Титан находит свое основное применение в пирсинге, зубных имплантатах, замене суставов и многих хирургических инструментах. В этой теме мы изучим магнитные свойства титана.
Титан слабомагнитен и показывает парамагнитный характеристики. Электронная конфигурация титана [Ar] 3d. 2 4s 2 , имеющий 2 неспаренных электрона на 3d-орбитали, и отвечает за парамагнитное поведение титана. Он показывает силу притяжения к магниту, когда он находится рядом с ним.
На парамагнитное поведение титана не влияет внешнее магнитное поле. Далее мы подробно обсудим факты, ответственные за парамагнитное поведение титана и его различные магнитные свойства. Кроме того, мы изучим, проявляет ли оксид титана такое же поведение или нет.
Почему титан парамагнетик?
Магнит слабо притягивает титан и поэтому идентифицируется как парамагнетик. Давайте обсудим, что делает титан только парамагнитным.
Титан является парамагнитным, потому что он позволяет больше магнитный поток пройти через него. магнитная восприимчивость титана меньше, поскольку электрический ток, индуцируемый в титане, ограничивает поток магнитного потока. Небольшой электрический ток создается движением четырех свободных электронов, присутствующих в его валентной оболочке.
Как это устроено. Ювелирные украшения из титана
Магнитен ли диоксид титана?
Диоксид титана состоит из двух атомов кислорода и также называется диоксидом титана. Давайте обсудим, проявляет ли диоксид титана такое же магнитное поведение, как титан, или нет.
Диоксид титана слабо парамагнитен, потому что титан и диоксид парамагнитны. Магнитная восприимчивость диоксида титана 5.9×10 -6 cm 3 /моль, что очень низко, но положительно. Структура диоксида титана представляет собой структуру от гексагональной плотной упаковки до кубической структуры упаковки атомов.
Является ли сплав золота с титаном магнитным?
Золото-титановый сплав представляет собой смесь титана с золотом, используемую в ювелирном деле, стоматологии и керамике. Давайте посмотрим, является ли сплав золота с титаном магнитным или нет.
Золотой титановый сплав не магнитится, потому что золото диамагнитный, и их комбинация отменяет парамагнитное поведение титана. Свободные электроны золота и титана соединяются, образуя металлические связи. Следовательно, он не показывает никакого отклика в присутствии магнитного поля.
Магнитные свойства титана
Некоторые свойства титана делают его парамагнитным. Давайте задумаемся о магнитных свойствах титана, перечисленных ниже.
- Титан является переходным металлом с плотностью 4.5 г/см. 3 .
- Ti является парамагнитным и обладает коррозионной стойкостью.
- Ti имеет низкую тепло- и электропроводность.
- Ti имеет два свободных электрона на 3d-орбитали и слабо притягивается к магниту.
- Ti образует ОЦК-структуру с твердостью 6 на шкала Мооса.
Изображение титана Пумба80 (CC BY-SA 2.0 Великобритания) из Wikimedia Commons
Титановый магнитный момент
Магнитный момент определяет напряженность магнитного поля для выравнивания магнитных диполей титана в его направлении. Давайте обсудим больше о магнитном моменте титана дальше.
Компания магнитный момент титана составляет 1.73 BM из-за наличия 4 валентных электронов. Спиновый магнитный момент титана равен 2.82 нМ и может также равняться нулю, если неспаренные электроны на 3d-орбитали спариваются и становятся диамагнитными. Магнитный момент оксидов титана зависит от степени их окисления.
Магнитная проницаемость титана
Магнитная проницаемость титана определяет магнитный поток через его металлическую структуру. Обсудим вкратце магнитную проницаемость титана.
Магнитная проницаемость титана приблизительно равна 1. Она рассчитывается как отношение напряженности магнитного поля через титан и намагничивающего поля, в котором находится образец титана. Обычно титан легко формуется из-за его низкой плотности.
Магнитная восприимчивость титана
Магнитная восприимчивость любого вещества зависит от числа свободных электронов. Обсудим магнитную восприимчивость металлического титана.
Магнитная восприимчивость титана 0.153×10-3 см 3 /моль. Он находится как отношение намагниченности титана к напряженности магнитного поля. Величина магнитной восприимчивости титана очень мала и положительна. Это безразмерная величина, показывающая, насколько Ti может намагничиваться.
Заключение
Из этой статьи можно сделать вывод, что титан слабомагнитен и проявляет парамагнитное поведение. Оксид титана в основном встречается в виде оксидов, и магнитный момент оксидов титана меньше, чем у металлического титана. Он имеет низкую плотность и электропроводность.
Источник: ru.lambdageeks.com
Мифы о титане
Отвечаю на самые распространённные высказывания-заблуждения относительно титата и изделий из него.
1. Титан — самый прочный и твердый материал.
Ничего подобного, самый прочный и твердый материал в мире — алмаз. Из распространенных жёстких материалов — очень твёрд карбид вольфрама и многие вольфрамо-молибдено-содержащие сплавы. Это — холодные и тяжелые материалы, практически не поддаются мехобработке точением и фрезерованием и для них применяются ещё более сложные и современные технологии обработки.
Собственно говоря, подавляющее большинство самого крепкого металлорежущего инструмента изготавливается из разновидностей комбинаций вольфрама с другими твёрдыми элементами, в том числе инструмента для обработки титана. Вольфрамосодержащие сплавы относятся к твердосплавным материалам. Для изготовления ювелирки практически не применяются, лишь изредка, т.к. для изготовления сложных изделий из вольфрамосодержащих материалов требуются слишком огромные производственные мощности, оправданные только в машиностроении и металлопроизводстве, где такая ювелирка считается не слишком крутым бонусом к основному виду деятельности. Ниже — схема замера твёрдости интендером твердомера, в различных единицах.
2. Титан не царапается.
Царапается, еще как. Правда, различия в царапучести марок — достаточно выраженные и заметны даже простым глазом. На этот параметр влияет химический состав сплава и тип пост-обработки заготовки. Титаны топовых марок, изделия из которых служат во всей своей красе долго, стоят дорого и достать их чрезвычайно трудно.
А дешевые марки лежат в продаже на любом складе металлобазы и стоят копейки, но изделия из них выходят и дешевые, но качеством блистать не будут. Однако, стоит отметить, что драгоценные металлы царапаются сильнее минимум вдвое, чем самая дешманская марка титана. Какой-то тип титанового сплава поцарапать легко, какой-то сложнее, какой-то ещё сложнее.
В любом случае те, кто утверждают, что титан не царапается — врут. Однако, для улучшения твёрдости поверхности можно наносить на изделия спецпокрытия, которые значительно повысят износостойкость. Картинка «зацарапанной поверхности» прилагается.
3. Титан абсолютно биосовместим.
Почти правда. Однако, всего лишь почти. Существует несколько био-несовместимых (точнее, аллергенных) марок, содержащие вредные примеси (но эти марки достаточно редки и врядли мастеру попадутся именно они, но чем чёрт не шутит), также подобные примеси, вызывающие аллергию, некрозы или как минимум, неприятные ощущения могут встречаться и в дешевых марках из-за заниженного контроля качества состава на производстве («Зачем ведь, спрашивается, проверять эти образцы на биосовместимость, заморачиваться с идеальной очисткой, когда мы собираемся делать из них корпус для термостата космической станции, который к тому же будет находиться снаружи корабля?»). Поэтому перед изготовлением ювелирки и бижутерии порядочный мастер-ювелир всегда отнесёт образец материала на хим.анализ, и только потом предложит клиенту. Ниже- красивая картинка зубного импланта.
4. Изделия из титана должны стоить дешево, ведь титан — очень дешевый материал.
Самое распространённое заблуждение! Титан по сравннию с драгоценными металлами, конечно, стоит недорого, однако:
а) Есть очень большие проблемы в приобретении хороших марок в небольшом количестве, т.к. такой титан продаётся только большими промышленными партиями, а то и вообще не продаётся — дай-то Бог, чтобы вы смогли купить какой-нибудь обрезок из остатков «с барского стола» космической и военной промышленности, авось и повезёт. Самый дорогой титан в мире стоит около 1500 долларов за килограмм, самый дешёвый — около 1500 рублей за килограмм (по данным на 2019 год)
б) Самую большую часть стоимости изделий составляет именно обработка титана, так как она требует наличия уникального дорогостоящего инструмента и большого количества времени, а время — ресурс невосполняемый. Тем более, чем лучше титан, тем дороже инструмент и больше времени уходит на изготовление при соблюдении технологии изготовления изделий.
Чтобы сделать качественно, с соблюдением всех допусков и параметров, технологию нарушать нельзя, иначе — брак и впустую потраченный материал. Ведь можно сделать хорошо, и тогда, изделие никак не будет дешёвым, а можно сделать как попало, без претензий на точность, ну или чтобы только создать иллюзию качества.
А закрепка камней в титан — отдельная статья геморроя мастера, как выяснилось, разные марки титана требуют разного подхода к закрепке различных вставок, всё не так просто с ним — капризен, пружинит, и требует не совсем ювелирного (а более крутого) и дорогого инструмента при вставке и закрепке. Ниже — видео захватывающей работы пятикоординатного токарно-фрезерного станка — это одна из топовых технологий обработки металла, в том числе и титана. Использование подобных технологий для изготовления ювелирных изделий ну никак не может стоить дёшево. Смотрите.
Запомните, в производстве есть три волшебных слова, три составляющие, позволяющие комбинировать друг друга в различных позициях, однако всегда, всегда одно из слов будет лишним. Это «быстро», «качественно» и «недорого».
5. Чистый титан лучше всего.
Смотря для каких целей и задач. Относительно чистый титан российского и зарубежного реестра стоит дёшево, однако обладает прочностью и твердостью немногим выше золота и серебра, а низкий уровень этих параметров даст зацарапать идеально выведенную поверхность в течении первого дня эксплуатации. Если уж сильные претензии к чистоте материала и предъявляются, то существуют иодидный и аффинированные титаны, однако вы не обрадуетесь цене на них. Ну, а самый распространённый относительно чистый и «простенький» титан применяется, в основном для удешевления бижутерной продукциии, не претендующей на качество поверхности, при создании очень сложных геометрических форм, или в случае использования его в технологии литья или какой-либо другой, не слишком дорогостоящей технологии обработки.
Касательно преимуществ и уникальности титановых сплавов, то стоит однозначно отметить их стойкость к коррозии (какие-то больше, какие-то меньше, но в бьтовых средах титан, как правило, не корродирует), при их лёгкости, высокой прочности, относительно высокой, а иногда и очень высокой твердости и практически абсолютной биосовместимости (см. выше). Титан не темнеет, не тускнеет со временем, не окисляется в агрессивных моющих химикалиях, а хорошо изготовленные изделия из качественного титана выглядят великолепно, некоторые из них — действительно плохо царапаются и долго служат своим превосходным внешним видом.
Источник: www.livemaster.ru
Температурные, электрические и магнитные свойства титана
Уникальные физико-технические свойства титана – лёгкость, особая прочность и высокая коррозионная стойкость сделали его одним из основных композиционных материалов, широко востребованных практически во всех областях машиностроения и во многих отраслях промышленности.
Однако всё большее применение находят и другие особенности титана, обусловленные его температурными, электрическими и магнитными свойствами.
Чистый, без примесей, титан имеет очень высокую температуру плавления (около 1660°C), по тугоплавкости он уступает только таким металлам, как молибден, тантал, вольфрам, платиноиды, ниобий, цирконий и рений. Теплопроводность титана составляет 22,065 Вт/(м.К), что примерно в 7 раз ниже, чем теплопроводность магния, в 3 – железа, в 17 – меди и алюминия.
Коэффициент термического расширения у титана самый маленький по сравнению с другими металлами: при температуре 20°C он в 3 раза меньше, чем у алюминия, в 1,5 – чем у железа и в 2 – чем у меди. Поэтому такие качества титана, как твёрдость и прочность сохраняются при достаточно высоких температурах — до +450-500°C, для некоторых сплавов титана этот предел достигает +650°C. При понижении температуры титан сохраняет хорошую пластичность при некотором увеличении прочностных характеристик, и это ещё больше расширяет температурный диапазон его использования. Сейчас титановые сплавы применяются для условий от -250 до +550 °С.
При нагревании, даже незначительном, проявляется одно из главных свойств титана – его способность активно поглощать газы: водород – начиная с 50-70°С, кислород – свыше 400°С, азот, углекислый газ и окись углерода – с 600°С. Такая высокая химическая активность титана требует соблюдения особых условий при его плавке или сварке. Вместе с тем способность к газопоглощению обеспечила титану применение в электронной и радиопромышленности в качестве геттерного материала.
Наряду с тем, что титан обладает низкой теплопроводностью, он является также плохим проводником электричества. При температуре 20°C, в зависимости от содержащихся примесей, удельное электросопротивление титана колеблется в интервале 0,42-0,55 мкОм*м. Для сравнения: если принять за 100% электропроводность серебра, то медь будет обладать электропроводностью 94%, алюминий – 55%, железо и ртуть – 2%, а титан –лишь 0,3%. Но при температурах ниже -272°C титан становится сверхпроводником электричества, и это его свойство открывает новые перспективы применения титановых сплавов в областях, связанных с генерированием, передачей на большие расстояния и использованием электроэнергии.
Ещё более привлекательным для применения в электротехнике делает титан его слабая магнитная восприимчивость, характеризующаяся коэффициентом магнитной проницаемости, равным 1, 00004. То есть титан, так же как, например, алюминий, относится к парамагнитным металлам, которые не намагничиваются подобно железу или никелю в магнитном поле, но и не выталкиваются из него, как медь, серебро или золото. Это свойство титана с успехом используется как в производстве специального немагнитного оборудования, техники, приборов и машин, так и в медицине для создания имплантатов и протезов. В последнем случае особую ценность титановым конструкциям придаёт то, что их низкая электропроводность и слабая намагничиваемость не препятствуют проведению любых физиотерапевтических процедур.
Источник: wond-world.livejournal.com