Nekonvenční vlastnosti slitin titanu odhaleny
Co se vám vybaví, když se řekne metal? Těžký, rezavý a studený? Dnešní téma, slitiny titanu, zpochybní vaše předpoklady. Může zůstat ve vodě po celá desetiletí, aniž by zrezivěl, být lehký jako plast, ale tvrdší než ocel, spojovat se s lidskými kostmi a dokonce měnit barvy jako duha. Jaká vědecká tajemství skrývají tyto neintuitivní vlastnosti? Dnes prozradíme odpovědi jednu po druhé.
1. Při namočení mořskou vodou nebude rezavět.
U kovů je rezavění běžný jev, ale slitiny titanu jsou výjimkou. Ponořte titanové slitiny na deset let do mořské vody a objeví se stále lesklé a nové. Jejich povrch je po desetiletí pohřben pod zemí a zůstává hladký a nový. Ještě pozoruhodnější je, že je lze použít ke skladování jaderného odpadu, vzhledem k tomu, že korozivnost jaderného odpadu stačí k úplnému zničení nerezové oceli.
Tajemství spočívá v neviditelném oxidovém filmu: v okamžiku, kdy se slitina titanu dostane do kontaktu se vzduchem, okamžitě se na jejím povrchu vytvoří oxidový film o tloušťce pouhých několika nanometrů (10 000krát tenčí než lidský vlas). Tento film působí jako neproniknutelný „brnění“, zcela izolující titan od vnější vody, kyselin a solí. Ještě pozoruhodnější je, že jakmile je tento film poškrábán, titan okamžitě „přivolá“ kyslík ze vzduchu, aby na poškozeném místě regeneroval nový oxidový film-v podstatě má zabudovanou-schopnost „hojení ran“.
2.Jeho lehkost, stejně jako plast, mu umožnila překonat ostatní, pokud jde o hustotu a pevnost.
Vezměte si brýlové obroučky vyrobené z titanové slitiny a možná vás napadne: „Je to opravdu kov?“-jeho hustota je pouze 60 % hustoty oceli (podobně jako hliník), ale jeho pevnost je srovnatelná s ocelí. Tato „lehká a pevná“ vlastnost činí titanovou slitinu oblíbenou v letectví: trupy letadel vyrobené z titanové slitiny mohou být o 30 % lehčí než ty z oceli; rámy jízdních kol vyrobené z titanové slitiny jsou lehké a odolné, díky nimž se jízda cítí jako „lehká“.
3. Může po implantaci do lidského těla růst společně s kostí?
V ortopedické chirurgii je titanová slitina jediným kovem, který může „prorůst“ do kosti. Když lékaři implantují umělé klouby ze slitiny titanu nebo zubní implantáty do lidského těla, nezpůsobí to odmítnutí jako nerezová ocel. Místo toho kostní buňky postupně pokrývají povrch titanu a tvoří „osseointegraci“-zjednodušeně řečeno, kost s titanem zachází jako se svým vlastním a pevně jej „objímá“.
4. Úžasné kouzlo soustružení duhových barev bez barvení
Obyčejné kovy dokážou změnit barvu pouze nastříkáním barvy nebo galvanickým pokovováním, ale slitiny titanu přišly s novým trikem-aplikací elektřiny (eloxováním), mohou se změnit na duhové barvy, jako je růžová, modrá, zelená a fialová, a to bez jakýchkoli barviv.
Je to proto, že eloxování mění tloušťku oxidového filmu na povrchu titanu. Když světlo svítí na filmy různé tloušťky, dochází k různým odrazům a interferencím (podobně jako na barevném principu mýdlových bublin). Například:
1. 10 nanometrů tlustý oxidový film → je zlatý;
Tloušťka 2. 30 nanometrů → je modrá;
Tloušťka 3. 50 nanometrů → je fialová
Díky této schopnosti měnit barvu jednoduše spoléháním se na tloušťku jsou titanové slitiny novým favoritem ve šperkařském průmyslu{0}}Titanové náhrdelníky mohou měnit barvu v závislosti na úhlu, díky čemuž jsou ještě poutavější než náhrdelníky pokryté diamanty-.
5. Není křehký při -250 stupních a nezměkne při 600 stupních.
Většina kovů „ztrácí nervy“ při extrémních teplotách: železo zkřehne při -27 stupních (rozbije se jako sklo jediným klepnutím) a hliník začne měknout při 100 stupních . Ale slitiny titanu jsou jako „buddhističtí praktikující“ – zůstávají pozoruhodně ohebné.
1. Při extrémně nízkých teplotách blízkých absolutní nule (-273 stupňů) se jeho houževnatost ve skutečnosti zvyšuje, takže je vhodný pro použití jako zásobníky na zkapalněný zemní plyn;
2. Udržuje svou pevnost i při vysoké teplotě 600 stupňů. Lopatky turbín stíhacích proudových motorů spoléhají na titanové slitiny, které odolávají vysokým teplotám a vysokému tlaku.
6. Schopný stavět rakety a vyrábět wok.
Před více než deseti lety byly titanové slitiny synonymem pro „nebeské-vysoké kovy“-rafinace jedné tuny titanu stála stejně jako rafinace tří tun oceli a mohla být použita pouze ve špičkových-oblastech, jako jsou rakety a stíhačky. Ale nyní si můžete koupit pánve a termosky z titanové slitiny za pouhých pár stovek juanů.
7. Nenechte se zmást „kovy s tvarovou pamětí“! Čistý titan se nevrátí do původního tvaru.
Mnoho lidí se domnívá, že „titan má paměťovou funkci“, ale jde o nedorozumění, protože ten, který se po ohnutí může automaticky vrátit do svého původního tvaru, je „slitina titanu-niklu“ (slitina niklu-titanu), zatímco čistý titan tuto schopnost nemá.
Někteří obchodníci kdysi inzerovali, že „obruby brýlí z titanové slitiny se mohou automaticky odpružit“, ale uživatelé zjistili, že se „nikdy nemohou ohnout“ poté, co se je pokusili ohnout.
Pamatujte: Předností čistého titanu je „lehkost, pevnost a odolnost proti korozi“, ale „tvarová paměť“ je jedinečnou vlastností titanových-niklových slitin.
Tyto zdánlivě neintuitivní vlastnosti titanových slitin neporušují fyzikální zákony, ale představují pro lidi nový způsob, jak zkoumat svět kovů. Každá vlastnost nám říká, že kovy nejsou jen o tom, že „rezaví, jsou těžké a chladné“, od samo-uzdravovací schopnosti oxidového filmu až po barvu-měnící princip interference světla a jeho stabilitu v extrémních prostředích.
