan là 3287 độ C. Độ nóng chảy và độ sôi cao làm cho Titan trở thành kim loại lý tưởng và hữu ích về tính chịu nhiệt. Tuy cứng nhưng Titan cũng là kim loại dễ uốn, đặc biệt là ở trong môi trường không có oxi. 

1.3.4. Không độc hại

Titan là nguyên tố kim loại duy nhất cho đến nay mà con người tìm được mà không gây ra bất cứ độc tố nào. Do đó, người ta có thể sử dụng Titan vào nhiều lĩnh vực và phục vụ trực tiếp đời sống. 

1.3.5. Đa dạng màu sắc

Titan có màu nguyên chất là màu xám bạc nhưng không phải là duy nhất. Titan còn được phát hiện ra nhiều màu sắc khác như màu vàng, vàng hồng và màu trắng. Sự đa dạng này khiến Titan trở thành sự lựa chọn lý tưởng khi chế tác trang sức.

2. Titan được ứng dụng trong đời sống như thế nào?

Titanium miễn nhiễm tuyệt đối với các tác động từ môi trường, không bị ảnh hưởng bởi các chất gây ô nhiễm. Trong khi các kim loại kiến trúc khác có tuổi thọ rất hạn chế thì kiến trúc được làm từ Titan sẽ có tuổi thọ lâu dài hơn. Nó chịu được ô nhiễm đô thị, môi trường biển, các hợp chất lưu huỳnh tại các khu công nghiệp và các tác động từ môi trường khác khắc nghiệt hơn rất nhiều. Do đó, Titanium được coi là kim loại cao quý nhất. Những đặc điểm này giúp Titan trở nên hoàn hảo và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

2.1. Ứng dụng trong ngành hàng không

Titan là một trong những ứng dụng phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ. Độ bền cao và mật độ tương đối thấp khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng để chế tạo tên lửa, máy bay do lo ngại về hiệu suất và nhiên liệu. 

Từ khi động cơ phản lực ra đời, Titan đã được sử dụng trong các hợp chất và kỹ thuật sản xuất để đáp ứng các điều kiện khắt khe về độ bền và chịu nhiệt. Trải qua quá trình nóng chảy 3 lần hoặc trong một vài trường hợp phải làm nóng chảy lò bằng các chùm điện tử các hợp chất Titan chất lượng nhất đã được ra đời. Vật liệu này được sử dụng để sản xuất các bộ phận máy bay như khung máy bay, các hệ thống thủy lực và thiết bị hạ cánh. 

2.2. Ứng dụng trong ngành chế tạo trang sức

Trọng lượng nhẹ, độ bền cao, không bị hoen rỉ và màu sắc thời trang là những yếu tố khiến cho Titan trở thành vật liệu được ưa chuộng trong sản xuất đồ trang sức như vòng cổ, lắc tay, hoa tai, nhẫn, đồng hồ,...

2.3. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp

Titan được ứng dụng đặc biệt nhiều trong các ngành công nghiệp do độ bền kéo và tính chất chống ăn mòn đặc biệt của nó. Việc ứng dụng Titan vào sản xuất công nghiệp đang phát triển nhanh hơn bao giờ hết kể từ khi các kỹ sư đã phát hiện ra nó có thể làm tăng vòng đời sử dụng của các trang thiết bị và vật liệu sản xuất, điều này có thể làm giảm chi phí sản xuất xuống rất nhiều lần. Titan có khả năng chống ức chế ăn mòn vượt trội, trong nhiều môi trường khắc nghiệt, nó có thể tồn tại mạnh mẽ hơn so với các kim loại khác theo tỷ lệ 5:1, tỷ lệ hỏng hóc ít hơn dẫn đến việc giảm chi phí bảo trì, thay thế. Kết quả là Titan trở thành mục tiêu chung của nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Ngành công nghiệp hàng hải là một ngành công nghiệp phụ thuộc vào Titanium. Điều này là do Titan có tính chống ăn cực cao, ngay cả trong môi trường nước mặn, nơi mà hợp chất clo là mối lo lắng hàng đầu có khả năng ăn mòn nghiêm trọng các tàu thuyền. Đây là vật liệu thích hợp cho các bộ phận như cánh chân vịt và trục, giàn khoan tàu và các bộ phận chìm trong nước khác.

Khả năng kháng hóa chất tuyệt vời cũng là lý do tại sao Titan được sử dụng nhiều trong các nhà máy hóa chất. 

Titanium dioxide, dạng oxit tự nhiên của kim loại này cũng được ứng dụng như một chất làm trắng trong sơn, nhựa và kem đánh răng. 

Titanium dạng bột tạo ra tia lửa trắng sáng được ứng dụng trong sản xuất pháo hoa. 

Trong nền công nghiệp máy tính Titan là chất đầy hứa hẹn trong sản xuất các ổ đĩa cứng. So với nhôm và vật liệu hiện nay thì Titan có nhiều lợi thế hơn. Titan không có từ tính nên tuyệt đối không ảnh hưởng đến quá trình lưu trữ dữ liệu, khả năng chịu nhiệt cho phép nó chịu được nhiệt độ cao hơn trong quá trình vận hành máy, độ tinh khiết của Titan còn cho phép tăng dung lượng cho đĩa. 

Việc sử dụng Titan còn phát triển mạnh mẽ hơn trong công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy và cả thị trường xe đua. Các thành phần động cơ như thanh kết nối, chốt cổ tay, phanh, bộ hãm, lò xo, tay gạt và trục cam. Mặc dù chất liệu Titan có vẻ khá đắt để sản xuất các bộ phận này nhưng khi tận dụng được các đặc tính của nó sẽ tạo ra được những sản phẩm chất lượng, nâng cao hiệu suất và tuổi thọ cao hơn. 

2.4. Ứng dụng trong y tế

Do tính trơ và không độc hại, Titan được sử dụng nhiều để sản xuất các thiết bị y tế bao gồm cấy ghép phẫu thuật, cấy ghép nha khoa, dụng cụ phẫu thuật và các thiết bị trợ năng. 

Titan hoàn toàn trơ với chất lỏng trong cơ thể người nên nó là chất liệu thay thế tuyệt vời cho các cấu trúc thay thế trong y tế như cấy ghép hông và đầu gối. Titan cũng cho phép sự phát triển của xương bám vào các mô cấy, vì vậy chúng sẽ tồn tại lâu hơn các mô cấy được làm từ các chất liệu khác.  

2.5. Ứng dụng trong thể thao

Độ bền và trọng lượng lý tưởng của Titan tạo ra một loạt các ứng dụng trong thể thao. Vật dụng này thường được sử dụng để làm một số thành phần của dụng cụ thể thao như vợt tennis, gậy bóng chày, gậy golf, khung xe đạp và đồ trượt tuyết. 

Trên đây là những lý giải của chúng tôi về câu hỏi chất liệu Titan là gì? Với những thông tin trên đây thì phải công nhận Titan là kim loại cao quý và hữu dụng bậc nhất hiện nay. Tất nhiên, đây chỉ là một phần ứng dụng mà con người đang thực hiện với Titan, ngoài ra còn có rất nhiều ứng dụng khác. Các ứng dụng của Titan trong các ngành công nghiệp và sản xuất đang rất phát triển và đang không ngừng được cải tiến để tận dụng tối ưu các đặc tính hữu ích của kim loại này.