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

---

САМАЯ ЛУЧШАЯ КРАСКА

Чистый диоксид титана — это белый порошок, который при нагревании желтеет. Когда же он остывает, к нему вновь возвращается чистый белый цвет. Диоксид титана не имеет ни запаха, ни вкуса, не растворяется в воде. Он устойчив к воздействию слабых минеральных и концентрированных органических кислот, сравнительно устойчив в щелочах. Это вещество — самое стабильное среди химических соединений, обладающих красящими свойствами.

Диоксид титана применяют в различных отраслях промышленности, но главнейший его потребитель — лакокрасочное производство. Впервые титановая белая краска была изготовлена из минерала рутила в 1870 году, однако промышленное ее производство началось только в первые десятилетия XX века. Титановые белила превосходят все другие белые краски по целому ряду свойств.

В картинных галереях особенно заметно, как тускнеют со временем полотна живописцев прошлого. Свинцовые белила, которые в старину часто добавляли к краскам, на воздухе теряют первоначальную яркость. Титановые белила помогли бы сохранить картины, но, к сожалению, художники эпохи Возрождения и других минувших времен еще не располагали такими красками.

Кроме стойкости в атмосфере, титановые белила, как и чистый диоксид титана отличаются химической стойкостью против кислот и щелочей. Мало того, они безвредны для человека, чего нельзя сказать о свинцовых белилах.

Важное свойство любого красителя — укрывистость, способность перекрывать цвет поверхности, которую окрашивают. Вполне понятно, что чем выше кроющая способность (укрывистость), тем меньше требуется краски.

По своей кроющей способности диоксид титана в несколько раз превосходит другие белила, что позволяет существенно снизить расход материалов и затраты труда. Титановые белила применяются для окраски дерева и металла, мостов, надводной и подводной частей кораблей, так как белила стойки и водонепроницаемы.

Этот краситель подчеркивает яркость насыщенных цветов и ярче оттеняет пастельные тона, а также позволяет добиться самого интенсивного белого цвета. Благодаря свойственной им нетоксичности титановые белила можно применять для окраски игрушек, на предприятиях пищевой индустрии, в больницах, ресторанах, столовых, при получении бумаги для упаковки пищевых продуктов.

При помощи диоксида титана можно добиться также высокой степени глянца. Поэтому его используют в промышленных лаках для отделки автомобилей и электроприборов. Он делает бумагу белой и непрозрачной, его употребляют при изготовлении типографских красок, отделочных красок для кож, матовых и глянцевых паст для печатания по ткани. При помощи диоксида титана придают матовый оттенок синтетическому шелку, окрашивают в белый цвет резину, линолеум, полихлорвиниловые покрытия и другие виды пластических масс. Его применяют при .производстве тугоплавких стекол, глазурей, эмалей; он входит в состав люминесцентных покрытий, фарфоровых масс, мыла, медицинских и косметических препаратов, придает белизну искусственным зубам. Благодаря тому, что коэффициент преломления световых лучей у диоксида титана гораздо выше, чем у алмаза, из крупных ее кристаллов делают искусственные драгоценные камни. Диоксид титана — очень хороший изолятор. Это его свойство используется в электротехнике и радиопромышленности. Он служит ускорителем.

Выпуск диоксида титана растет с каждым годом, причем уровень его производства гораздо выше уровня производства металлического титана.

Кроме диоксида в качестве красителя применяют и другие соединения титана. Для окраски обоев используют ярко-зеленое вещество — железосинеродистый титан. Желтые и оранжевые красители получают из некоторых титансодержащих минералов. Из отходов титанового минерала сфена приготовляют розовую краску для штукатурных работ. Оксалатотитанаты калия и аммония применяют для окраски тканей, высококачественных кож. При соединении с определенными веществами эти соли придают изделиям золотистую, желто-коричневую и черную окраску, очень прочную и не изменяющуюся под действием света.

СКРОМНЫЙ ПОМОЩНИК

Титан давно нашел применение в черной металлургии из-за своей способности образовывать устойчивые соединения с различными примесями. Благотворное влияние этого металла на чугун и сталь было замечено еще в самом начале нашего века. Для сталеплавильного производства используют не очищенный титан, а так называемый ферротитан — сплав титана с железом, загрязненный большим количеством углерода. Если же в сталь нужно ввести титан и кремний, используют сплавы титана с железом и кремнием.

Когда титан попадает в жидкую сталь, обычно содержащую кислород, азот, углерод, он прежде всего соединяется с кислородом и, поглощая его, образует диоксид титана.

Поглощение кислорода из расплавленной стали называется ее раскислением. Вначале титан применяли только для этой цели, но затем выяснилось, что добавки металла в чугун и сталь приносят много и другой пользы. Ведь титан не только раскисляет сталь, но и существенно повышает ее чистоту, освобождая от силикатов марганца и железа, которые, соединившись с титаном, всплывают на поверхность расплавленного черного металла, откуда их уже нетрудно удалить. Однако польза, которую приносит титан, не ограничивается и этим.

В процессе остывания стали первоначально образующиеся кристаллы всегда бывают гораздо чище остающейся расплавленной массы; последняя же порция затвердевающего металла содержит наибольшее количество углерода, фосфора, серы и других вредных примесей. Эти загрязнения переходят из слитка в изделия, что приводит к их преждевременному разрушению. Было время, когда сталь раскисляли небольшим количеством кремния. Железнодорожные рельсы, сделанные из такой стали, часто выходили из строя, потому что в местах наибольшего скопления примесей появлялись трещины. Когда же металл начали обрабатывать титаном, количество трещин уменьшилось во много раз, так как сера, фосфор и углерод стали равномерно распределяться по всему сечению рельса благодаря большей химической активности титана.

Эта способность титана была широко использована в годы второй мировой войны, когда потребовалось упростить обработку стали при производстве снарядов, мин и других видов вооружения. Сталь обрабатывалась намного легче, если в ней содержалось серы больше обычного. Но серу следовало распределить в стали равномерно, мельчайшими частицами. С такой задачей успешно справился титан.

Справедливости ради следует все же признать, что лучший раскислитель стали — алюминий. Именно его почти всегда используют для выплавки мелкозернистой стали, так как, во-первых, он гораздо дешевле титана, во-вторых, его требуется меньше и, в-третьих, его намного проще использовать. Но для сталей, которые имеют склонность к росту зерна, алюминий применять нельзя. Тогда и применяют титан, который не только хорошо раскисляет металл, но и очищает его, равномерно распределяет примеси в его толще, намного улучшает качество поверхности стального листа.

В сталях с промежуточной зернистостью добавкой титана предупреждается появление и мелких, и крупных зерен, а в мелкозернистых сталях, для которых с успехом используется алюминий, титан способствует образованию правильной микроструктуры.

Соединения различных элементов с азотом называются нитридами. Нитрид титана — одно из самых прочных химических соединений. Способность титана связывать азот намного выше, чем тантала, алюминия, бора, ванадия и кремния. Другие же элементы, обычно используемые в сталеварении, пр^ высоких температурах образуют с азотом неустойчивые соединения, а значит, и не могут его обезвредить. Примеси азота в стали Делают ее чересчур пористой. Но если такую сталь расплавить и добавить в нее титан, дефект устраняется и слиток получается полноценным.

Вступая в реакцию с азотом, титан не только переводит его в нерастворимое состояние, но и уменьшает общее его содержание в стали. Это объясняется тем, что кристаллы нитрида титана, поскольку они значительно легче стали, стремятся всплыть на поверхность и переходят в шлак, который легко удалить. Нитрид титана нашел и самостоятельное, очень эффективное применение.

8 мая 1986 года в газете "Известия” под заголовком ”Золо- той блеск титана” был опубликован следующий текст: ”Внешне инструмент из быстрорежущей стали с новым износостойким покрытием выглядит позолоченным. И хотя в нем нет и грамма драгоценного металла, рабочие называют его золотым. Впрочем, он заслуживает такого определения не за внешний вид...

В нашей стране на 22 специализированных инструментальных заводах Минстанкопрома организовано производство широкой номенклатуры инструмента из быстрорежущей стали с износостойким покрытием на основе нитрида титана. Такой инструмент обеспечивает повышение производительности труда на 50 процентов и более, стойкость его в три- четыре раза превышает надежность обычного инструмента, что особенно важно при эксплуатации на станках с числовым программным управлением и в гибких производственных системах. Экономический эффект от внедрения новшества в народном хозяйстве уже превысил 41 миллион рублей. Разработанная технология защищена 20 патентами, 17 авторскими свидетельствами и получила широкое признание на международном рынке — лицензии на нее закуплены США, ЧССР, НРБ и Кубой”.