1.3. Титан і сплави

Титан — метал срібло-білого кольору, легкий (густина 4,5 г/м³), тугоплавкий (температура плавлення 1168 °С), міцний, пластичний, хімічно дуже стійкий (завдяки утворенню захисної плівки з оксиду Ті0₂). Його руди видобувають у Житомирський та Дніпропетровській областях.

Промисловим способом виробництва титану є збагачення і хлорування титанової руди з наступним її відновлюванням з чотирьоххлористого титану металічним магнієм. Отриману при цьому титанову губку розмелюють у порошок, пресують та спікають або переплавляють у дугових печах (у вакуумі або атмосфері інертних газів) і виробляють таким чином монолітний титан.

Для зменшення кількості домішок і більш рівномірного їх розподілу по перерізу зливка виконують його дво- триразове переплавлення.

Найбільш чистий йодидний титан отримують методом термічної дисоціації з чотирьохйодидного титану (ТіІ₄), а також методом зонної плавки (перекристалізації).

Відмітними особливостями титану є його високі механічні властивості, мала щільність, висока питома міцність і корозійна стійкість. Механічні властивості титану характеризуються добрим поєднаннями міцності та пластичності. Низький модуль пружності титану, майже у два рази менший, ніж у заліза та нікелю, ускладнює виготовлення жорстких конструкцій.

Технічний титан добре оброблюється тиском. З нього виготовляють усі види пресованого й катаного напівфабрикату: листи, труби, дріт, поковки. Титан добре зварюється аргонодуговим й точковим зварюванням. Зварний шов має добре сполучення міцності з пластичністю.

Титан погано обробляється різанням, налипає на інструмент. Для оброблення титану різанням використовують інструменти з швидкоріжучої сталі і твердих сплавів з інтенсивним охолодженням.

Високу питому міцність і жорсткість, що є важливішими характеристиками сучасних конструкційних матеріалів, мають сплави титану. Підвищення міцності і жорсткості конструкцій дозволяє суттєво знижувати їх масу.

Титанові сплави порівняно з технічним титаном мають більш високу міцність при достатньо добрій пластичності, високій корозійній стійкості і малій щільності. У порівнянні з алюмінієвими та магнієвими сплавами вони мають більш високу питому міцність, жароміцність і корозійну стійкість. Тому титанові сплави широко використовують в авіації, ракетній техніці, суднобудуванні, хімічній та інших галузях промисловості. Їх застосовують для обшивки надзвукових літаків, морських суден та підводних човнів, виготовлення деталей конструкцій і корпусів реактивних двигунів ракет і літаків, балонів для стисненого та зрідженого (скрапленого) газу та ін. Класифікують титанові сплави за такими ознаками:

• технології виготовлення (деформівні і ливарні);

• механічним властивостям (нормальної міцності, високоміцні, жароміцні, підвищеної пластичності);

• здатності зміцнюватись термообробкою (здатні зміцнюватись, нездатні зміцнюватись).

1.4. Цинк

Цинк— сріблясто-білий метал, що має густину 7,133 г/м³ і температуру плавлення 419,5 °С, на повітрі окислюється. Він є таким кольоровим металом, який найбільше використовується завдяки високій антикорозійній стійкості. Його широко застосовують у галузях машинобудування, хімічної промисловості, металургії і будівництва для покриття виробів з чавуну та сталі, виплавлення сплавів, металів, а також в лужних акумуляторах та ін.

Основним сучасним промисловим способом виробництва цинку є електролізний, який вперше був застосований у США в 1914 р. Як сировину використовують рудну сполуку ZnS (сфалерит або "цинкова обманка"), промислових родовищ якої в Україні поки що не відкрито.

Технологічний процес отримання цинку має таку послідовність:

• подрібнення руди у млинах;

• збагачення подрібненої руди;

• випалення у печах погано розчинної в сірчаній кислоті руди ZnS з отриманням ZnO за реакцією:

ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2S0₂ (сірчастий газ відводиться);

• монооксид цинку ZnO розчиняють в сірчаній кислоті за реакцією:

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + Н₂O +Д (домішки);

• отриманий розчин ZnSO₄ очищають від домішок, фільтрують і заливають в електролізер з додаванням H₂SO₄;

• в електролізерній ванні електроліт ZnSO₄ нагрівають до температури 35—40 °С і подають до ванни напругу 3,5 В;

• безперервний процес електролізу супроводжується відкладанням на алюмінієвому катоді іонів цинку, а на свинцевому аноді — іонів кисню;

• катодний цинк переплавляють у печі при температурі 419,4 °С і розливають у виливниці.

Електролізним способом отримують цинк чистотою 99,7— 99,9%.