titanium: Sekuat keluli, ringan seperti aluminium-dan ia juga ada di dalam badan anda
Tulang aloi titanium boleh kekal di dalam badan anda sepanjang hayat, dan kapal terbang semua-titanium boleh terbang tiga kali ganda kelajuan bunyi. Logam ini-lebih ringan daripada keluli dan lebih kuat daripada aluminium-tersembunyi dalam ubat gigi, pelindung matahari dan lutut anda.
Logam ini adalah titanium. Ia tidak terlalu mahal; ia sangat jarang berlaku.
I. Separuh Berat Keluli, Dua Kali Lebih Keras daripada Aluminium
Titanium mempunyai ketumpatan 4.51 g/cm³, iaitu 56% daripada keluli dan 1.6 kali ganda daripada aluminium. Kekuatan titanium tulen adalah setanding dengan keluli karbon sederhana-, manakala aloi titanium (yang paling klasik ialah Ti-6Al-4V, yang dikenali dalam industri sebagai "Titanium 64") menolak kekuatan kepada 900–1,170 MPa, meletakkannya dalam liga yang sama seperti keluli aloi tinggi-tinggi. Dari segi kekuatan khusus-iaitu, beban yang boleh ditanggung setiap unit berat-titanium mengatasi semua logam lain.
Apa yang lebih luar biasa ialah kekuatan tinggi ini tidak datang dengan mengorbankan ketangguhan. Walaupun banyak keluli berkekuatan tinggi-adalah kuat, ia selalunya rapuh; aloi titanium, bagaimanapun, mengekalkan keliatan yang baik dan rintangan patah walaupun dalam nitrogen cecair pada -200 darjah, dan tidak melembutkan dengan cepat pada suhu tinggi melebihi 400 darjah, tidak seperti aloi aluminium. Daripada suhu rendah helium cecair berhampiran 4 K hingga suhu tinggi turbin enjin pesawat sekitar 500 darjah, aloi titanium tidak menunjukkan jurang prestasi yang ketara merentasi keseluruhan julat suhu.
Sekarang pertimbangkan rintangan kakisan. Lapisan pempasifan TiO₂ yang padat secara spontan terbentuk pada permukaan titanium; walaupun hanya beberapa nanometer tebal, ia bertindak seperti perisai pelindung yang terikat rapat pada substrat. Walaupun lapisan ini tercalar, ia dengan pantas-mengoksidakan dan membaiki dirinya sendiri-dengan pantas sehingga tanda-tanda kakisan hampir tidak kelihatan. Aloi titanium yang dibiarkan terendam dalam air laut selama dua puluh tahun masih akan bersinar apabila disapu bersih apabila dialihkan. Media seperti asid sulfurik pekat, asid nitrik, gas klorin dan asid organik juga bergelut untuk menyebabkan kakisan yang ketara. Satu-satunya kelemahan ialah asid hidrofluorik (HF): ion fluorida secara langsung melarutkan filem oksida pada permukaan titanium, mendedahkan substrat titanium dan menyebabkan kakisan.
Dengan mengambil kira semua ini, anda mungkin fikir titanium mesti terlalu mahal. Walau bagaimanapun, titanium berada di kedudukan kesembilan dalam kelimpahan dalam kerak bumi, menjadikannya lebih banyak daripada tembaga, zink, dan plumbum. Jadi mengapa ia masih lima hingga sepuluh kali lebih mahal daripada keluli tahan karat? Kerana proses Kroll ialah kaedah-jenis, tenaga-intensif yang memerlukan kira-kira 36,000 kilowatt-jam elektrik untuk menghasilkan satu tan metrik span titanium-yang cukup untuk menjana tenaga purata isi rumah selama tiga tahun. Tambahan pula, titanium mempunyai kekonduksian terma yang sangat lemah apabila dimesin, menyebabkan haba tertumpu sepenuhnya pada bahagian canggih, yang haus alat beberapa kali lebih cepat daripada semasa memotong keluli. Kos titanium yang tinggi bukan berpunca daripada bahan mentah itu sendiri, tetapi dari kos pemprosesan yang tinggi.
II. Titanium yang Diseludup dari Kesatuan Soviet Digunakan untuk Membina Pesawat Perisik AS Mampu Terbang Tiga Kali Ganda Kelajuan Bunyi
Pesawat peninjau SR-71 "Blackbird", yang membuat penerbangan sulungnya pada tahun 1964, ialah jet peninjau strategik-jauh, tinggi-tinggi,-kelajuan tinggi yang dikendalikan oleh Tentera Udara AS. Ia menggabungkan banyak-teknologi canggih pada masa itu, termasuk struktur aloi titanium dan enjin kitaran pembolehubah turbojet/ramjet-dan merupakan pesawat jet operasi pertama yang berjaya menembusi halangan haba. Ia mampu melayari pada 3.2 kali kelajuan bunyi pada ketinggian 24,000 meter-begitu pantas sehingga peluru berpandu pertahanan udara Soviet yang dilancarkan pada masa itu tidak dapat bersaing dengannya. Sepanjang sejarah operasinya, ia tidak pernah ditembak jatuh oleh pesawat musuh atau peluru berpandu anti-pesawat. Salah satu rahsia pesawat yang paling dijaga rapi terletak pada bahannya: 93 peratus kerangka pesawatnya dibina daripada aloi titanium.
III. Anda Mengambil dan Memohon Titanium Setiap Hari, Tetapi Anda Mungkin Tidak Menyedarinya
Daripada bijih titanium yang dilombong di seluruh dunia, hanya kira-kira 5% dikurangkan kepada titanium logam; baki 95% ditukar kepada titanium dioksida (TiO₂), juga dikenali sebagai titanium putih.
Titanium dioksida adalah pigmen putih yang paling penting di Bumi. Ia mempunyai indeks biasan yang sangat tinggi, memaksimumkan kecekapan serakan cahaya putih dalam spektrum yang boleh dilihat. Satu kilogram titanium dioksida boleh meliputi kira-kira 8 hingga 10 meter persegi kawasan permukaan, memberikannya warna putih tulen yang legap. Tanpa titanium dioksida, dinding putih di dalam bilik anda akan menjadi kelabu, ubat gigi akan menjadi lutsinar, paip plastik akan mendedahkan warna coklat kekuningan-semula jadinya dan pelindung matahari yang digunakan pada muka anda akan kelihatan seperti filem lutsinar yang berminyak.
Salutan putih licin pada gula-gula M&M yang anda makan mengandungi titanium dioksida. Susu skim menggunakan titanium dioksida untuk memutihkannya, menjadikannya lebih kelihatan seperti susu penuh. Salutan putih pada pil juga diperbuat daripada titanium dioksida. Malah warna putih kertas tandas yang anda gunakan selepas pergi ke bilik mandi-jika anda menggunakan-jenama keputihan tinggi-kemungkinan besar disebabkan oleh titanium dioksida.
IV. Apabila Ditanamkan dalam Tubuh Manusia, Tulang Anda Akan Bercantum Secara Aktif Dengannya
Jika aloi titanium ditanam dalam tubuh manusia, ia tidak ditolak seperti logam biasa; sebaliknya, ia secara beransur-ansur "bercantum" dengan tulang sekeliling. Fenomena ini dikenali dalam perubatan sebagai osseointegration.
Kunci kepada keupayaan titanium untuk melakukan ini terletak pada pembentukan lapisan oksida yang sangat padat pada permukaannya. Lapisan ini stabil dan tidak merengsakan tisu manusia, membolehkan sel tulang melekat dan membiak dengan selamat pada permukaannya, secara beransur-ansur membentuk tisu tulang baru.
Sebaliknya, kebanyakan logam terdedah kepada tindak balas longgar, kakisan atau penolakan selepas implantasi, manakala aloi titanium menawarkan biokompatibiliti yang lebih baik dan kestabilan-jangka panjang yang lebih baik. Atas sebab ini, ia digunakan secara meluas dalam aplikasi perubatan seperti sendi tiruan, plat tulang, skru, dan implan pergigian.
Ringkasnya, titanium tidak "dipaksa" ke dalam tulang; sebaliknya, tulang rela menerimanya.
E-mel-:garychen3215@hotmail.com
Alamat: No.35, Baoti Rd, bandar Baoji, Wilayah Shaanxi, China
Hubungi: Encik Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mudah Alih/WhatsApp: +86 13092900605
