Otkrivena nekonvencionalna svojstva legura titana
Što vam pada na pamet kada pomislite na metal? Teška, zahrđala i hladna? Današnja tema, legure titana, osporit će vaše pretpostavke. Može ostati u vodi desetljećima bez hrđanja, biti lagan kao plastika, ali tvrđi od čelika, vezati se za ljudske kosti, pa čak i mijenjati boje poput duge. Koje znanstvene tajne kriju ova kontraintuitivna svojstva? Danas ćemo otkriti odgovore jedan po jedan.
1. Neće hrđati kada se namoči u morsku vodu.
Rđanje je uobičajena pojava za metale, ali legure titana su iznimka. Potopite legure titana u morsku vodu na deset godina i one će izaći još uvijek sjajne i nove. Zakopane pod zemljom desetljećima, njihova površina ostaje glatka i nova. Što je još izvanrednije, mogu se koristiti za skladištenje nuklearnog otpada, s obzirom da je korozivnost nuklearnog otpada dovoljna da potpuno uništi nehrđajući čelik.
Tajna leži u nevidljivom oksidnom filmu: u trenutku kada legura titana dođe u dodir sa zrakom, oksidni film debeo samo nekoliko nanometara (10 000 puta tanji od ljudske vlasi) trenutno se formira na njegovoj površini. Ovaj film djeluje poput neprobojnog "oklopa", potpuno izolirajući titan od vanjske vode, kiselina i soli. Što je još izvanrednije, nakon što se ovaj film izgrebe, titan odmah "priziva" kisik iz zraka da regenerira novi oksidni film na oštećenom mjestu-koji u biti posjeduje ugrađenu-sposobnost "zacjeljivanja rana".
2.Njegova lakoća, poput plastike, omogućila mu je da nadmaši druge u smislu gustoće i čvrstoće.
Uzmite okvire za naočale od legure titana i možda ćete se zapitati: "Je li ovo stvarno metal?"-njegova gustoća je samo 60% gustoće čelika (slično aluminiju), ali njegova je čvrstoća usporediva s čelikom. Ovo "lagano i snažno" svojstvo čini leguru titana omiljenom u zrakoplovstvu: trupovi zrakoplova izrađeni od legure titana mogu biti 30% lakši od onih izrađenih od čelika; okviri bicikla izrađeni od legure titana lagani su i izdržljivi, zbog čega se vožnja čini "laganom".
3. Može li srasti s kosti nakon ugradnje u ljudsko tijelo?
U ortopedskoj kirurgiji legura titana je jedini metal koji može "urasti" u kost. Kada liječnici u ljudsko tijelo ugrađuju umjetne zglobove od legure titana ili zubne implantate, to ne uzrokuje odbacivanje kao nehrđajući čelik. Umjesto toga, koštane stanice postupno prekrivaju površinu titana, tvoreći "oseointegraciju"-jednostavno rečeno, kost tretira titan kao svoj i čvrsto ga "grli".
4. Nevjerojatna čarolija pretvaranja duginih boja bez bojanja
Obični metali mogu promijeniti boju samo raspršivanjem boje ili galvaniziranjem, ali legure titana osmislile su novi trik-primjenom električne energije (anodiziranjem), mogu se pretvoriti u dugine boje kao što su ružičasta, plava, zelena i ljubičasta, i to bez ikakvih bojila.
To je zato što eloksiranje mijenja debljinu oksidnog filma na površini titana. Kada svjetlost obasjava filmove različite debljine, dolazi do različitih refleksija i interferencija (slično principu boje mjehurića od sapunice). Na primjer:
1. 10 nanometara debeo oksidni film → izgleda zlatno;
2. 30 nanometara debljine → pojavljuje se plavo;
3. 50 nanometara debljine → izgleda ljubičasto
Ova mogućnost promjene boje jednostavnom ovisnošću o debljini učinila je legure titana novim favoritom u industriji nakita-ogrlice od titana mogu mijenjati boju ovisno o kutu, što ih čini još-privlačnijim za oko od-ogrlica optočenih dijamantima.
5. Nije krt na -250 stupnjeva i ne omekšava na 600 stupnjeva.
Većina metala "izgubi živce" na ekstremnim temperaturama: željezo postaje krto na -27 stupnjeva (razbija se poput stakla jednim dodirom), a aluminij počinje omekšavati na 100 stupnjeva. No legure titana su poput "budističkih praktičara" - ostaju nevjerojatno savitljive.
1. Na ekstremno niskim temperaturama blizu apsolutne nule (-273 stupnja), njegova žilavost se zapravo povećava, što ga čini pogodnim za korištenje kao spremnici za skladištenje ukapljenog prirodnog plina;
2. Zadržava svoju snagu čak i na visokoj temperaturi od 600 stupnjeva. Lopatice turbine borbenih mlaznih motora oslanjaju se na legure titana kako bi izdržale visoke temperature i visoki tlak.
6. Sposoban za gradnju raketa i izradu wokova.
Prije nešto više od deset godina, legure titana bile su sinonim za "nebesko{0}}skupe metale"-rafiniranje jedne tone titana koštalo je jednako kao rafiniranje tri tone čelika, a moglo se upotrebljavati samo-u vrhunskim poljima kao što su rakete i borbeni zrakoplovi. Ali sada možete kupiti tave i termos boce od legure titana za samo nekoliko stotina juana.
7. Neka vas "metali s pamćenjem oblika" ne zavare! Čisti titan se neće vratiti u svoj izvorni oblik.
Mnogi ljudi vjeruju da "titan ima funkciju pamćenja", ali to je nesporazum, onaj koji se može automatski vratiti u svoj izvorni oblik nakon savijanja je "legura titan-nikla" (legura nikal-titana), dok čisti titan nema tu sposobnost.
Neki su trgovci svojedobno reklamirali da se "okviri naočala od legure titana mogu automatski vratiti", ali korisnici su otkrili da se "nikada ne mogu saviti" nakon pokušaja savijanja.
Upamtite: prednosti čistog titana su "lakoća, čvrstoća i otpornost na koroziju", ali "pamćenje oblika" je jedinstvena značajka titan-legura nikla.
Ova naizgled kontraintuitivna svojstva legura titana ne krše zakone fizike, već predstavljaju novi način na koji ljudi mogu istražiti svijet metala. Od sposobnosti samo{1}}ozdravljenja oksidnog filma do principa-mijenjanja boje svjetlosti i njegove stabilnosti u ekstremnim okruženjima, svako svojstvo nam govori da metali nisu samo "hrđali, teški i hladni".
