Razkrite nekonvencionalne lastnosti titanovih zlitin
Na kaj pomislite, ko pomislite na kovino? Težko, zarjavelo in hladno? Današnja tema, titanove zlitine, bo izzvala vaše domneve. V vodi lahko ostane desetletja, ne da bi zarjavel, je lahek kot plastika, a trši od jekla, se veže na človeške kosti in celo spreminja barve kot mavrica. Katere znanstvene skrivnosti skrivajo te kontraintuitivne lastnosti? Danes bomo enega za drugim razkrivali odgovore.
1. Ko ga namočite v morsko vodo, ne bo rjavel.
Rja je pogost pojav pri kovinah, vendar so titanove zlitine izjema. Titanove zlitine za deset let potopite v morsko vodo in iz njih bodo še vedno sijoče in nove. Njihova površina je desetletja zakopana pod zemljo in ostane gladka in nova. Še bolj presenetljivo pa je, da jih je mogoče uporabiti za shranjevanje jedrskih odpadkov, saj je korozivnost jedrskih odpadkov dovolj velika, da popolnoma uniči nerjavno jeklo.
Skrivnost je v nevidnem oksidnem filmu: v trenutku, ko titanova zlitina pride v stik z zrakom, se na njeni površini takoj oblikuje le nekaj nanometrov debel oksidni film (10.000-krat tanjši od človeškega lasu). Ta film deluje kot neprebojen "oklep", ki popolnoma izolira titan pred zunanjo vodo, kislinami in solmi. Še bolj presenetljivo je, da ko je ta film opraskan, titan takoj "prikliče" kisik iz zraka, da regenerira nov oksidni film na poškodovanem mestu-ki ima v bistvu vgrajeno-zmožnost "celjenja ran".
2.Njegova lahkotnost, tako kot plastika, mu je omogočila, da je prehitel druge v smislu gostote in trdnosti.
Vzemite okvirje za očala iz titanove zlitine in morda se boste vprašali: "Je to res kovina?"-njegova gostota je le 60 % gostote jekla (podobno kot aluminij), vendar je njegova trdnost primerljiva z jeklom. Zaradi te "lahke in močne" lastnosti je titanova zlitina priljubljena v letalstvu: trupi letal iz titanove zlitine so lahko 30 % lažji od tistih iz jekla; okvirji koles iz titanove zlitine so lahki in trpežni, zaradi česar se počutite kot "lahka".
3. Ali se lahko po vsaditvi v človeško telo zraste s kostjo?
V ortopedski kirurgiji je titanova zlitina edina kovina, ki lahko "zraste" v kost. Ko zdravniki vsadijo umetne sklepe iz titanove zlitine ali zobne vsadke v človeško telo, to ne povzroči zavrnitve kot nerjavno jeklo. Namesto tega kostne celice postopoma prekrivajo površino titana in tvorijo »oseointegracijo«-preprosto povedano, kost obravnava titan kot svojega in ga trdno »objame«.
4. Neverjetna čarovnija spreminjanja mavričnih barv brez barvanja
Navadne kovine lahko spremenijo barvo le z brizganjem barve ali galvanizacijo, vendar so titanove zlitine iznašle nov trik-z uporabo električne energije (anodiziranje) se lahko spremenijo v mavrične barve, kot so rožnata, modra, zelena in vijolična, in to brez kakršnih koli barvil.
To je zato, ker eloksiranje spremeni debelino oksidnega filma na površini titana. Ko svetloba sveti na različno debele filme, pride do različnih odbojev in interferenc (podobno kot pri barvnem principu milnih mehurčkov). Na primer:
1. 10 nanometrov debel oksidni film → videti je zlat;
Debelina 2. 30 nanometrov → prikazana je modra;
Debelina 3. 50 nanometrov → videti je vijolično
Zaradi te zmožnosti spreminjanja barve preprosto glede na debelino so titanove zlitine postale priljubljene v industriji nakita-ogrlice iz titana lahko spreminjajo barvo glede na kot, zaradi česar so še bolj{1}}vpadljive kot diamantne-okrožene ogrlice.
5. Ni krhek pri -250 stopinjah in se ne zmehča pri 600 stopinjah.
Večina kovin "izgubi živce" pri ekstremnih temperaturah: železo postane krhko pri -27 stopinjah (razbije se kot steklo z enim dotikom), aluminij pa se začne mehčati pri 100 stopinjah. Toda titanove zlitine so kot "budistični praktiki" - ostajajo izjemno upogljive.
1. Pri ekstremno nizkih temperaturah blizu absolutne ničle (-273 stopinj) se njegova žilavost dejansko poveča, zaradi česar je primeren za uporabo kot rezervoarji za shranjevanje utekočinjenega zemeljskega plina;
2. Ohranja svojo trdnost tudi pri visoki temperaturi 600 stopinj. Turbinske lopatice lovskih reaktivnih motorjev temeljijo na titanovih zlitinah, da prenesejo visoko temperaturo in visok pritisk.
6. Sposobnost gradnje raket in izdelave vokov.
Pred nekaj več kot desetletjem so bile titanove zlitine sinonim za »nebesno{0}}cenovne kovine«-rafiniranje ene tone titana je stalo enako kot rafiniranje treh ton jekla, uporabljalo pa se je lahko samo-na visokokakovostnih področjih, kot so rakete in bojna letala. Zdaj pa lahko kupite ponve in termovke iz titanove zlitine za samo nekaj sto juanov.
7. Naj vas "kovine s spominom oblike" ne zavedejo! Čisti titan se ne bo vrnil v prvotno obliko.
Mnogi ljudje verjamejo, da "ima titan funkcijo spomina", vendar je to napačno razumevanje, tisti, ki se lahko po upogibanju samodejno vrne v prvotno obliko, je "zlitina titana-niklja" (zlitina niklja-titana), medtem ko čisti titan nima te sposobnosti.
Nekateri trgovci so nekoč oglaševali, da se "okvirji očal iz titanove zlitine lahko samodejno odskočijo nazaj", vendar so uporabniki ugotovili, da se "nikoli ne morejo upogniti nazaj", potem ko so jih poskušali upogniti.
Ne pozabite: prednosti čistega titana so "lahkost, trdnost in odpornost proti koroziji", vendar je "pomnilnik oblike" edinstvena lastnost titan-nikljevih zlitin.
Te navidezno kontraintuitivne lastnosti titanovih zlitin ne kršijo fizikalnih zakonov, temveč predstavljajo nov način za ljudi, da raziskujejo svet kovin. Od samo{1}}zmožnosti oksidnega filma do samozdravilne-načela motenj svetlobe in njegove stabilnosti v ekstremnih okoljih nam vsaka lastnost pove, da kovine niso samo »rjaveče, težke in hladne«.
