Григорий Николаев - Металл Века

• Название: Металл Века
• Автор: Григорий Николаев
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1987

Металлом века заслуженно называют титан. Об истории этого ме­талла, его замечательных свойствах, способах производства, об ис­пользовании его в авиации, космонавтике, химической индустрии, в быту, на транспорте, в медицине, а также о его возможностях и перспективах применения увлекательно рассказано в этой книге.

Первое издание книги того же названия, опубликованное в Днеп­ропетровске (издательство ”Промiнь”) в 1975 г., было отмечено второй премией и Дипломом второй степени на Всесоюзном кон­курсе лучших произведений научно-популярной литературы. Второе издание было выпущено в 1982 г. издательством "Металлургия”.

Предназначена для широкого круга читателей

---

Титан тоже не всемогущ и не претендует на то, чтобы с его помощью решать все проблемы. При контакте со щавелевой, фосфорной, с концентрированными соляной и серной кислотами защитная пленка на поверхности металла разрушается (точнее, скорость ее растворения превосходит скорость образования) , обнажается активный металл и начинается интенсивная коррозия.

Титан не стоек в пероксиде водорода, сухих хлоре и броме, в спиртовой настойке иода. Самый же страшный разрушитель титана — фтор. Совершенно незначительное количество ионов фтора вызывает стремительную коррозию металла. В плавиковой кислоте (соединении фтора с водородом) титан растворяется буквально на глазах — как сахар в горячем чае. Фтор вообще удивительный элемент, он разрушает все на свете. В его струе загораются вещества, которые обычно никогда не горят — кирпич, асбест, железо, сталь и даже... вода, если ее подогреть!

Фтор — самый активный, самый агрессивный элемент в природе, само его название в переводе с греческого языка означает "разрушающий все". И свое название фтор подтверждает на каждом шагу. Так, инертные газы (аргон, гелий, криптон, неон и др.) потому и названы инертными, что не вступают в реакцию ни с одним элементом. Ни с одним! Кроме... фтора. Этот газ светло-желтого цвета воспламеняет (если приблизить к нему) кремний и теллур, мышьяк и бром, иод и сурьму. Благородные платиновые металлы полностью проявляют свое "благородство" и при комнатной температуре не вспыхивают во фторе, как это делают названные выше элементы, но стоит платиновые металлы чуть-чуть нагреть — их постигает та же плачевная участь. И вправду, фтор — "разрушающий все"! Перед таким противником не стыдно отступить и титану.

Коррозионную стойкость титана можно повысить. Делается это различными путями. Вот один из них. В соляной и серной кислотах титан не стоек. Однако достаточно добавить в них немного азотной или хромовой кислоты, как поведение титана меняется самым разительным образом — он делается устойчивым материалом, его разрушение практически прекращается. Точно так действуют на титан и присутствующие в растворе ионы железа, меди и некоторых других металлов.

Поэтому иногда в растворы, в которых титан обычно не стоек, специально добавляют азотную или хромовую кислоту, соединения хлора и некоторые другие вещества, чтобы металл сделался пассивным, устойчивым. Способностью азотной кислоты пассивировать титан как раз и объясняется его кажущаяся столь феноменальной стойкость в "царской водке".

А бывает, что вещества, пассивирующие титан, так называемые ингибиторы коррозии, уже имеются в растворе.

В этом случае металл будет устойчив в концентрированных серной и соляной кислотах, а также в других соединениях, в которых он, как правило, разрушается.

Вот почему лучше всего исследовать стойкость титана в каждом конкретном случае, а особенно когда пригодность титана для применения в данной среде вызывает сомнения.

Ну а если в агрессивном растворе нет пассивирующих титан веществ или ввести их туда невозможно из-за особенностей технологии, что тогда? Отказаться от титана, поискать что-нибудь другое, более стойкое? Можно и так. Но только и среди более стойких, чем обычные сплавы титана, материалов тоже окажутся... титановые сплавы. Речь действительно идет о сплавах титана, но с повышенной коррозионной стойкостью.

Если в титан добавить всего две десятых доли процента благородного металла палладия, то такой сплав делается в десятки, а иногда и в сотни раз более стойким, чем обычные титановые сплавы, а сплав титана с молибденом настолько стоек, что применяется вместо золота в крепких растворах серной, соляной и других минеральных кислот.

Да, наверное, скажете вы, но при чем здесь титан? Ведь высокую стойкость против коррозии обеспечивают палладий, молибден, тантал и другие редкие и благородные металлы. И все же стоек именно титан, добавки других металлов только способствуют этой стойкости.

Если такие же количества ценных металлов добавлять в железо, алюминий, магний или другой какой-нибудь распространенный металл, эффект не будет таким впечатляющим, потому что титан в гораздо большей степени, чем другие металлы, обладает способностью к пассивации — состоянию, когда его надежно укрывает и предохраняет от разрушения тончайшая оксидная пленка — невидимая броня.

ПАРАДОКСАЛЬНЫЙ МЕТАЛЛ

В 1955 году в одном из номеров американского журнала "Современные металлы" появилась небезынтересная статья, автор которой назвал титан "парадоксальным металлом", имея в виду его противоречивые свойства. А противоречий у металла действительно оказалось предостаточно.

В самом деле, сырье для производства титана имеется в изобилии, добыча руды обходится очень недорого, а металл в деформированном виде в то время стоил дороже, чем серебро. Даже сейчас титан никак не назовешь дешевым материалом.

Еще один парадокс. Точка плавления титана лежит за пределами 1600 °С, но уже при температурах чуть выше 400 °С защитная оксидная пленка на его поверхности повреждается, металл насыщается газами и прочность его значительно понижается. Небольшие добавки других элементов повышают жаростойкость титана на 600 °С, однако такой показатель, конечно же, недостаточен для того, чтобы конкурировать с жаростойкими сплавами на основе железа и никеля.

Сварка титана с титаном не представляет особой сложности, но методы сварки этого металла с другими не разработаны до сих пор. Невозможность сварки титана с различными металлами представляет собой серьезную проблему, на решение которой расходуется много времени и средств. Любопытно и то, что, будучи цветным металлом, титан претерпевает фазовые превращения подобно железу и стали — металлам черным.

Рентгеновские исследования показали, что при комнатной и не слишком высокой температуре кристаллическая решетка у титана — шестигранной формы. С дальнейшим повышением температуры атомы титана перегруппировываются. Решетка

принимает форму куба и сохраняет ее вплоть до точки плавления.

Положения статьи можно развить и продолжить.

В азотной кислоте титан демонстрирует превосходную стойкость. Но вот что произошло однажды на американской военной базе Ванденберг. К запуску готовили очередную ракету. Обслуживающий персонал был достаточно квалифицированным и хорошо выполнял знакомую работу. Ничто как-будто не предвещало катастрофы. Но вот бак для окислителя стали заполнять азотной кислотой и в этот момент ракета взорвалась! Тревожно завыли сирены, засуетились машины скорой помощи, грузовики со спасателями помчались к месту аварии. В чем же причина взрыва и последующего пожара? Обслуживающий персонал не допустил никаких оплошностей, никаких нарушений. Но кто-то же был виновен в случившемся? Позднее выяснили, что этот ”кто-то” — титан, из которого был изготовлен бак для окислителя.

Да, титан показывает в концентрированной азотной кислоте завидную стойкость и практически в ней не разрушается. Но иногда при соприкосновении с кислотой, насыщенной оксидами азота, с так называемой красной дымящей азотной кислотой, титан, если он находится под напряжением, может взорваться. Причина кроется в том, что при определенном соотношении в кислоте воды и оксида азота защитная пленка на поверхности титана разрушается и начинается бурная химическая реакция, при которой выделяется водород и много тепла. А затем — взрыв! Взрывная волна в мгновение ока срывает с титана всю защитную пленку и тогда металл загорается.

Но загораются не только ракеты и не обязательно в контакте с кислотой. При определенных условиях порошок титана может вспыхнуть безо всяких контактов с огнем или с какими-либо пожароопасными веществами. Он может загореться самопроизвольно. Точно так же самопроизвольно способны вспыхивать и мелкая стружка, и титановые опилки. Стружка покрупнее может загореться от спички.

Огонь способен возникнуть и на листах титана, которые извлекают из травильных ванн, если температура раствора очень высокая.

Погасить горящий титан очень непросто. Обычно горение обеспечивает и поддерживает кислород, но титан горит даже тогда, когда в воздухе совершенно нет кислорода — ведь этот металл вступает в реакцию с азотом и горит в нем. Чтобы потушить титан, не прибегают к помощи пены, углекислого газа из огнетушителя, воды, которая, попадая на горячий металл, мгновенно разлагается на составляющие элементы — водород и кислород. Образуется гремучая смесь, которая тут же взрывается. Но чем же, в таком случае, тушат воспламенившийся титан? На помощь приходит специальный огнетушительный порошок или совершенно сухой песок. Они и справляются с полыхающим огнем титаном.

Справедливости ради надо заметить, что воспламенение титана случается очень и очень редко, причем почти всегда только в том случае, если недостаточно соблюдались меры предосторожности. Крупные же куски и обрезки металла сами не загораются. Впрочем, то, что титан способен воспламеняться, не всегда плохо. Пиротехники, например, считают, что основное достоинство титана как раз в этом и состоит: ведь благодаря этому можно устраивать ослепительно яркие фейерверки.