Thép titanium là gì?
Thép titanium được đặt tên theo các vị thần Hy Lạp là Titan. Titan là các vị thần hy lạp cổ xưa nhất cơ thể hoàn toàn bằng đá đại diện cho sự khổng lồ, cứng chắc. Nó cũng giải thích phần nào đặc tính vật lý của nguyên tố này. Ở dạng tinh chất nó nhẹ hơn thép nhưng lại cứng hơn. Được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành cao cấp như máy bay, vũ trụ, sản xuất ô tô hoặc các bộ phận quan trọng của máy móc.
Nó đặc biệt được ưa chuộm ở các mẫu xe hơi cao cấp. Nó giúp chiếc xe nhẹ, cứng và đẹp hơn. Tuy nhiên các nghiên cứu chỉ ra nó khiến các tai nạn trở nên thảm khốc hơn. Khi va chạm xảy ra các va chạm sẽ dẫn lực vào bề mặt xe. Các bề mặt bằng thép sẽ móp méo để trung hòa lực. Các chiếc xe bằng titanium lại còn nguyên, áp lực được dồn vào người ngồi trong xe. Ở các ống có phần lõi bằng titanium, một khi ống này bị lõm. Hầu như không có cách để kéo nó phẳng lại chỉ có cách thay thế.
Hợp kim của titanium
Ở dạng nguyên chất titanium chỉ bền bằng thép cấp thấp, bền gấp đôi nhôm. Tuy nhiên ở dạng hợp kim thì lại tạo ra nhiều ứng dụng mạnh mẽ.
- Titanium Beta C: một hợp kim siêu bền đầu tiên chứa 70% titanium, 3% aluminum, 8% vanadium, 6% chromium, 4% molybdenum, 4% zirconium… Độ bền kéo 200000 psi, công thức hóa học là Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr. ứng dụng làm van trục máy, chốt trên ô tô, thiết bị hạ cánh máy bay.
- Ti6Al4V: gồm 6% nhôm, 4% vanadium, 0,25% (tối đa) sắt, 0,2% (tối đa) oxy, và phần còn lại là titan. Là sự kết hợp sức mạnh, khả năng chống ăn mòn, mối hàn và tính bền được sử dụng phổ biến nhất.
- Ti-6Al-4V-ELI: 6% nhôm, 4% vanadi, 0,13% (tối đa) oxy còn lại là titan tăng độ dẻo ở mức cao nhất, chống đứt gãy. Được cấp phép sử dụng trong y tế.
Tổng cộng có tới 38 loại hợp kim của titanium được ghi chép. Mỗi loại có ưu điểm riêng được ứng dụng trong từng ngành. Điều này cho thấy sự kết hợp mạnh mẽ của Titanium tốt đến đâu.
Đặc tính của titanium
Là kim loại nổi tiếng, nguyên tố thứ 22 trong bảng tuần hoàn. Nó là nguyên tố phổ biến thứ 9 thế giới, có nhiều trong lớp vỏ trái đất.
Titanium có độ cứng hơn thép, mật độ carbon thấp, nhưng nhẹ hơn 45%. Mạnh gấp đôi các hợp kim nhôm nhưng chỉ nặng hơn 60%. Vì thế nó có tính ứng dụng mạnh mẽ, có nhu cầu cần khai thác.
Tuy nhiên chủ yếu ở dạng không khai thác được. Việc tổng hợp Titanium chủ yếu dựa theo phương pháp Kroll.
- Phương trình phản ứng: TiCl4 + 2Mg -> Ti + 2MgCl2
Được thực hiện ở nhiệt độ 800 độ C trong nồi thép, chất xúc tác là magie. Tạo ra TiCl3, TiCl2 nồng độ titanium cao hơn.
Sau đó nó được đưa qua quá trình chưng cất chân không trong lò hồ quang chân. Nấu lại để loại bỏ tạp chất, đảm bảo tính đồng nhất.
Qúa trình nóng chảy, chưng cất khá phức tạp khiến giá thành của nó đắt gấp 6 lần thép không gỉ loại tốt nhất.
Hiện nay có khoảng 3 quy trình có thể tạo ta titan tinh khiết, nhưng sản lượng lớn vẫn từ quy trình Kroll.
Ở nước ta có trữ lượng Titanium khoảng 5% thế giới. Tuy nhiên đều được xuất khẩu do công nghệ lọc titanium nguyên chất còn kém. Khai thác titanium gây ô nhiễm đáng kể ở nước ta, sản lượng chủ yếu ở các mỏ Cây Châm(Thái Nguyên) và ở Bình Thuận
Ứng dụng của thép titanium
Thép titanium là một hợp kim của titanium với các nguyên tố khác, thường là sắt, niken và vanadium. Hợp kim này có nhiều tính chất đặc biệt, bao gồm:
- Có khả năng chống ăn mòn tốt, đặc biệt là ở môi trường có hóa chất hoặc nước biển. Điều này làm cho nó phù hợp cho các dụng cụ làm việc dưới nước hoặc trong môi trường ăn mòn.
- Khả năng chịu nhiệt độ cao, và nó không dễ bị oxi hóa ở nhiệt độ cao. Điều này làm cho nó thích hợp cho các ứng dụng cơ khí cần độ bền ở nhiệt độ cao.
- Trọng lượng rất nhẹ so với độ cứng và độ bền của nó. Điều này làm cho nó phù hợp cho các dụng cụ cơ khí cầm tay mà người sử dụng cần di chuyển nhiều và muốn giảm mệt mỏi.
- Thép titanium có độ bền và độ cứng tốt, cho phép nó chịu được áp lực và va đập trong quá trình sử dụng dụng cụ cơ khí cầm tay.
- Không dễ bị từ tính hóa, điều này có thể quan trọng trong một số ứng dụng cần tính chất không từ tính, ví dụ như dụng cụ đo.
Một số ứng dụng cụ thể của thép titanium trong sản xuất dụng cụ cơ khí cầm tay:
- Dụng cụ cắt làm bằng thép titanium có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt, giúp cắt gọt vật liệu nhanh chóng và chính xác.
- Dụng cụ khoan như mũi khoan, mũi khoét được làm bằng thép titanium có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt, giúp khoan xuyên vật liệu dễ dàng và ít bị hư hỏng.
- Dụng cụ siết bu lông như cờ lê, mỏ lết,… làm bằng thép titanium có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt, giúp siết bu lông chắc chắn và không bị trượt.
- Dụng cụ cầm nắm như kìm, tua vít,… làm bằng thép titanium có trọng lượng nhẹ, cầm nắm dễ dàng, giúp giảm mỏi tay khi sử dụng.
Ngoài ra trong các ngành công nghiệp khác:
- Làm gọng kính: vì nó nhẹ, khó bị bẻ gãy, đẹp nên rất được ứng dụng nhiều.
- Trong y tế, thực phẩm: trơ về mặt sinh học, hầu như không hấp thụ vào cơ thể, không độc dù lượng lớn nên được làm khớp giả, ống đựng thuốc…
- Vỏ xe ô tô: các dòng xe cao cấp làm bằng titania được bán rất chạy vì nó đẹp, không bị xước, không móp méo kể cả khi va chạm.
- Hàng không, vũ trụ: kết hợp với vanadium để làm vỏ máy bay. Hầu hết các mẫu Boeing đều chứa tỷ lệ titanium nhất định, mẫu càng mới tỷ lệ càng lớn. Nó cứng, bền, nhẹ nên được làm vỏ tàu, vệ tinh, bạn hãy tưởng tượng đang ở ngoài vũ trụ mà vỏ tàu bị lủng một lỗ sẽ ra sao chứ.
- Thường được kết hợp với vanadium(dẻo), nhôm(nhẹ), đồng(dẫn điện) hay sắt, mangan để tạo thành hợp kim.
Kết luận: titanium là hợp kim quý có tính ứng dụng mạnh mẽ. Có khả năng kết hợp mạnh mẽ với các kim loại khác.Giá thành khá đắt nhưng vẫn được ứng dụng rất nhiều.
Giá bán của Titanium là bao nhiêu?
Titanium có giá gấp 6-7 lần thép hợp kim không gỉ. Rơi vào tầm 30$ cho 1kg, titanium ở dạng tinh thể thường chỉ cứng hơn thép cấp thấp một tý. Để trộn ra hợp kim Titanium siêu cứng, siêu bền, siêu đẹp thì cần phối trộn với các nguyên tố khác, với phụ gia, chất xúc tác và nhiệt độ phù hợp. Vì thế giá 30$ trên chỉ là nguyên liệu đầu vào cho các nhà máy có công nghệ đáp ứng.
Giá titanium hiện tại niêm yết trên sàn giao dịch kim loại tháng 11/2021 là 18,522$/tấn.
Bài viết liên quan:
