Титан ржавеет ли: Титан ржавеет?При какой температуре хорошо содержится?

04.06.201915.02.2021 By alexxlab No comments

Содержание

6 преимуществ украшений из титана — Jewellery Mag

Серьги Moon Jewellery из титана с элементами из серебра и позолоченной латуни. Фото: E. Fedko

За последние несколько лет ювелирные изделия из титана стали особенно популярными. И мужчины и женщины ценят практичность этого прочного металла.

Реклама — Продолжение ниже

Ювелирные изделия из титана в основном производятся сложными машинами, которые тщательно вырезают и отделяют идеально сформированные куски. Украшения из титана могут включать бриллианты и другие драгоценные камни, однако в целом твердость титана ограничивает выбор вставок, которые может удерживать металл.

О ювелирных изделиях из титана

Когда титан был впервые обнаружен в конце XVIII века, он был назван в честь великих мифологических титанов — вряд ли нашлось бы более подходящее имя такого крепкого и выносливого металла. В то время работа с таким прочным материалом была невозможна, поэтому ювелирные дизайнеры не работали с титаном до конца 1990-х годов.

Кольца были первыми украшениями, которые были изготовлены из титана, а новые технологии были протестированы для гравировки по металлу и инкрустирования драгоценных камней. Благодаря успеху титановых колец появилась возможность для ювелирных дизайнеров экспериментировать ожерельями, браслетами и другими изделиями.

Реклама — Продолжение ниже

Преимущества покупки ювелирных изделий из титана

Кольцо «Руны» из титана и 24-каратного золота. Фото: E. Fedko

К сожалению, по сей день большинство потребителей не знает о многих преимуществах, которые может предложить этот металл. Далее мы рассмотрим 6 главных плюсов титановых ювелирных изделий.

1. Прочность и долговечность

Одним из наиболее известных преимуществ титана является его долговечность. В то время как ювелирные изделия из золота и серебра легко царапаются от ежедневного ношения, титан является одним из самых прочных ювелирных металлов. Изделия из титана могут выдерживать практически любые неблагоприятные условия. Этот металл не вдавливается, практически не царапается и не теряет блеска. Титан не подвержен коррозии и не меняет цвет от времени.

2. Необыкновенная палитра цветов

Кольцо «Бабочка»: титан, белое золото, бриллианты. Фото: E. FedkoБраслет из титана и серебра от Jean-Yves Nantel. Фото: E. Fedko

При нагревании титана или воздействии на него электрическим током, металл высвобождает оксиды и меняет свой цвет. В зависимости от температуры и длительности времени нагрева титана цвета варьируются от желтого и розового до красного, фиолетового и даже черного. Благодаря этому мы можем любоваться украшениями самых разных фантастических оттенков, возникших не благодаря окрашиванию, а порожденных свойствами самого металла.

3. Биосовместимость

Даже в своей природной форме титан является биосовместимым практически со всеми типами кожи человека. Это означает, что практически каждый может носить титановые украшения, не опасаясь высыпаний и других аллергических реакций организма. Зачастую даже те люди, которые столкнулись с непереносимостью изделий из золота или серебра, могут без проблем носить титан.

Реклама — Продолжение ниже

Главная причина состоит в том, что, в отличие от прочих драгоценных металлов, титан не смешивается с иными сплавами и металлами, способными вызвать аллергию. Свои лучшие качества титан проявляет именно в «чистом виде», поэтому он подходит практически каждому человеку.

4. Востребованность у мужчин

По мере роста популярности титана в ювелирных изделиях, спрос на него рос в том числе среди представителей мужского пола. Многие мужчины считают, что титан выглядит более мужественным из-за его гладкого, блестящего, почти космического внешнего вида. Даже те, кто редко носит ювелирные изделия, ценят легкость, прочность и износостойкость титановых часов или колец.

5. Доступность покупки

Серьги «Крылья»: титан, белое золото, бриллианты. Фото: E. Fedko

Когда дизайнеры ювелирных изделий начали экспериментировать с титаном в конце 1990-х годов, было почти невозможно найти этот металл в ювелирных изделиях. Сегодня же титановые украшения достаточно популярны и доступны во многих ювелирных магазинах. Информация о преимуществах этого металла активно распространялась, и сегодня многие смелые покупатели выбирают титановые украшения.

Реклама — Продолжение ниже

6. Демократичная стоимость

Титановые изделия по сравнению с другими популярными ювелирными металлами несут на себе меньшую наценку и, как следствие, более демократичную стоимость. Золото, например, оценивается в соответствии с его каратами (фактически — чистотой) и сложным процессом подготовки сплавов еще до превращения в ювелирные изделия.

Не горит, не ржавеет.

— Азбукиведи-история

Предыдущая страница

Да необычайна судьба титана! Металл, открытый еще в конце XVIII века, вошёл в жизнь только в пятидесятых 20 века. Зато теперь он шагает вперед семимильными шагами. История не знает металла, производство которого росло бы с такой быстротой. В США, например, в 1947 году было произведено всего 2 тонны титана, в 1951 году — 500 тонн, в 1954 году — 5000 тонн, в 1955 году — 20 000 тонн. Известен один только предшественник титана, который тоже развивался неслыханно быстро. Это алюминий. Но если выплавка алюминия росла со скоростью конной тяги, то производство титана нарастает со скоростью реактивного самолета. Исключительный интерес к металлу, находит свое объяснение в необычайных его свойствах.

Не горит, не ржавеет Титан по прочности не уступает железу. Вместе с тем он почти вдвое легче железа. Будучи лишь немного тяжелее алюминия, он в три раза прочнее его. По удельной прочности ни один из известных металлов не может с ним сравниться. Необычайна жаростойкость титана. Он начинает плавиться лишь при очень высокой температуре — 1725 градусах, в то время как сталь плавится при температуре на 200° ниже. Титан обладает еще одним ценнейшим свойством — стойкостью против коррозии. В этом он не уступает даже платине.

Коррозия же, как мы знаем, — подлинный бич металла. Ведь она уносит ежегодно около одной четвертой части всей мировой добычи железа. Большую ценность представляет стойкость титана при обычных температурах против всяческих воздействий окружающей среды. Он спокойно противостоит сильнейшим разъедающим веществам — различным кислотам, щелочам, солям. Против «царской водки» — концентрированной смеси азотной и соляной кислот — не могут устоять даже золото и платина. На них не действуют сильнейшие кислоты, а в «царской водке» они тают, как сахар в стакане чая. На титан же эта «адская смесь» не действует никак. Под влиянием сильных органических кислот — уксусной, винно-каменной лимонной — полированная поверхность титана даже не тускнеет.

Велика стойкость титана к морской воде, которая сильно разъедает другие металлы. Находясь под водой в течение пяти лет, титан, подобно другим материалам, оброс ракушками и подводными растениями, но даже следов коррозии на нем не было обнаружено. Каждое из свойств титана, с которым мы познакомились, замечательно само по себе. Как же велика ценность этого металла, если в нем природа так счастливо соединила все эти качества воедино! В этом сочетании и заключается подлинное превосходство титана. И все же титан применяется в технике в настоящее время в очень ограниченных количествах. В чем здесь дело? Может быть, его мало? Долгое время его считали редким элементом. Но потом выяснилось что на самом деле титан — один из самых распространенных металлов на Земле. В этом его превосходят из конструкционных металлов только алюминий, железо и магний. Запасы титана в земной коре грандиозны Его больше, чем меди цинка свинца, олова, никеля и всех драгоценных металлов, вместе взятых. Но может быть, титан содержится в горных породах в очень рассеянном виде и его нельзя добывать н больших количествах? Долгое время господствовало и такое заблуждение. А ныне на земном шаре найдено много богатых месторождений титановых руд. Наша Родина обладает неисчерпаемыми их запасами.

Продолжение…

Далее из категории История технологий: «Титан. Мёртвая хватка.»

Украшения из титана: свойства и описание

Нам очень интересен этот металл тем, что он, кроме своей прочности, еще и позволяет сделать очень интересную палитру цветов с помощью окисидирования, вставить в украшения золото или просто придать им более интеренсный вид с помощью разнообразных камней. Надеюсь, мы вас заинтересовали и вы с удовольствием ознакомитесь с этим интересным металлом.

Сегодня мы расскажем о главных особенностях этого необычного металла, причинах столь его высокой популярности и о том, как правильно за ним ухаживать.

Титан — это один из металлов в таблице Менделеева, то есть он является естественным природным элементом (не сплав). Это один из самых легких металлов в мире и к тому же очень прочный — прочнее золота, серебра, стали. Естественный цвет титана — серебристый белый. Добавление примесей делает титан еще более прочным. Этот металл не относится к драгоценным, поэтому пробу на нем не ставят

Этот тугоплавкий металл открыли приблизительно в 1790 году, но тогда учёные умы совершенно не представляли, чем он может быть полезен. В то время с ним не умели работать, а за сложность обработки прозвали «Titan», как некогда древние греки называли богов, обладающих огромной силой и мужеством.

Основными критериями в таком выборе послужили:

соотношение прочности к весу;

устойчивость к перепадам температур;

доступная цена;

антикоррозийные свойства металла.

Начиная с 40-х годов прошлого века титан активно используют в:

Кораблестроении

Самолетостроении

Ракетостроении

Титан — материал будущего

Он является одним из пяти биологически совместимых элементов и не вызывает аллергических реакций даже на самой чувствительной коже. Титан необычайно легкий, но очень прочный материал. Благодаря этим уникальным свойствам 85% конструкционных материалов в космической технике — титан и его сплавы. Украшения производятся именно из авиационного титана.

Часовщики и ювелиры обратили своё внимание на титан не так давно. Впервые его применили для изготовления часов в 1980 году. Первопроходцами стали специалисты из Porsche Design и IWC. Объединив свои силы, компании выпустили титановые часы, которые произвели настоящий фурор. Вскоре после этого появились еще две модели — Ocean 2000 и Ocean 500 — работающие под водой на глубине до 2000 и до 500 метров соответственно.

Главное преимущества титановых часов в том, что они:

очень лёгкие;

имеют приятный металлический блеск;

чем-то схожи по внешним признакам с платиной.

Правда, по деформации и подверженности царапинам такие часы уступают изделиям из стали.

В ювелирном деле титан изначально стали использовать для изготовления обручальных колец, украшений для пирсинга и мужских аксессуаров.

Обручальных колец

Мужских аксессуаров

Его обработка является довольно сложной и затратной, требует определённых знаний и навыков у мастера, поэтому созданием украшений из титана занимается далеко не каждый ювелир. Но есть и те, кто достиг высшего мастерства в обработке этого металла. Например, китайский ювелир Уоллес Чан изготавливает из титана настоящие произведения искусства в виде драгоценных цветов, насекомых или рыб

У титана есть одно интересное свойство: при определённом окислении, нагреве или смешивании с другими металлами он может менять свой цвет. В чистом виде это серый металл, но после обработки он может приобрести зелёный, синий, лиловый и даже красный оттенок. Ювелирные дома пользуются той особенностью в создании своих коллекций.

Как и любые другие украшения, изделия из титана нуждаются в правильном уходе. Существует заблуждение, что этот металл не царапается. На самом деле он может потерять привлекательный внешний вид из-за агрессивного контакта с алмазом, другим металлом или наждачной бумагой. В то же время, титан не боится морской воды, пота и абразивных моющих средств.

Уход за титановыми украшениями

Их нужно хранить отдельно от других украшений, желательно в бархатном мешочке или шкатулке. Во время работы с другими металлами или наждачной бумагой, следует снимать титановое кольцо.

Для профилактики царапин и мелких деформаций, раз в полгода ювелирные изделия из титана необходимо относить на полировку и чистку. Соблюдая эти несложные правила, вы сможете уберечь свои украшения от повреждений. Они будут всегда выглядеть достойно и эффектно.

Основные качества титановых украшений

Любители титановых украшений ценят этот металл за его несколько особых качеств:

Красивый внешний вид. Кольца из титана не менее красивы, чем из серебра и золота. Их делают и простые — только из металла, и с декором — с различными камнями (в том числе с бриллиантами), вставками, напылениями и так далее. Они могут быть глянцевыми и матовыми, а также различного цвета — синие, черные, фиолетовые и другие.

Относительно низкая цена. Кольца из титана дешевле, чем из золота. Сам металл стоит недорого, но для его обработки нужно иметь дорогое оборудование. Это образует большую часть цены изделий.

Прочность. Обручальные кольца из титана более устойчивы к физическим и химическим (например, от бытовой химии) воздействиям, чем золотые или серебряные. Фактор прочности здесь важен, ведь эти кольца люди обычно носят практически не снимая.

Гипоаллергенность. Титан не окисляется, не ржавеет, не вступает в реакцию ни с какими веществами, находясь на человеческом теле. Люди, у которых есть аллергия на серебро, золото и сплавы, могут позволить себе носить титановые украшения.

Легкость. Так как титан очень легкий металл, то даже крупные украшения из него обладают относительно маленьким весом.

Недостатки титановых украшений

Из-за прочности материала их очень сложно как-то изменить, в отличие от золотых ювелирных изделий, которые легко переплавить в новые. Если возникнет внештатная ситуация, когда украшение из титана нужно будет распилить, чтобы снять (обычным способом кольцо не снимается, например, потому что палец опух из-за травмы), то сделать это будет очень и очень нелегко.

Титановые кольца

Приобретая такой атрибут, можно быть уверенным в том, что кольца переживут не только своих владельцев, но и много поколений их потомков. Инертные свойства металла и его поразительная твердость послужили причиной его использования при производстве протезов и вооружения — именно эти свойства будут гарантировать долгую службу колец из титана

Титановые кольца не:

потускнеют;

не заржавеют;

не окрасят ваш палец в зеленый цвет.

Драгоценные металлы склонны меняться в цвете с течением времени. А порой оставляют непривлекательные следы на коже. Титан же, оправдывая звание инертного металла, не вступает в химические реакции и сохраняет первозданный вид столетиями.

Титановые кольца не «похудеют» от трения и не погнутся. И вновь виной уникальные свойства металла — а точнее, его поразительная твердость. Этому веществу не страшно ничего — оно чувствует себя комфортно и на пальце невесты, и в двигателе самолета A380 (с той лишь разницей, что на кольцо уходит несколько граммов, а на двигатель самолета — около 11 тонн титана).

Титановые кольца абсолютно не вызывают аллергию. Этот фактор может стать решающим для тех, кто страдает болезненной реакцией на золото или серебро.

Необычные Титановые инструменты и приспособления на каждый день (Aliexpress)

Часто ли вы сталкиваетесь с повседневными предметами, но изготовленными из авиационного титанового сплава? А ведь это могло бы решить определенные проблемы: титан легкий и прочный материал. Это один из самых перспективных металлов в машиностроении. Титановые сплавы встречаются в узких направлениях, например, все мы слышали про титановые оправы для очков или про титановые походные приборы, но теперь стали доступны и повседневные предметы, принадлежности для EDC, необычные инструменты и приспособления. Выбирай Титановые!

Титановый складной скальпель со сменными лезвиями

Больше всего из титанового ассортимента с Алиэкспресс меня зантересовал данный титановый скальпель. Из-за складной конструкции его легко носить с собой в кармане, и даже, ключах. Предусмотрено специальное кольцо для темляка или кольца брелока. В разложенном состоянии фиксируется замком (типа фрейм-лок). Лезвия стандартные, сменные, как от обычных ножей для моделистов. Данный вариант гораздо удобнее, чем дешевые канцелярские ножи. Стоит ли добавлять, что титан не ржавеет и не вступает в реакцию с агрессивными средами?

Тактическая титановая расческа

из титанового сплава делают необычные (или наоборот — привычные) полезные вещи. Например, можно найти расческу из титана с ЧПУ обработкой. Поставляется в кожаном чехле, есть отверстие под темляк или кольцо. На выбор светная или темная (оксидированная) расческа. При размерах 140 х 38 мм она легкая и не ломается. Можно брать с собой в поездки, путешествия, походы. При контакте с водой не ржавеет — огромный плюс. И не окисляется как латунь или бронза.

мужское кольцо на палец

Стильное кольцо шириной 8 мм из настоящего титана. Темный оттенок придает оксидированная пленка. На выбор несколько размеров. Кольцо необычайно прочное, дизайн без изысков. На внутренней стороне выбита надпись «titanium». Смотрится гораздо интереснее, чем попсовая бижутерия. В магазине в ассортименте несколько моделей подобных колец, можно выбрать на свой вкус.

Кольцо из титана

Прочное и легкое кольцо для брелока или связки ключей, изготовленное из титановой проволоки. Тип кольца: двойная петля. В лоте на выбор размеры колец: 10 мм, 12 мм, 14 мм, 18 мм, 24 мм, 28 мм, 32 мм. Не ржавеет и не окисляется, служит, как минимум, не хуже стального. И значительно прочнее дешевых алюминиевых колец. Цена за такое кольцо символическая. А вот титан настоящий — это сплас ТС4.

титановый водонепроницаемый контейнер

Удобный контейнер для хранения мелочи и важных вещей (лекарства, спички и так далее), для ношения в походах и путешествиях. Контейнер имеет резьбу с уплотнением, и защищает от проникновения влаги или пыли. А титан придает особую прочность и легкость. На выбор три размера: S (50 x 12 мм), M (58 x 15 мм), L (65 x 18 мм). Внутренний диаметр, естественно меньше. На крышке есть отверстие под кольцо или темляк. Материал — титановый сплав.

Ложка-вилка из титана

Недорогая комбинированная ложка/вилка из титанового сплава. Удобный вариант для тех, кто постоянно носит все свое с собой. Пригодится на даче, кемпинге, да и просто сходить на шашлыки. С одной стороны вилки сделано заострение аля ножик. С другой — средняя по размеру столовая ложка. Длина прибора 17 см, а масса не более 20 г. Цена около $3.

Титановый карабин

Брелок-карабин на ключи с интересной конструкцией. Представляет собой карабин из титанового сплава, толщина 5 мм. В основной части карабина сделана открывалка для бутылок. Пружина выполнена методом лазерной резки в самом металле — используются свойства самого титана. Брелок легкий, и, в отличие от подобных алюминиевых, действительно прочный. В лоте на выбор два цвета (обычный и анодированный). Подойдет для того, чтобы подвесить ключи, рыбацкие принадлежности, какие-либо вещи к рюкзаку и так далее.

Фляжка из титана

Необычный подарок человеку «в теме» — титановая фляжка для жидкостей. В верхней части присутствует логотип, нанесенный лазером. На выбор в лоте несколько вариантов, фляжки объемом от 100 до 200 мл, есть выбор формы, а также подарочный вариант в кожаной отделке. На мой взгляд, последний самый приемлемый по внешнему виду. Такая фляжка будет хорошим подарком рыбаку или охотнику, да и просто человеку, который проводит много времени на улице. Титан имеет плохую теплопроводность, так что имейте это в виду.

Титановый EDC брелок

Маленький и удобный брелок на ключи. На верхней части сделан прилив с отверстием под кольцо связки ключей или под темляк. Там же и открывашка для бутылок. Передняя часть заострена — можно использовать как шлицевую отвертку (плоскую) или как ломик — просто поддеть что-либо. Материал — титановый сплав ТС4, прочный и легкий. Размеры 60 х 13 х 7 мм. Вес всего 20 граммов.

Титановая пряжка

Предмет для ценителей — пряжка для ремня, изготовленная из титанового сплава. Не окисляется, как бронзовые пряжки, не вступает в контакт с потом, не ржавеет и не теряет «товарный» вид со временем. На выбор несколько пряжек, отличающихся размерами и формой — можете выбрать на свой вкус. Если честно, это как раз то, что я искал. Установка на ремни с винтовым замком занимает пару минут.

Другие интересные подборки можете посмотреть по ссылкам ниже и у меня в профиле.

Титан – элемент, который интересует учёных и производство уже более двухсот лет

Металлы тысячи лет служат прочной основой цивилизации. Вспомним: уже в эпоху позднего каменного века – неолита – человек научился использовать самородные металлы и метеоритное железо и обнаружил в кострах необычные бесформенные пористые камни, в которых были металлические вкрапления.

Однако огонь не только дал людям хорошую пищу, теплое жильё, выжигал леса под пашню и плавил самородный металл. При горении древесины выделялась тепловая энергия, и образовывался углерод, и вдруг некоторые камни и почва «превращались» в металлы.

Самыми первыми металлами, которые человечество научилось выплавлять, были медь, свинец, олово, а также сплавы из них – бронза и латунь.

Металлы существенно изменили быт людей. Создавалась новая техника для обработки земли, строительства, охоты и, к сожалению, – для войн. (И если вникнуть с историю техники, то можно убедиться в том, что улучшали в первую очередь качество вооружений).

Человечество пребывало ещё в бронзовом веке, когда в различных регионах планеты уже создавали сплавы на основе железа.

Наступил железный век. Тысячелетиями усовершенствовались технологии литья чугунных орудий и различных механизмов, стальных клинков. Алхимики и химики выделяли из природных минералов металлические соединения и открывали новые металлы, возникла и развивалась металлургия – наука о производстве металлов.

С XVII века развернулась индустриализация. Для техники, новых видов транспорта, мостов, промышленных зданий потребовалось много металла, в первую очередь – высококачественной стали.

Эти задачи решали «методом проб и ошибок», а к концу XIX века – и на основе фундаментальных научных исследований. В металлургии, кроме химических процессов, для нагрева и плавления начали применять электрическую энергию.

Но темпы научно-технического прогресса продолжали расти. Во второй половине прошлого века создавались ракеты, атомные электростанции, суперистребители, мощные турбины, новые классы кораблей и многое другое, неизвестное и немыслимое. Техника нового поколения работала при сверхвысоких давлениях и ударах, невиданных ранее высоких и, наоборот, очень низких (криогенно стойких) температурах, а также при других экстремальных нагрузках.

Конечно, металлурги продолжали создавать новые специальные типы сталей. Например, для повышения жаропрочности добавили в сплав вольфрам, ванадий, молибден. Но сталь от этого становилась ещё тяжелее. А масса многих машин и аппаратов должна быть как можно меньше. Требовались сплавы прочнее стали, жаростойкие и криогенностойкие, нержавеющие и не растворяющиеся в агрессивных средах.

В первой половине прошлого века уже начали широко применять лёгкий металл — алюминий и его сплавы. И хотя прочность их была намного меньше, чем у стали, они очень пригодились для лёгких конструкций, таких ответственных, как самолёты и дирижабли, и даже некоторые корабли.

Алюминий и его сплавы не ржавеют и не разъедаются почти никакими кислотами, поэтому из них изготовляют химическое оборудование, различную утварь. В электротехнике чистый алюминий пригодился из-за хорошей электропроводимости, а сплав алюминия с кремнием обладает отличными литейными свойствами и из него отливают корпуса двигателей внутреннего сгорания для автомобилей и самолётов.

Но алюминиевые сплавы сравнительно легкоплавкие. Необходимо было найти металл и создать из него сплавы лучше и легче, чем сплавы из железа.

И такой металл нашёлся. Причём, если железная руда и бокситы (сырьё для алюминия) сконцентрированы в определённых залежах, то сырьё для металла, отвечающего требованиям научно-технического прогресса, оказалось буквально под ногами, в виде песка или в виде руды.

Вспомним, что земная поверхность состоит из соединений металлов и неметаллов, ими покрыто дно морей и океанов, они растворены в морской воде. Вот только выделить металл из его соединений бывает совсем не просто. И тысячелетний путь, пройденный человечеством в поисках металлургических технологий, часто не подходил для того, чтобы «добыть» новый металл и организовать его производство. Вот и над укрощением крайне необходимого для современной техники металла специалисты работают уже более двухсот лет.

Одним из «любимых» занятий химиков прошлых веков было определять состав «земель», попадавшихся под руку. В 1791 году англичанин У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка с пляжа Корнуолла, выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла.

А через четыре года независимо от него немец Мартин Генрих Клапрот (1743—1817) открыл в минерале рутиле новый элемент. Немецкий исследователь отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду и назвал его титаном – в честь стойких борцов с богами Олимпа из древнегреческой мифологии.

Немного ранее он же открыл металл, который назвал ураном. Клапрот установил, что рутил и «земля Трегора»— оксиды одного и того же химического элемента, за которым и осталось название «титан».

В свободном виде титан не встречается, но зато находится на 10-м месте по распространённости в природе: в рутиле, ильмените, перовските, титаните, других минералах и в морских глинистых отложениях.

Первый образец металлического титана удалось выделить из оксида в 1825 году химику Каролингского университета (Швеция) Йёнсу Якобу Берцелиусу (1779-1848). Однако его способ был настолько сложным, а сам титан оказался настолько химически активным, что никто не увидел перспективы в его применении.

Только спустя 100 лет голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 году, применив технологию термического разложения паров йодида титана (TiI₄), наконец получили чистый титан.

Этот йодидный способ применяют для получения небольших количеств титана очень высокой чистоты (до 99,99%). Титановую губку помещают в реторту и нагревают до 100 – 200°С; внутрь реторты вводят и разбивают ампулу с йодом, взаимодействующим с титаном по реакции Ti+2I₂ → TiI₄. (В принципе, можно применять и другие галогениды). Разложение TiI₄ на Ti+2I₂ и выделение титана происходит на титановых проволоках, натянутых в реторте, нагретых до 1300- 1400°С пропусканием тока.

Было установлено, что титан – лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Температура его плавления 16600С, точка кипения 32600C. Металл существует в двух модификациях: α-Ti и β-Ti, плотность которых, соответственно, равна 4,505 и 4,32 г/см³. Между прочим, титановая пыль при температуре 4000С взрывается. Пожароопасна и титановая стружка.

Ряд особых физико-химических свойств титана, прежде всего высокая удельная прочность (отношение прочности к удельному весу), большая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах, хорошая обрабатываемость давлением и другие ценные технологические свойства делают его.

Действительно, в середине прошлого века научно-технический прогресс без титана и его сплавов начал «пробуксовывать». И пришлось, не считаясь с затратами, искать способы промышленного производства важнейшего материала.

Естественно, что перво-наперво попробовали выплавить титан так, как выплавляют из железных руд чугун («Страна знаний», 2015, №8). Концентрат титановой руды начали плавить в смеси с древесным углём или антрацитом в электродуговой печи и получили шлак из окиси титана и различных примесей.

Но «отобрать» кислород у титана непросто, поэтому на втором этапе решили использовать более активный элемент – хлор.

В специальную печь, в нижней части которой нагревается угольная пластина при пропускании через неё электрического тока, загружают титановый шлак, а через фурмы задувают хлор. И при температуре 800-12500С образуются пары четырёххлористого титана, а также хлориды других примесей. Пары очищают от твёрдых частиц, охлаждают в конденсаторах, и получают жидкий четырёххлористый титан.

Экспериментаторы нашли и другие способы получения титана. Не будем их описывать подробно. Отметим только, что получить четырёххлористый титан можно в хлоратоpax непрерывного действия, в солевом расплаве, в кипящем слое.

А научную основу третьего этапа – термитные реакции заложил Николай Николаевич Бекетов (1827-1911) («Страна знаний», 2015 № 4).

Магниетермию выполняют в герметичных реакторах (ретортах) из нержавеющей стали, установленных в электрических печах сопротивления. Из реторты откачивают воздух, заполняют её инертным газом аргоном, заливают туда расплавленный магний и, постепенно, – жидкий четырёххлористый титан. Титан восстанавливается магнием по реакции TiCl₄+2Mg=Ti+2MgCl₂ с выделением большого количества тепла.

Необходимая по технологии температура 800-900°С поддерживается в реакторе дозированной подачей TiCl₄. (Вместо магния иногда применяют натрий, и этот способ восстановления называют натриетермическим.) Правда, к сожалению, получается не плотный слиток, а пористая титановая губка (до 60% Ti). С подобной железной заготовкой – «крицей» имели дело металлурги-кузнецы в древности. («Страна знаний», 2015, № 8).

К сожалению, при проковке этой губки чистый титан получать не удавалось. Необходимо было разрабатывать ещё одну технологическую операцию – переплавлять эту смесь так, чтобы избавить её от примесей.

И здесь наступил следующий этап «борьбы человека с титаном». Теперь из губчатого титана требовалось выплавить плотные, без пор и включений металлические заготовки для проката или отливок. В середине ХХ века перед мировой металлургией открылся очередной этап покорения своенравного металла – придание ему нужных для новой техники качеств.

Результаты работ засекречивали: основными заказчиками были творцы новой военной техники. Решением задач переплава и сварки в принципе и применительно к конкретному производству занимались десятки институтов и лабораторий в СССР, США, Великобритании, Франции и ещё в некоторых странах. Работали интенсивно – гонка вооружений уже набрала обороты.

Установка для электронно-лучевого переплава
в ИЭС им. Е.О.Патона

Работы по исследованию и разработке металлургических и сварочных процессов применительно к титану были начаты в Институте электросварки им. Е.О. Патона (ИЭС) НАН Украины в конце 50-х годов прошлого века под общим руководством академика Бориса Евгеньевича Патона (род. 1918).

Вскоре в Киеве впервые в мире были разработаны самые эффективные технологии получения слитков титана и его сплавов из первичной шихты и из вторичных отходов. Для решения проблемы пригодились знания, накопленные в процессе создания новых сварочных технологий и электрошлакового переплава.

Сотрудники ИЭС им. Е.О. Патона применили энергию электронных лучей, дуговой плазмы, индукционный и электрошлаковый нагрев. Каждый из процессов имеет свои преимущества и используется для производства металла с конкретными свойствами, именно такими, какие требуются для ответственных конструкций.

Мощный электронный луч плавит заготовки в вакууме под давлением 0,01- 0,1 Па. Технологические процессы обеспечивают удаление посторонних примесей и растворённого газа, позволяют получать слитки титана и его сплавов с однородной бездефектной структурой. Для их внедрения было создано семейство многоцелевых промышленных плавильных электронно-лучевых установок (ЭЛУ).

В плазменно-дуговых электропечах заготовки расплавляют одним или несколькими дугами, сжатыми потоками аргона в плазмотронах. Плазменно-дуговая печь позволяет выплавлять титановые слитки непосредственно из кусковой шихты (губчатого титана), минуя операцию прессования заготовок.

Одним из наиболее универсальных независимых источников нагрева является высокочастотное магнитное поле, создаваемое электрическим током в индукторе. Особенности индукционного нагрева, в том числе интенсивное перемешивание жидкого металла, гарантируют выравнивание химического состава, возможность выдерживать металл в жидком состоянии неограниченное время в вакууме, обеспечивают высокое качество отливок.

Альтернативой переплаву в вакуумных условиях является электрошлаковый переплав. Для него не требуется такого сложного оборудования, строгого выдерживания режима плавки, и при достаточно высоком качестве себестоимость работ самая низкая. Наилучшего качества удаётся достичь в печах камерного типа.

Схема электропечи для получения
четырёххлористого титана:
1 – корпус печи;
2 – футеровка;
3 – угольная набойка;
4 – токоподводящие графитовые
электроды;
5– устройство загрузки шихты;
6 – брикетная шихта;
7, 8 –трубки для подачи хлора;
9 – отверстие для удаления
парогазовой смеси.

В ИЭС была разработана технология магнитоуправляемой электрошлаковой плавки для производства сплавов титана с любым большим количеством компонентов. Наиболее существенными преимуществами этой технологии являются возможность рафинирования низкосортного дешёвого сырья от вредных примесей, высокая плотность литья, меньшие затраты технологической электроэнергии и сравнительно дешёвое оборудование.

И чем дешевле становилось производство титана и сплавов с качествами, необходимыми для ответственных изделий, тем больше была в них потребность. Только в СССР за короткое время производство титановой продукции было налажено на двух десятках заводов.

Для экономии дорогого металла в тех конструкциях, где требовалась стойкость к агрессивным средам, но не важен был вес изделия, были разработаны способы изготавливать биметалл. В 1980-х годах было освоено производство биметаллических листов путём горячей прокатки заготовок. И самым лучшим конструкционным материалом является композиция сталь+титан, т.е. сталь, плакированная (покрытая) титаном.

В ИЭС им. Е.О. Патона открыт цех «Титан», который может выпускать до 1500 т титановых слитков в год для проката высококачественных полуфабрикатов.

Так, из таких сплавов толщиной 200-250 мм на Феодосийском судостроительном заводе «Море» были изготовлены крыльевые устройства для морских судов. В 2009 году была создана технология электронно-лучевой плавки крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана.

Впервые в мире получен слиток диаметром 840 мм из жаропрочного титанового сплава ВТ3-1, а вскоре был получен слиток диаметром 1100 мм, длиной до 4000 мм, массой 16 тонн.

Впервые в мировой практике в цехе «Титан» спроектирована, изготовлена и запущена в эксплуатацию электронно-лучевая установка для получения титановых слитков недроблёных блоков губчатого титана. Для изготовления атомных и химических реакторов ИЭС им. Е.О. Патона налажено производство полых слитков, из которых раскатывают титановые кольца диаметром до 2000 мм.

Впервые в мире были изготовлены бесшовные титановые трубы длиной до 9000 мм из трубной заготовки.

Всё большее применение в гражданских отраслях промышленности находят как традиционные титановые сплавы, так и новые титановые сплавы с уникальными физико-химическими характеристиками. Титан является одним из наиболее распространённых геттерных (от «геттер» — газопоглотитель, вещество, поглощающее и прочно удерживающее газы, кроме инертных) материалов, используемых в высоковакуумных насосах.

Детальное изучение коррозийной стойкости сплава Т100 в разнообразных агрессивных средах, в том числе и в биологических, показало его перспективность для применения в медицине для изготовления эндопротезов и медицинских инструментов.

Для потребностей стоматологии в ИЭС им. Е.О. Патона разработан титановый сплав системы Ti-Al-Nb-Zr.

Одним из важнейших потребителей титановых сплавов в Украине является аэрокосмический комплекс. В конструкциях самолётов масса деталей из титановых сплавов составляет 8 – 9 % массы планёра. Это, главным образом, тяжело нагруженные силовые элементы, такие как подкосы и цилиндры шасси, кронштейны системы управления, детали механизации крыла, противопожарные перегородки, грузовые дорожки настила.

Из титановых сплавов изготавливают трубопроводы, теплообменники, компенсаторы и другие узлы самолетов.

В химической, пищевой промышленности из сплавов титана делают реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводную арматуру, опреснительные установки и др.

Первой в мировой практике монументальной скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.

Титановые сплавы имеют наиболее высокую удельную прочность среди всех металлических материалов. Титан используют для легирования сталей и создания спецсплавов. Разработано множество сплавов титана с различными металлами. Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяется в медицине и технике.

Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными. Карбид, диборид, карбонитрид титана — важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов.

Титановые сплавы используются при изготовлении спортивных товаров, мобильных телефонов, часов, бронежилетов.

На любые металлы, керамику, стекло и многие другие материалы можно напылить нитрид титана, который имеет цвет золота, но, в отличие от него, это тончайшее покрытие очень прочное и во много раз дешевле. Технология напыления разработана в Физико-техническом институте в Харькове и широко применяется для покрытия металлом инструментов, зубных коронок, посуды, куполов церквей и изделий бижутерии.

Крупнейшими в мире сварными конструкциями из титановых сплавов являются малошумные тяжёлые ракетные подводные крейсера стратегического назначения (ТРКСН проекта 941, шифр «Акула», по классификации НАТО – «Typhoon»). Первый из 12 кораблей был построен в Северодвинске на «Севморзаводе» в сентябре 1979 года по технологиям, разработанным в ИЭС им. Е.О. Патона.

Нигде в мире больше нет подводных кораблей водоизмещением 28500 т, длиной 172,8м, шириной 23,3м. Этот крейсер может погружаться на глубину 500 м и идти там со скоростью 27 узлов. Конструкция ТРКСН выполнена по типу катамарана из двух раздельных прочных корпусов (диаметр каждого 7,2 м), между которыми расположены отсеки управления, торпедный и ракетный.

Использование титановых сплавов позволило уменьшить массу корпуса, увеличить глубину погружения, уменьшить магнитное поле. Конечно, и в странах НАТО имеются титановые лодки, но их тактико-технических данные хуже.

Несмотря на явные успехи в покорении титана, учёные продолжают совершенствовать его производство, а конструкторы и инженеры – создавать новую технику.

Сейчас мировое производство титана составляет около 4,5 млн т. в год. При нынешних темпах его потребления мировых разведанных запасов титана хватит более, чем на 150 лет.

А.П. Лютый, кандидат технических наук, завод «Днепроспецсталь», г. Запорожье

Из-за чего металлы ржавеют

Ржавчина — итог окисления металла, также общий термин для определения оксидов железа.

Что есть общего между ржавым гвоздем, проржавевшим мостом или прохудившимся железным забором? Отчего вообще ржавеют железные конструкции и изделия из железа? Что такое ржавчина как таковая? На эти вопросы постараемся дать ответы в нашей статье. Рассмотрим причины ржавления металлов и способы защиты от этого вредного для нас природного явления.

Причины ржавления

Все начинается с добычи металла. Не только железо, но и, например, алюминий, и магний — добывают изначально в виде руды. Алюминиевая, марганцевая, железная, магниевая руды содержат в себе не чистые металлы, а их химические соединения: карбонаты, оксиды, сульфиды, гидроксиды.

Это химические соединения металлов с углеродом, кислородом, серой, водой и т. д. Чистых металлов в природе раз, два и обчелся — платина, золото, серебро — благородные металлы — они встречаются в форме металлов в свободном состоянии, и не сильно стремятся к образованию химических соединений.

Однако большинство металлов в природных условиях все же не являются свободными, и чтобы высвободить их из исходных соединений, необходимо руды плавить, восстанавливать таким образом чистые металлы.

Но выплавляя металлсодержащую руду, мы хоть и получаем металл в чистом виде, это все же состояние неустойчивое, далекое от естественного природного. По этой причине чистый металл в обычных условиях окружающей среды стремится вернуться назад в исходное состояние, то есть окислиться, а это и есть коррозия металла.

Таким образом, коррозия является естественным для металлов процессом разрушения, происходящим в условиях их взаимодействия с окружающей средой. В частности ржавление — это процесс образования гидроксида железа Fe(ОН)3, который протекает в присутствии воды.

Но на руку людям играет тот естественный факт, что окислительная реакция протекает в привычной нам атмосфере не особо стремительно, она идет с очень небольшой скоростью, поэтому мосты и самолеты не разрушаются мгновенно, а кастрюли не рассыпаются на глазах в рыжий порошок. К тому же коррозию в принципе можно замедлить, прибегнув к некоторым традиционным хитростям.

Например, нержавеющая сталь не ржавеет, хотя и состоит из железа, склонного к окислению, она тем не менее не покрывается рыжим гидроксидом. А дело здесь в том, что нержавеющая сталь — это не чистое железо, нержавеющая сталь — это сплав железа и другого металла, главным образом — хрома.

Кроме хрома в состав стали могут входить никель, молибден, титан, ниобий, сера, фосфор и т. д. Добавление в сплавы дополнительных элементов, ответственных за определенные свойства получаемых сплавов, называется легированием.

Пути защиты от коррозии

Как мы отметили выше, главным легирующим элементом, добавляемым к обычной стали для придания ей антикоррозийных свойств, является хром. Хром окисляется быстрее железа, то есть принимает удар на себя. На поверхности нержавеющей стали, таким образом, появляется сначала защитная пленка из оксида хрома, которая имеет темный цвет, и не такая рыхлая как обычная железная ржавчина.

Оксид хрома не пропускает через себя вредные для железа агрессивные ионы из окружающей среды, и металл оказывается защищенным от коррозии, словно прочным герметичным защитным костюмом. То есть оксидная пленка в данном случае несет защитную функцию.

Количество хрома в нержавеющей стали, как правило, не ниже 13%, чуть меньше в нержавеющей стали содержится никеля, и в гораздо меньших количествах имеются другие легирующие добавки.

Именно благодаря защитным пленкам, принимающим на себя воздействие окружающей среды первыми, многие металлы получаются стойкими к коррозии в различных средах. Например, ложка, тарелка или кастрюля, изготовленные из алюминия, никогда особо не блестят, они, если присмотреться, имеют белесый оттенок. Это как раз оксид алюминия, который образуется при контакте чистого алюминия с воздухом, и защищает затем металл от коррозии.

Пленка оксида возникает сама, и если зачистить алюминиевую кастрюлю наждачной бумагой, то через несколько секунд блеска поверхность снова станет белесой — алюминий на зачищенной поверхности вновь окислится под действием кислорода воздуха.

Поскольку пленка оксида алюминия образуется на нем сама, без особых технологических ухищрений, она называется пассивной пленкой. Такие металлы, на которых оксидная пленка образуется естественным образом, называются пассивирующимися. В частности алюминий — пассивирующийся металл.

Некоторые металлы принудительно переводят в пассивное состояние, например высший оксид железа — Fe2О3 способен защитить железо и его сплавы на воздухе при высоких температурах и даже в воде, чем не может похвастаться ни рыжий гидроксид, ни низшие оксиды все того же железа.

Есть в явлении пассивации и нюансы. Например, в крепкой серной кислоте мгновенно пассивированная сталь оказывается устойчивой к коррозии, а в слабом растворе серной кислоты тут же начнется коррозия.

Почему так происходит? Разгадка кажущегося парадокса состоит в том, что в крепкой кислоте на поверхности нержавеющей стали мгновенно образуется пассивирующая пленка, поскольку кислота большей концентрации обладает ярко выраженными окислительными свойствами.

В то же время слабая кислота не окисляет сталь достаточно быстро, и защитная пленка не формируется, начинается просто коррозия. В таких случаях, когда окисляющая среда не достаточно агрессивна, для достижения эффекта пассивации прибегают к специальным химическим добавкам (ингибиторам, замедлителям коррозии), помогающим образованию пассивной пленки на поверхности металла.

Так как не все металлы склонны к образованию на их поверхности пассивных пленок, даже принудительно, то добавление замедлителей в окисляющую среду попросту приводит к превентивному удержанию металла в условиях восстановления, когда окисление энергетически подавляется, то есть в условиях присутствия в агрессивной среде добавки оказывается энергетически невыгодным.

Есть и другой путь удержания металла в условиях восстановления, если нет возможности использовать ингибитор, — применить более активное покрытие: оцинкованное ведро не ржавеет, поскольку цинк покрытия корродирует при контакте с окружающей средой вперед железа, то есть принимает удар на себя, являясь более активным металлом, цинк охотнее вступает в химическую реакцию.

Днище корабля часто защищено аналогичным образом: к нему крепят кусок протектора, и тогда протектор разрушается, а днище остается невредимым.

Электрохимическая антикоррозийная защита подземных коммуникаций — также весьма распространенный путь борьбы с образованием на них ржавчины. Условия восстановления создаются подачей отрицательного катодного потенциала на металл, и в таком режиме процесс окисления металла уже не сможет протекать просто энергетически.

Кто-то может спросить, почему подверженные риску коррозии поверхности просто не красят краской, почему бы просто не покрывать каждый раз эмалью уязвимую к коррозии деталь? Для чего нужны именно разные способы?

Ответ прост. Эмаль может повредиться, например автомобильная краска может в неприметном месте отколоться, и кузов начнет постепенно но непрерывно ржаветь, поскольку сернистые соединения, соли, вода, кислород воздуха, — станут поступать к этому месту, и в итоге кузов будет разрушаться.

Чтобы такое развитие событий предотвратить, прибегают к дополнительной антикоррозийной обработке кузова. Автомобиль — это не эмалированная тарелка, которую можно в случае повреждения эмали просто выбросить, и купить новую..

Текущее положение дел

Несмотря на кажущуюся изученность и проработанность явления коррозии, несмотря на применяемые разносторонние методы защит, коррозия по сей день представляет определенную опасность. Трубопроводы разрушаются и это приводит к выбросам нефти и газа, падают самолеты, терпят крушение поезда. Природа более сложна, чем может показаться на первый взгляд, и человечеству предстоит изучить еще многие стороны коррозии.

Так, даже коррозиестойкие сплавы оказываются стойкими лишь в некоторых предсказуемых условиях, для работы в которых они изначально предназначены. Например, нержавеющие стали не терпят хлоридов, и поражаются ими — возникает язвенная, точечная и межкристальная коррозия.

Внешне без намека на ржавчину конструкция может внезапно рухнуть, если внутри образовались мелкие, но очень глубокие поражения. Микротрещины, пронизывающие толщу металла незаметны снаружи.

Даже сплав не подверженный коррозии может внезапно растрескаться, будучи под длительной механической нагрузкой — просто огромная трещина внезапно разрушит конструкцию. Такое уже случалось по всему миру с металлическими строительными конструкциями, механизмами, и даже с самолетами и вертолетами.

Ранее ЭлектроВести писали, что немецкий исследовательский институт Фраунхофера по переработке материалов и ресурсным стратегиям (Fraunhofer IWKS) создал экологически устойчивый «Центр демонтажа и переработки в области электрической мобильности» (нем. — Zentrum für Demontage und Recycling — Elektromobilität ZDR-EMIL). Он разместился в городе Ханау (Hanau) в Федеральной земле Гессен при поддержке регионального министерства науки и искусств.

По материалам: electrik.info.

Титан — материал украшений будущего

Уже пару лет наш мастер работает с таким интересным и необычным для нашего рынка материалом, как титан. Вдохновил его на этот журнал про ювелирное искусство, который он нашел как-то на работе — оказалось, ювелиры Запада уже давно освоили этот металл и активно используют его в своих украшениях. Было много попыток, но в итоге все желаемое было достигнуто, мастерство освоено и теперь мы можем с уверенностью сказать, что титан нам под силу 🙂

Пока еще титановые украшения только набирают свою популярность — для большинства это занятная диковинка, которая вызывает противоречивые впечатления. Тем более, сейчас на рынке появилось очень много подделок под титан — украшения делаются из сплавов и выдаются за титановые. Если вы видите цену меньше 100 долларов — будете уверены: перед вами подделка, так как титан обрабатывается вручную, это очень кропотливый и трудоемкий процесс, поэтому цена на украшение не может быть низкой.

Этот тугоплавкий металл открыли приблизительно в 1790 году, но тогда учёные умы совершенно не представляли, чем он может быть полезен. В то время с ним не умели работать, а за сложность обработки прозвали «Titan», как некогда древние греки называли богов, обладающих огромной силой и мужеством.

Спустя 120 лет, только в 1910 году, англичане начали процесс извлечения титана из руды. Этот процесс постоянно улучшался, и уже к середине 1940-х годов американцы решили использовать его в военной авиации. Основными критериями в таком выборе послужили: соотношение прочности к весу, устойчивость к перепадам температур, доступная цена, а также антикоррозийные свойства металла.

Начиная с 40-х годов прошлого века титан активно используют в кораблестроении, изготовлении самолётов и ракет. Из него также делают велосипедные рамы, насосы, реакторы, протезы, арматуру, бронежилеты и ещё множество полезных для человека вещей. Не последнее место титан занял в часовом и ювелирном производствах.

Титан — материал будущего. Он является одним из пяти биологически совместимых элементов и не вызывает аллергических реакций даже на самой чувствительной коже. Титан необычайно легкий, но очень прочный материал. Благодаря этим уникальным свойствам 85% конструкционных материалов в космической технике — титан и его сплавы. Наши украшения производятся именно из авиационного титана.

Главное преимущества титановых часов в том, что они очень лёгкие, имеют приятный металлический блеск и чем-то схожи по внешним признакам с платиной. Правда, по деформации и подверженности царапинам такие часы уступают изделиям из стали.

В ювелирном деле титан изначально стали использовать для изготовления обручальных колец, украшений для пирсинга и мужских аксессуаров. Его обработка является довольно сложной и затратной, требует определённых знаний и навыков у мастера, поэтому созданием украшений из титана занимается далеко не каждый ювелир. Но есть и те, кто достиг высшего мастерства в обработке этого металла. Например, китайский ювелир Уоллес Чан изготавливает из титана настоящие произведения искусства в виде драгоценных цветов, насекомых или рыб.

Как и любые другие украшения, изделия из титана нуждаются в правильном уходе. Существует заблуждение, что этот металл не царапается. На самом деле он может потерять привлекательный внешний вид из-за агрессивного контакта с алмазом, другим металлом или наждачной бумагой. В то же время, титан не боится морской воды, пота и абразивных моющих средств.

Уход за титановыми украшениями довольно прост. Их нужно хранить отдельно от других украшений, желательно в бархатном мешочке или шкатулке. Во время работы с другими металлами или наждачной бумагой, следует снимать титановое кольцо.

Для профилактики царапин и мелких деформаций, раз в полгода ювелирные изделия из титана необходимо относить на полировку и чистку. Соблюдая эти несложные правила, вы сможете уберечь свои украшения от повреждений. Они будут всегда выглядеть достойно и эффектно.

Любители титановых украшений ценят этот металл за его несколько особых качеств.
Красивый внешний вид. Кольца из титана не менее красивы, чем из серебра и золота. Их делают и простые — только из металла, и с декором — с различными камнями (в том числе с бриллиантами), вставками, напылениями и так далее. Они могут быть глянцевыми и матовыми, а также различного цвета — синие, черные, фиолетовые и другие.

Относительно низкая цена. Кольца из титана дешевле, чем из золота. Сам металл стоит недорого, но для его обработки нужно иметь дорогое оборудование. Это образует большую часть цены изделий.

Прочность. Обручальные кольца из титана более устойчивы к физическим и химическим (например, от бытовой химии) воздействиям, чем золотые или серебряные. Фактор прочности здесь важен, ведь эти кольца люди обычно носят практически не снимая.

Гипоаллергенность. Титан не окисляется, не ржавеет, не вступает в реакцию ни с какими веществами, находясь на человеческом теле. Люди, у которых есть аллергия на серебро, золото и сплавы, могут позволить себе носить титановые украшения.

Легкость. Так как титан очень легкий металл, то даже крупные украшения из него обладают относительно маленьким весом.

Недостатки у титановых украшений тоже есть. Из-за прочности материала их очень сложно как-то изменить, в отличие от золотых ювелирных изделий, которые легко переплавить в новые. Если возникнет внештатная ситуация, когда украшение из титана нужно будет распилить, чтобы снять (обычным способом кольцо не снимается, например, потому что палец опух из-за травмы), то сделать это будет очень и очень нелегко.

Титановые кольца — вечные.
Приобретая такой атрибут, можно быть уверенным в том, что кольца переживут не только своих владельцев, но и много поколений их потомков. Инертные свойства металла и его поразительная твердость послужили причиной его использования при производстве протезов и вооружения — именно эти свойства будут гарантировать долгую службу колец из титана.

Титановые кольца не потускнеют, не заржавеют и не окрасят ваш палец в зеленый цвет.
Драгоценные металлы склонны меняться в цвете с течением времени. А порой оставляют непривлекательные следы на коже. Титан же, оправдывая звание инертного металла, не вступает в химические реакции и сохраняет первозданный вид столетиями.

Титановые кольца не «похудеют» от трения и не погнутся.
И вновь виной уникальные свойства металла — а точнее, его поразительная твердость. Этому веществу не страшно ничего – оно чувствует себя комфортно и на пальце невесты, и в двигателе самолета A380 (с той лишь разницей, что на кольцо уходит несколько граммов, а на двигатель самолета — около 11 тонн титана).

Титановые кольца абсолютно не вызывают аллергию.
Логично, не правда ли, что ни с чем не взаимодействующий металл и с нашим организмом взаимодействовать отказывается? Этот фактор может стать решающим для тех, кто страдает болезненной реакцией на золото или серебро.

Давайте посмотрим, кто же работает с таким интересным материалом, как титан?
Во-первых, это живой классик ювелирной миниатюры — китаец Уоллес Чан. Его бренд Wallace Chan сегодня является одним из самых дорогих на планете. Свои вещи Чан создаёт из титана с добавлением золотых элементов. Титан, несмотря на свою привлекательность — лёгкость, пластичность, способность менять при нагревании цвет, — металл крайне коварный. Умением работать с ним может похвастаться далеко не каждый ювелир. Уоллес Чан — может. В своих ювелирных изделиях Уоллес Чан использует титан с добавлением золота. В 2007 году мастер разработал и запатентовал особую технику окраски титана и назвал ее Titanium Jewelry.

Украшения Wallace Chan — это тщательно проработанные объекты растительного и животного мира Китая. Вся палитра драгоценных камней использована мастером сполна. Особое пристрастие Чан питает к сплавам титана, которые позволяют добиться необходимой фактуры поверхности (крыльев бабочки-брошки, например), а также к опалам всевозможных оттенков. Свои работы Чан называет «носибельной скульптурой».

«Через каждую мою драгоценность, я рассказываю неповторимую историю, о красоте восточного «дзен» и традициях ювелирного дела. Как представитель китайского искусства, я надеюсь привнести в этот мир сущность восточной философии и китайской культуры. Мои ювелирные изделия предназначены инициировать плодотворный диалог между культурами», говорит дизайнер.

Также известный швейцарский бренд Chopard активно использует этот металл своих украшениях. В одной из последних коллекций Fleurs d’Opales тонкие изогнутые лепестки одного из колец сделаны из титана, а в центре находится крупный австралийский черный опал, окруженный крошечными бриллиантами. В другом кольце-цветке лепестки покрыты аметистами и сиреневыми сапфирами, а титан, используемый как основа, окислен до получения такого фиолетового оттенка, чтобы быть практически незаметным на фоне камней.

Умение сочетать традиционный подход и новые технологии бренд демонстрирует в своей последней коллекции Haut Joallerie. Её основу составляют три браслета-манжеты. Они выполнены из титана и инкрустированы разноцветными драгоценными камнями. титан — это уникальный материал, он не только обладает необыкновенной легкостью, но и способен принимать все цвета радуги. Именно благодаря этому браслеты Chopard переливаются как драгоценные перья сказочной жар-птицы.

Швейцарский ювелир Сьюзан Сиз (Suzanne Syz) очень любит использовать титан в своих изделиях, хотя твердость металла и затрудняет работу с ним. Она использует его и в «исходном» цвете и в обработанном, добиваясь сиреневых, синих и зеленых оттенков, зачастую делая титан основной изюминкой украшения.

По мнению британского ювелирного дизайнера Гленна Спайро (Glenn Spiro), титан не только улучшает вид крупных украшений, делая их менее громоздкими, но прекрасно подходит и для небольших ювелирных изделий, таких, как обручальные кольца. Не так давно он работал с этим металлом в своей свадебной коллекции I Do эксклюзивно для Harrods. Дизайн бриллиантовых обручальных колец остался классическим, за исключением нетрадиционного металла, придающего украшению долговечность, прочность, а также действительно обширную палитру ярко-синих, розовых оттенков и цвета коньяка.»Этот металл совершенно — говорит известный мастер — не похож на золото. С ним мы можем делать ювелирные изделия более тонкими, а расположение камней на них более сложным. «

Формально титан не считается драгоценным металлом, однако цены на украшения из этого металла от Glenn Spiro довольно высоки. На вопрос, является ли это проблемой для его клиентов, дизайнер отвечает, что на самом деле стоимость металла в украшении по сравнению со стоимостью по-настоящему хорошего драгоценного камня является несущественной.

Титановые серьги Nisan Ongwuthitham с сапфирами

Титан действительно обладает рядом существенных и заманчивых достоинств. Однако для того, чтобы взяться за работу с ним и начать использовать его в своих украшения, мастеру придется проявить смелость и упорство. Хотя сегодня нарушение ювелирных традиций стало, пожалуй, настоящим трендом.

Колье из титана и белого золота от Nisan Ongwuthitham

А вот оригинальные и простые идеи колец из титана, которые вполне под силу мастерам-ювелирам 🙂

И ни одна статья не обходится без желтой уточки 🙂

Ржавчина титана | Центр обработки титана

Характеристики, уход и использование титана

Металлы ржавеют и разъедают в результате разрушения металла в экстремальных, влажных или кислотных средах. Все металлы рано или поздно ломаются. Однако некоторые металлы более устойчивы к ним, чем другие. Так обстоит дело с распространенным сегодня титаном.

Титан — популярный металл, который признан более прочным и прочным, чем сталь, но при этом легче и гибче, чем сталь.Эти свойства титана делают его популярным металлом, используемым на химических заводах, самолетах, а также в различных военных и инженерных приложениях. Титан также используется в винтовках и пневматическом оружии. Титан может выдерживать экстремальные температуры и воздействие соленой воды. Он был назван одним из самых прочных и долговечных металлов.

Характеристики титана

Титан — упругий металл, который также обладает высокой реакционной способностью. Когда титан подвергается воздействию определенных сред, таких как горячая азотная кислота, хлор, соленая вода и экстремальные температуры, на поверхности титана образуется оксид титана.Этот оксид титана может образовываться быстро. Он обеспечивает прочный, долговечный, почти непроницаемый барьер, который защищает чистый металлический титан под ним от дальнейшей коррозии.

Чистый титан устойчив к ржавчине и коррозии под воздействием жидкостей, включая химические вещества, кислоты и соленую воду, а также различных газов из-за своего оксидного барьера.

Как следует из названия, оксид, кислород необходим для создания этого барьера. В условиях вакуума, где кислород ограничен, титан быстро подвергается коррозии и ржавчине.Однако чистый титан, который полностью устойчив к ржавчине и коррозии, встречается редко, его трудно найти и произвести. Многие титановые детали и предметы сделаны из титанового сплава, который включает в себя комбинацию титана и других металлов различного уровня. Поскольку они не сделаны из чистого титана, они подвержены ржавчине и коррозии. Будучи более устойчивым к ржавчине и коррозии, чем другие металлы и металлические сплавы, обычный титан, используемый сегодня, не выглядит ржавым и не подверженным коррозии и более прочен и долговечен, чем другие металлы.

Титановая стружка, как и стружка других металлов, обладает высокой реакционной способностью и легко воспламеняется даже при относительно низких температурах. Это делает титан плохим выбором для некоторых механических операций. Оксид титана выпускается в виде белого порошка. Этот защитный барьер со временем разрушается, но на это уходит много лет. Благодаря медленному процессу коррозии титан является хорошим выбором для труб. В отличие от труб из других металлов, титановые трубы обычно не требуют дополнительного защитного покрытия.

Очистка титана

Несмотря на то, что титан прочен, долговечен, устойчив к ржавчине и коррозии в суровых условиях, он все же подвержен потускнению и требует регулярной, хотя и минимальной очистки и обслуживания.

Титан — это металл, за которым легко ухаживать, в основном из-за его уникального барьера из оксида титана. С титаном не нужно изысканное чистящее средство, купленное в магазине. Растворы для самостоятельной чистки, состоящие из теплой воды и средства для чистки ювелирных изделий, мягкого жидкого мыла для посуды или средства для мытья окон, отлично подходят для улучшения внешнего вида титана. Важно отметить, что следует избегать использования отбеливателей или продуктов на основе хлора, так как они могут повредить титан и ухудшить его внешний вид. После чистки вытрите титан мягкой чистой тканью. Однако цветные или окрашенные титановые детали следует протирать особенно осторожно, так как окраска может быть стерта. Для титана, который поцарапан или потускнел, лучше всего подходит специальный полировщик для металла, который удаляет окисление.

Общие области применения титана

Титан обладает множеством полезных свойств, которые делают его идеальным для множества применений и применений.Он легкий, прочный, прочный, долговечный и устойчивый к воздействию тепла, кислоты, соленой воды и химикатов. Он также менее подвержен ржавчине и коррозии, чем другие металлы и сплавы. Вы найдете титановые трубы на электростанциях, опреснительных установках, морских буровых платформах, а также в повседневных частных и коммерческих структурах и на заводах. Титан также содержится во многих предметах повседневного домашнего обихода.

Металлический титан

Не нужно далеко ходить, чтобы увидеть широкое использование металлического титана.Поскольку титан устойчив к влаге, определенным химическим веществам и экстремальным температурам, этот металл используется на различных производственных объектах, опреснительных установках, нефтегазовых предприятиях и океанских платформах, электростанциях и химических реакторах. Благодаря легкому весу и длительному сроку службы титановые трубы являются популярным дополнением для самых разных зданий, от офисов до больниц и отелей.

Военные и аэрокосмические инженерные компании используют титановые детали в самолетах, оружии и транспортных средствах из-за его способности выдерживать чрезвычайно высокие температуры, а также его устойчивости к ржавчине и коррозии.Титан содержится в различных деталях автомобилей, таких как глушители и выхлопные трубы, а также в ряде уличных принадлежностей, таких как охотничьи ножи, рыболовные катушки и удочки, клюшки для гольфа, пневматические винтовки и пневматические пистолеты.

Использование титанового порошка

Оксид титана также используется по-разному. Его ярко-белая пигментация обычно используется в качестве основы для белой краски, белых карандашей и белых мелков.

Белый оксид титана также используется в макияже, например, в основе, румянах, блеске для губ и блесках для тела.Он осветляет цвет тонера, а его легкий блеск усиливает сияние пудры для тела и блеска для губ.

Если вам нужен прочный, долговечный, устойчивый к коррозии материал для вашего следующего проекта, подумайте о титане. В Центре обработки титана вы найдете различные марки титана, детали, размеры листов и многое другое для удовлетворения потребностей вашего проекта. Наши опытные сотрудники помогут вам выбрать идеальный сорт, размер и деталь. Центр обработки титана также предлагает услуги изготовления и распиловки, чтобы вы могли получить именно тот титановый продукт, который вам нужен.

Чтобы узнать больше о Центре обработки титана и наших доступных титановых продуктах и услугах или сделать покупку, свяжитесь с нами сегодня.

6 фактов о титане

Названный в честь колоссальных титанов из греческой мифологии, титан является самым прочным металлом на Земле в соотношении фунт за фунтом. Хотя это не дефицитный металл, он стоит дорого из-за затрат на его добычу и производство. Возможно, вы слышали о титановых клюшках для гольфа или титановых подводных лодках, но знаете ли вы, что в белой глазури для торта есть титан? Вот шесть интересных фактов о знаменитом прочном металле.

1. «Богоподобный» металл не выковывали до 20 века

Еще в 1791 году британский минералог-любитель и церковный пастор Уильям Грегор зачерпнул любопытный черный песок в ручье недалеко от города Корнуолл. Часть песка была магнитной, что, как определил Грегор, было оксидом железа, но другой материал оставался загадкой. Это наверняка был еще один оксид, но не тот, который входит в списки Королевского геологического общества.

Немецкий химик Мартин Генрих Клапрот повторно открыл необычный оксид в 1795 году и дал ему мифологическое название оксид титана в честь божеств, предшествовавших олимпийцам в греческой мифологии

Несмотря на то, что он был открыт в конце 18 века, чистый титан не был изолирован от его оксида до 1910 года, когда американский химик Мэтью Хантер, работавший в General Electric, придумал, как отделить серебристый металл от оксида под воздействием высокой температуры и давление в герметичной «бомбе». «

2. Невероятно легкий и прочный

Титановые сплавы (смеси титана и других металлов) имеют самое высокое отношение прочности к весу среди всех металлов на планете. Чистый титан прочен, как сталь, но на 45 процентов легче.

Впечатляющее соотношение прочности и веса титана

сделало титановые сплавы незаменимыми материалами для авиационных двигателей и корпусов, ракет, ракет — любого применения, где металлические компоненты должны быть как можно более прочными и легкими.

Airbus A380, самый большой пассажирский самолет в мире, содержит 77 тонн (70 метрических тонн) титана, в основном в его мощных двигателях.

Благодаря металлургической инновации 1930-х годов, получившей название «процесс Нокса», промышленная ковка титана в 1940-х и 1950-х годах вошла в полный оборот. Первое применение было в военных самолетах и подводных лодках (как американских, так и российских), а затем в коммерческих самолетах в 1960-х годах.

3. Титан не ржавеет

Коррозия — это электрохимический процесс, который со временем медленно разрушает большинство металлов. Когда металлы подвергаются воздействию кислорода в воздухе или под водой, кислород захватывает электроны, создавая то, что мы называем «оксидами» металлов. Один из наиболее распространенных коррозионных оксидов — оксид железа, он же ржавчина.

Но не все оксиды подвергают основной металл коррозии.Когда титан контактирует с кислородом, он образует тонкий слой диоксида титана (TiO2) на своей поверхности. Этот оксидный слой фактически защищает нижележащий титан от коррозии, вызываемой большинством кислот, щелочей, загрязнениями и соленой водой.

Природные антикоррозионные свойства титана делают его идеальным материалом не только для самолетов, но и для подводных компонентов, которые подвергаются воздействию высококоррозионной соленой воды. Судовые гребные винты почти всегда изготавливаются из титана, как и внутренние балластные и трубопроводные системы корабля, а также бортовое оборудование, подверженное воздействию морской воды.

4. Титан живет в частях тела, от головы до ног

Тот же самый тонкий слой диоксида титана, который защищает титан от коррозии, также делает его самым безопасным материалом для имплантации в человеческое тело. Титан полностью «биосовместим», что означает, что он нетоксичен, не вызывает аллергии и даже может сливаться с тканями и костями человека.

Титан — предпочтительный хирургический материал для имплантатов костей и суставов, черепных пластин, корней зубных имплантатов, колышков для искусственных глаз и ушей, сердечных клапанов, сращений позвоночника и даже уретральных дефектов.Исследования показали, что титановые имплантаты заставляют иммунную систему организма выращивать кость непосредственно на титановой поверхности — процесс, называемый остеоинтеграцией.

Другая причина, по которой титан является популярным для замены тазобедренного сустава и штифтов для переломов костей, заключается в том, что титан имеет знаменитое высокое соотношение прочности и веса, которое делает имплантаты легкими, а также демонстрирует такую же эластичность, как человеческая кость.

5. Он качается в гольф-клубах и другом спортивном инвентаре

По мере того, как в конце 20-го века цена на чистый титан упала, производители начали искать новые коммерческие применения для этого чудо-металла.Легкость титана сделала его идеальным для спортивных товаров.

Самые первые титановые клюшки для гольфа появились в магазинах в середине 1990-х, в том числе гигантский гонщик из Каллавея, известный как Great Big Bertha. Клюшки были дорогими по сравнению со стальными или деревянными драйверами, но их успех побудил других производителей спортивных товаров заняться титаном.

Теперь вы можете найти титан в любом спортивном инвентаре, где вес, прочность и долговечность являются ключевыми: теннисные ракетки, клюшки для лакросса, лыжи, велосипедные рамы, бейсбольные биты, походное и альпинистское снаряжение, походное снаряжение и даже подковы для профессиональных скаковых лошадей. .

6. Белая краска (и глазурь для торта) содержат титан

Только 5 процентов из 6,3 миллиона тонн (5,7 миллиона метрических тонн) титана, производимого ежегодно, выковывается в металл. Подавляющее большинство из них превращается в диоксид титана, тот же материал, который естественным образом защищает титан от коррозии. Диоксид титана используется во всем мире в качестве нетоксичного отбеливающего пигмента для красок, косметики, лекарств и продуктов питания, включая глазурь для белого торта.

Белая краска раньше окрашивалась пигментом на основе свинца, но как только стало известно о влиянии свинца на здоровье, преобладал диоксид титана. Оказывается, пигменты на основе титана обладают некоторыми классными свойствами.

Маляры выбирают белые краски на основе титана, потому что они обладают антикоррозийными свойствами и служат дольше. Оксид титана обладает чрезвычайно высокой преломляющей способностью, придавая ему естественный блеск больше, чем у алмаза, и дает особенно яркий оттенок белого.Оксид титана также отражает инфракрасный свет, поэтому краски на основе титана всегда используются на внешней стороне солнечных обсерваторий для рассеивания инфракрасного света, который размывает изображения.

Титан — металл, который не ржавеет

Сравнение титана и нержавеющей стали

Если говорить о ржавчине, то это нержавеющая сталь, которую вы часто слышите.
Поэтому сравним титан и нержавеющую сталь по коррозионной стойкости.

Существует много видов нержавеющей стали, но, как только это будет довольно грубо упомянуто, это сплав, в котором хром и никель смешаны с железом. Хром и т. Д. Образуют пассивную пленку на поверхности, которая защищает интерьер и становится стойким к ржавчине металлом. Пока он такой же, как титан.

Пассивная пленка нержавеющей стали часто разрушается кислотой, а также хлорид-ионами.Эта коррозионная стойкость к хлорид-ионам — разница между титаном и нержавеющей сталью. (Строго говоря, это не единственное, пожалуйста, держите его здесь.)
Кроме того, нержавеющая сталь — это сплав, титан — это чистый металл, металлический элемент. Опять же, причина разницы в коррозионной стойкости титана и нержавеющей стали. Давайте посмотрим на реальное явление ниже.

Сначала сравним коррозионную стойкость в водном растворе хлорида натрия.(= Представьте, что соленая вода = морская вода.)

концентрация (%)	Температура (℃)	Скорость коррозии титана	Скорость коррозии SUS 304
10	24	0,127 мм / год или менее	0.127 ～ 0,508 мм / год
40	24	0,127 мм / год или менее	0,127 ～ 0,508 мм / год
10	100	0,127 мм / год или менее	0,127 ~ 0,508 мм / год Однако существует местная коррозия
40	100	0. 127 мм / год или менее	0,127 ~ 0,508 мм / год Однако существует местная коррозия

Атомы кислорода и ионы хлора легко заменяют пассивную пленку из нержавеющей стали, при этом образуется хлорид металла, который легко растворяется в воде. И пленка этой части растворяется в воде и теряется. Кроме того, поскольку радиус гидратируемого хлорид-иона невелик, он легко проходит через мелкие поры поверхностного покрытия (пленка растворяется в воде и теряется), а если проходит, она ржавеет.

Таким образом, нержавеющая сталь не коррозионно-стойкая к хлорид-ионам.

Сделав совок с титаном …?
Он не ржавеет, даже если он покрыт грязью.
Устала не потому, что светло.
Вы можете уверенно использовать его не только для земли.

Напротив, поскольку оксидная пленка титана устойчива к хлорид-ионам, она также демонстрирует чрезвычайно высокую коррозионную стойкость даже в хлоридных растворах. Титан также подвержен коррозии под действием восстанавливающих кислот (таких как соляная кислота и серная кислота), но его стабилизируют путем добавления небольшого количества окислителя. В этом случае всегда будьте осторожны с концентрацией окислителя.

Кроме того, нержавеющая сталь может вызвать коррозию из-за легирования нержавеющей стали или коррозию из-за ослабления пассивной пленки.

① Вблизи зоны сварного шва вокруг зоны сварки
карбид хрома выделяется в нагретом месте, и количество хрома рядом с ним является недостаточным.Следовательно, пассивная пленка, образованная хромом, становится труднообразованной и подвергается коррозии.
С другой стороны, титан не придает коррозионной стойкости путем смешивания, сам титан представляет собой вещество, которое образует пассивную пленку, поэтому коррозионная стойкость не будет снижена сваркой (нет необходимости принимать какие-либо меры. и механические свойства возле свариваемой детали ухудшаются, но это уже другая история.).

② Щелочная коррозия, точечная коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением Когда
ионов хлорида прилипают к поверхности нержавеющей стали, пассивная пленка разрушается, как описано выше, но когда к этой части прилагается напряжение, ухудшение металлографической структуры. к напряжению и коррозии, сосредоточенной на той части, где пассивная пленка становится нестабильной (сила концентрируется на слабой части).В результате форма коррозии становится растрескивающейся, и напряжение все больше и больше концентрируется на наконечнике, поэтому трещины будут распространяться по течению кристаллов.

Кроме того, в части с трещинами и в части зазора, поскольку вода в них не легко заменяется, трудно заново подавать растворенные ионы кислорода или водорода в воде, и, как результат, разница в концентрации окислителя. между внутренней и внешней частью зазора гаснут.Затем внутри и снаружи зазора образуется ячейка концентрации окислителя, поэтому ионы хлора мигрируют с внешней стороны трещины и становятся высокой концентрацией.

Трещина прогрессирует все больше и больше, и в тяжелых случаях приведет к разрушению. Некоторое время назад произошло несколько аварий со сварными трубами из нержавеющей стали на атомных электростанциях, которые дали трещину значительно раньше ожидаемого срока службы.
Поскольку оксидная пленка титана также устойчива по отношению к ионам хлора, при комнатной температуре она почти безопасна для щелевой коррозии, точечной коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением.

③ Снижение коррозионной стойкости из-за
Холодная обработка Хотя известно, что коррозия легко возникает в холоднодеформированной нержавеющей стали, причина этого, к сожалению, не ясна. Считается, что скольжение по границам зерен и концентрация деформации к границам зерен могут повлиять на разрушение пассивной пленки, вызванное холодной обработкой, которая по какой-то причине не может быть восстановлена, и, кроме того, мелкие трещины, которые, как предполагается, являются причиной такой.

Поскольку титан является чистым металлом и пассивная пленка также прочная, скольжение по границам зерен и т.п. не влияет на коррозионную стойкость, а в случае титана трещины не влияют на коррозионную стойкость к ионам хлора при комнатной температуре, о которых я уже знаю.

Общий обзор токсичности титана | Международный журнал имплантологической стоматологии

Был проведен поиск обширных данных, упомянутых в методах исследования.Согласно анализу данных, количество статей с 2011 по 2015 год было максимальным — 730; исследование показывает тенденцию быстрого роста в последние годы с большим количеством статей с 2016 по 2018 год. В области специализации автора 995 областей фундаментальной науки были наиболее изученными; области науки об окружающей среде и фундаментальной науки были расширены до области медицины (Таблица 1). Токсичность титановых имплантатов показала 734 результата, включая коррозию титана и гиперчувствительность титана, 1229 статей о токсичности титана, 149 статей о токсичности титанового сплава и 256 статей о синдроме желтого ногтя, заболевании, связанном с титаном (Таблица 2).

Таблица 1 Количество статей, представляющих каждую тенденцию токсичности титана в соответствии с годом Таблица 2 Специализированный объем опубликованных статей в отношении токсичности титана

В разделе «Токсичность титана» исследования в отношении печени, легких и почек цитотоксичность в клетках человека и накопление частиц титана были суммированы. В разделе «Токсичность титановых сплавов» мы обобщили цитотоксичность титановых сплавов и воспалительную реакцию окружающих тканей, вызванную титановыми сплавами. В разделе «Токсичность титановых имплантатов» мы рассмотрели воспалительную реакцию на коррозию титана, гиперчувствительность к титану и потенциальные риски наночастиц, используемых в титановых имплантатах. Наконец, мы рассмотрели токсичность титана, изучив синдром желтого ногтя как заболевание, связанное с титаном, и обсудили риски и потенциальные риски титана.

Токсичность титана

Титан используется в различных областях, таких как косметика, краски, продукты питания, лекарства и материалы для медицинских имплантатов, включая дентальные имплантаты [22, 23].В настоящее время наиболее часто используемой формой титана является порошок TiO ₂. По мере того, как производство порошка TiO ₂ продолжает расширяться, растет озабоченность его влиянием на человека и окружающую среду [24, 25]. Многочисленные исследования сообщили о наличии и токсичности наночастиц TiO ₂ как в моделях на животных, так и в культивируемых клетках человека.

Сообщалось о токсичности наночастиц TiO ₂ (TiO ₂ -NP) для грызунов. Многие авторы изучали биохимические параметры сыворотки, патологические изменения и биораспределение TiO ₂ -NP в печени, почках, легких, селезенке и ткани мозга, используя различные методы, включая анализы биомаркеров крови, гистопатологическое исследование и т. Д.Обсуждалась также зависимость результатов эксперимента от приема (ингаляция, пероральное введение, внутрибрюшинное / внутривенное введение), дозировок и различных размеров наночастиц [21, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33].

В двух исследованиях, посвященных легочной реакции грызунов на субхроническое вдыхание TiO ₂ -NP, Bermudez et al. сообщили о дозозависимом выражении нагрузки в легких у мышей, крыс и хомяков при воздействии широкого диапазона пигмента TiO ₂.У крыс также развились уникальные прогрессирующие фибропролиферативные поражения альвеолярной эпителиальной метаплазии в ответ на высокую дозу TiO ₂ -NP [21, 31]. Warheit et al. также сообщили о видоспецифических кератиновых кистах у крыс в условиях перегрузки [30].

Острая токсичность и биораспределение обсуждались в Wang et al., Chen et al. И Fabian et al. исследования [26,27,28]. Wang et al. [26] сообщили о повреждении печени (отечная дегенерация вокруг центральной вены в печени и пятнистый некроз гепатоцита) и почек (уровень АМК повышался при патологических изменениях почек) после перорального приема большой дозы (5 г / кг). тела) разного размера частиц TiO ₂ (25, 80 и 155 нм).Исследования биораспределения также показали преимущественное накопление TiO ₂ в печени, почках, селезенке и легких, что указывает на способность TiO ₂ переноситься в другие органы после перорального приема. После этого отчета Chen et al. [27] также сообщили о патологических изменениях селезенки, сердца, печени, легких и почек, вызванных острой токсичностью у крыс, которым вводили TiO ₂ -NP. Влияние TiO ₂ на центральную нервную систему (ЦНС) в последнее время привлекает внимание.Valentini et al. исследовали токсичность TiO ₂ -NP для культур корковых нейронов и в головном мозге крыс, сообщили о явном влиянии TiO ₂ -NP на нейронные клетки и мозг крысы и указали на новые доказательства наличия TiO ₂ -NP токсичность в ЦНС [32].

Хотя были сообщения о токсичности титана на животных моделях, Fabian et al. и Warheit et al. [28, 34] сообщили, что риск токсичности титана не был значительно высоким. В эксперименте с низкой дозой TiO ₂ Fabian et al.[28] не сообщили об очевидном токсическом воздействии на здоровье, а также об обнаруживаемой воспалительной реакции или токсичности для органов у крыс, которым внутривенно вводили суспензию TiO ₂ в сыворотке (5 мг / кг веса тела), несмотря на ожидаемое биораспределение. Кроме того, Warheit et al. представил десять различных исследований токсичности, чтобы сформировать базовый набор тестов на опасность для сверхмелкодисперсных частиц TiO ₂ и обнаружил, что большинство исследований указывают на низкий потенциал опасности для млекопитающих или водных видов [34].

Также были изучены эффекты токсичности наночастиц TiO ₂ в культивируемых клетках человека [35,36,37,38,39].В экспериментах по оценке токсичности TiO ₂ использовалось множество линий клеток человека, включая мезотелиальные клетки, эпителиальные клетки, трофобластные клетки и лимфобластоидные клетки. Исследования in vitro, опубликованные Wang et al. показал генотоксичность и цитотоксичность UF-TiO ₂ в лимфобластных клетках человека с индукцией апоптоза после воздействия UF-TiO ₂ [35]. Куку и Кульха использовали поверхностно-усиленную рамановскую спектроскопию (SERS) для получения многомерной клеточной динамической информации, чтобы изучить токсический ответ на TiO ₂ -NP трех клеточных линий вены (HUVEC), карциномы легкого (A549) и фибробластов в коже. (L929).Результаты показали, что L929 является наиболее устойчивой клеточной линией, тогда как клеточные линии HUVEC и A549 показали феномен деформации коллагена и липидов, соответственно [36]. Хотя патологические изменения, такие как апоптоз и фибропролиферативная экспрессия эпителиальных клеток, были изучены на нескольких моделях животных, их точный механизм до сих пор не определен. Недавно Kim et al. сообщили об эксперименте in vitro относительно экспрессии генов муцина в эпителиальных клетках дыхательных путей человека. Авторы подтвердили, что TiO ₂ -NP инициировал TLR4-зависимый путь, ведущий к избыточной продукции MUC5B, которая связана с воспалительной реакцией дыхательных путей человека [37]. В Suarez-Lopez del Amo et al. В эксперименте частицы TiO ₂, полученные после имплантации, собирали и совместно культивировали с эпителиальными клетками ротовой полости (NOK-SI). Два маркера DDR и BRCA1 использовали для обнаружения репарации повреждений ДНК. Авторы предположили, что по сравнению с DDR, BRCA1 является оптимальным маркером для обнаружения повреждений ДНК, вызванных частицами Ti [38].

Имплантаты Ti всегда вставляются в различные сложные среды организма, содержащие различные неорганические и органические молекулы, а также живые клетки. Таким образом, помимо поведения частиц Ti в организме животных и клеточной культуре, в различных экспериментальных условиях изучалось влияние белков сыворотки или других биомолекул на титановый имплантат. Джексон и др. изучили поведение поглощения бычьего фибриногена и бычьего сывороточного альбумина (БСА) на коммерчески чистой поверхности титана [40]. Высвобождение частиц титана в окружающую ткань путем адсорбции белка и последующей десорбции образовавшихся комплексов металл-белок может вызывать различные тканевые реакции. Также было продемонстрировано, что некоторые условия, такие как воспаление или образование микробной биопленки, могут привести к локальному подкислению окружающей среды, и эта среда может быть потенциально опасной для титанового имплантата. Yu et al. обратил внимание на липополисахарид (ЛПС) из-за его решающей роли в качестве медиатора воспаления вокруг имплантата.Исследование показало, что ЛПС значительно ингибирует высвобождение Ti в слабокислых условиях (pH = 2), но способствует высвобождению Ti при умеренно кислых и нейтральных уровнях pH, которые, как предполагается, встречаются в среде вокруг имплантата [41].

Чтобы приблизиться к механизму реакции организма на TiO ₂ -NP, во многих исследованиях сообщалось о воспалительных эффектах, связанных с воздействием TiO ₂ -NP, включая присутствие провоспалительных медиаторов, белков воспаления макрофагов и других воспалительных молекул [ 42]. Взаимодействие между TiO ₂ -NP и воспалительными цитокинами, включая CXCL8, клинически значимый провоспалительный хемокин, также исследовали Batt et al. [43]. Авторы обнаружили, что TiO ₂ -NP может преимущественно адсорбировать CXCL8 (и IFN-γ), что приводит к нарушению хемотаксиса нейтрофилов и изменяет локальную концентрацию медиатора воспаления и может приводить к затрудненному воспалительному ответу.

За потенциальными рисками накопления TiO2 в организме последовали сообщения о металлических осколках от износа титановых протезов.Согласно отчету Engh et al. [44], скопление металлических обломков, таких как титан, алюминий и ванадий, было обнаружено в костном мозге двух пациентов, которым были имплантированы суставы в подвздошной кости. У одного из двух пациентов была диагностирована лейкоцитопения, анемия и общая слабость. Хотя сомнительно, были ли эти условия вызваны накоплением токсичности титана или нет, следует обратить внимание на тот факт, что металлический мусор из изношенных имплантатов может накапливаться в печени, селезенке и костном мозге, вызывая неблагоприятное воздействие на организм и системные заболевания.

Токсичность титанового сплава

Титановые сплавы находят множество применений в медицинской имплантации, включая ортопедические протезы и дентальные имплантаты. Различные исследования были проведены относительно воздействия металлических частиц, которые изнашивались от ортопедических протезов [45]. В 1981 году Рэй [46] провел эксперименты, в которых синовиальные фибробласты человека подвергались воздействию различных препаратов из металлов и сплавов, включая чистый титан и частицы износа из титанового сплава (Ti-6Al-4V).В условиях эксперимента фибробласты, инкубированные с чистым титаном и титановым сплавом, не показали значительного увеличения лактатдегидрогеназы и морфологических изменений. Кроме того, по оценке автора, из-за высокой растворимости ванадия в культивируемых клетках ванадий из титанового сплава может быть потенциально опасным для клетки.

В 1993 году Haynes et al. [47] провели эксперименты с использованием частиц титана-алюминия-ванадия (Ti-Al-V) и кобальта-хрома (Co-Cr) аналогичного диапазона размеров и концентрации, аналогичных тем, которые обнаруживаются в несостоятельных протезах бедра. В экспериментах с абдоминальными макрофагами на крысах Co-Cr давал высокий токсический ответ, в то время как Ti-Al-V увеличивал высвобождение медиаторов, вызывающих воспаление, таких как простагландин E2, интерлейкин-1, интерлейкин-6 и фактор некроза опухоли. Эти результаты предполагают, что частицы изношенного Ti-Al-V могут вызывать высвобождение медиаторов воспаления, влияющих на ткани, окружающие протез, и вызывать остеолиз. Rogers et al. [48] проверили токсичность ванадия и ниобия в титановых сплавах; человеческие моноциты высвобождают больше медиаторов воспаления благодаря Ti-Al-V по сравнению с титан-алюминий-ниобием (Ti-Al-Nb).Таким образом, авторы предположили, что частицы металлического мусора могут привести к потере костной ткани вокруг протеза.

Исследования токсичности титановых сплавов постоянно проводились в 2000-х годах. Hallab et al. [49] проводили эксперименты с лимфоцитами человека. Co-Cr-Mo и Ti-6Al-4V инкубировали с сывороткой человека. Этот эксперимент показал, что комплекс между белком и металлическими частицами вызывает реакцию лимфоцитов; связывание белков с более высокой молекулярной массой вызывало более выраженную воспалительную реакцию. Dalal et al. [50] экспериментировали с влиянием металлических частиц на периимплантные клетки человека, остеобласты, фибробласты и макрофаги. Использовались Co-Cr-Mo, титановый сплав, оксид циркония и сплав циркония. Co-Cr-Mo вызывал токсическую реакцию, которая препятствовала жизнеспособности и пролиферации остеобластов, фибробластов и макрофагов. Все частицы индуцировали высвобождение медиатора воспаления в макрофаги; Co-Cr-Mo, титановый сплав, выделяет больше медиаторов воспаления. Эти результаты показали, что частицы вокруг металлического протеза могут вызвать раздражение и привести к повреждению ортопедических протезов.

На поведение титанового сплава в окружающей среде влияет комплекс факторов. Yu et al. исследовали синергетический эффект альбумина и H ₂ O ₂ на коррозию Ti6Al4V в физиологическом растворе. В присутствии как H ₂ O ₂, так и альбумина скорость высвобождения металла из Ti6Al4V была гораздо более высокой по сравнению с присутствием альбумина и только H ₂ O ₂ [51]. Кроме того, в недавнем исследовании Zhang et al.непрерывно работал над синергическим эффектом альбумина и H ₂ O ₂ на коррозию Ti6Al4V в физиологическом растворе электрохимическим методом и продемонстрировал зависящее от времени растворение Ti6Al4V [52]. Эксперимент показал, что альбумин подавляет растворение в присутствии H ₂ O ₂ в короткие периоды (<24 ч), но в течение более длительных периодов времени скорость растворения увеличивается, что может быть связано с уменьшением оксидной пленки. за счет катализируемого альбумином растворения H ₂ O ₂ продуктов коррозии.Авторы подчеркнули важность реалистичного решения и более продолжительного эксперимента при тестировании коррозионной стойкости металлических биоматериалов.

В зубных титановых имплантатах было высказано предположение, что неудачи имплантации могут быть вызваны воспалительными реакциями в окружающих тканях из-за коррозии титанового сплава или аллергической реакцией на титан и титановые сплавы [2, 3]. Об этой теме и пойдет речь ниже.

Токсичность титановых имплантатов

По данным Американского общества испытаний и материалов (ASTM), в биоматериале имплантата используется четыре класса коммерчески чистого титана (CpTi).CpTi марок I – IV имеют разную степень чистоты с разным количеством внедренных элементов (углерода, кислорода, азота, водорода и железа). Марка V относится к титановым сплавам Ti-6Al-4V, который является наиболее часто используемым сплавом. Кроме того, в настоящее время для обработки поверхности зубных имплантатов на основе титана используются самые разные нанометры. Среди этих материалов покрытия два титансодержащих материала покрытия — это Ti и TiN (нитрид титана), которые были изучены и рекомендованы для улучшения химической и износостойкости титановых имплантатов [53].Несмотря на то, что титан и его сплавы считаются наиболее биосовместимым материалом для имплантатов из-за их благородных биохимических характеристик, износ и коррозия все еще происходят, особенно в экстремальных условиях, например в полости рта. Освободившаяся частица может исходить из слоя титанового покрытия или из самого титанового имплантата. Оба явления были изучены и описаны во многих статьях, и о них будет рассказано отдельно.

Maritini et al. сравнили имплантацию титановых винтов с плазменным напылением титанового порошка (TPS-Ti) и титановых винтов с фторгидроксиапатитным покрытием (FHA-Ti).Авторы сообщили о наличии дисперсии титана внутри костномозгового пространства при имплантации TPS-Ti, что было результатом трения, возникающего на границе поверхности имплантата и кости хозяина, что приводило к потере интеграции в слой покрытия и высвобождению отслоения металла. частицы в окружающие ткани [54].

Точно установлено, что диоксид титана образует и покрывает поверхность имплантата, что делает его очень устойчивым к коррозии. Однако в недавних исследованиях частицы имплантатов были обнаружены в тканях вокруг имплантата, что может убедительно свидетельствовать о том, что на титановом имплантате произошел коррозионный процесс. Также было изучено влияние различных факторов окружающей среды на дентальные имплантаты. Есть сообщения о том, что коррозия значительна в условиях с низким pH или высокой концентрацией фторида [55,56,57,58]. В исследовании in vitro, проведенном Strietzel et al. [55] было обнаружено влияние присутствия фтора на коррозию титана. Коррозия усиливается при более низком pH и меньше подвержена влиянию органических кислот и их значений pH. Schiff et al. [57] проверили влияние фтора и pH на титан и титановые сплавы и обнаружили, что ионы фтора могут разрушать и разъедать титан и пассивирующий слой титана.В качестве титановых сплавов использовались Ni-Ti, Ni-Ti-Co и TiAl6V4. Кроме того, в недавнем исследовании Penarrieto-Juanito et al. оценили выбросы ионов фторида и перекиси водорода из систем дентальных имплантатов и изучили поверхностные изменения в этом процессе. СЭМ-изображения показали чрезмерное окисление поверхностей соединения имплантата и абатмента наряду с высвобождением ионов Ti, Al и V после погружения в 1,23% гель фторида натрия, в то время как в среде перекиси водорода не наблюдалось значительной коррозии [58].

В последнее время появилось больше исследований, посвященных взаимосвязи титановых имплантатов и осложнений или отказов имплантата. Wachi et al. сообщили, что ионы Ti могут участвовать в ухудшающихся эффектах периимплантного мукозита, который может перерасти в периимплантит, сопровождающийся резорбцией альвеолярной кости [59]. Olmedo et al. сообщили о двух случаях реактивного поражения слизистой оболочки вокруг имплантата, связанного с титановыми дентальными имплантатами, в одном случае был диагностирован пиогенная гранулема, а в другом — периферическая гигантоклеточная гранулема.Присутствие металлоподобных частиц в тканях предполагает, что этиология поражений может быть связана с процессом коррозии металлической конструкции. В предыдущем исследовании авторы обнаружили макрофаги, загруженные частицами титана, как индикаторы процесса коррозии в мягкой ткани вокруг имплантата поврежденных дентальных имплантатов человека [60].

Предполагая, что частица имплантата может быть инициатором периимплантита, было проведено множество исследований, чтобы оценить реакцию слизистой оболочки полости рта на титановый имплантат, а также на закрывающие винты имплантата. Чтобы определить корреляцию между частицами титана и периимплантитом, Olmedo et al. провели эксфолиативный цитологический тест и наблюдали частицы внутри и снаружи эпителиальных клеток и макрофагов. Также эксперимент показал, что концентрация частиц имплантата в группе периимплантита была значительно выше, чем в контрольной группе [61]. Недавнее исследование Penmetsa et al., В котором эксфолиативная цитология также использовалась для обнаружения частиц титана в группе с легким гингивитом и в другой группе с умеренным или тяжелым состоянием, также дало аналогичный результат.Шестьдесят процентов образцов в группе средней и тяжелой степени имели частицы титана в периимплантатной цитологии [62].

В Wilson et al. В исследовании было проанализировано 34 из 36 биопсий периимплантита человека [63]. Изображения SEM показали преобладающую частицу титана, окруженную воспалительными клетками. В исследовании упоминаются три возможности, которые могут вызвать присутствие частиц титана в окружающей ткани. Это освобождение из-за трения между имплантатом и поверхностью кости во время установки, износа во время обработки раны при посещениях для технического обслуживания и коррозии [63].Fretwurst et al. сообщили о частицах металла в мягких тканях вокруг имплантата вместе с макрофагами M1 и о повышении концентрации титана при обнаружении лимфоцитов [64]. В связи с высвобождением металлических частиц также определялось повреждение поверхности имплантата во время процедуры установки [65].

С другой стороны, исследование Addison et al. Использование синхротронной рентгеновской микрофокусной спектроскопии для обнаружения следов распределения Ti в тканях продемонстрировало рассеянное и неоднородное распределение Ti в воспаленных тканях, взятых вокруг проникающих в кожу имплантатов Ti.Расположение и характеристики распределения частиц Ti предполагают, что осколки от установки имплантата вряд ли будут основным вкладом. Авторы предположили, что содержание Ti в тканях может быть получено в результате микродвижения и локальной коррозии в поверхностных щелях [66].

Одной из причин выхода из строя имплантата может быть аллергическая реакция на титан. Сообщалось о реакциях гиперчувствительности, таких как эритема, крапивница, экзема, отек, боль, некроз и потеря костной массы из-за титановых зубных имплантатов [15, 67, 68].Несмотря на ограниченность сообщения о болезни, этим нельзя пренебрегать. В нескольких отчетах о случаях, в которых первоначально подозревалась аллергия на титан, после дальнейших исследований аллергическими агентами были другие металлы [69]. Надежность пластыря на текущий титан не гарантируется для клинического использования. Таким образом, кажется, что необходимы дальнейшие исследования и контрмеры [70].

Случай аллергии после установки титановых дентальных имплантатов был зарегистрирован Hosoki et al.[14] у 69-летнего мужчины. Пациенту в 2008 году была проведена успешная имплантация зубов. В 2010 году после установки титанового винта из-за перелома ноги возникла аллергическая экзема. Титановый винт был удален через год; однако экзема уменьшилась только на 50%. Все металлические протезы, кроме винта имплантата и абатмента, были удалены, и реакция экземы уменьшилась до 30%; симптомы остались. Удаление винта и абатмента из титанового имплантата в 2014 году привело к полному выздоровлению.В Корее также сообщалось об аллергии после установки титановых имплантатов [15]. В 2012 году у 70-летней женщины был стоматит, который оказался аллергической реакцией. У этого пациента не было доказательств гиперчувствительности к металлам. Проблем с установкой имплантата не было; однако после того, как абатмент был поднят и протез протез, пациент пожаловался на боль. Удаление протеза подтвердило покраснение десны вокруг брюшной полости. Предполагалось, что аллергические симптомы возникли из-за абатментов, покрытых TiN, и симптомы улучшились после использования титановых абатментов.Патч-тест показал положительный результат на TiN.

Сообщалось также об аллергических реакциях на титановые материалы при использовании ортопедических протезов. Thomas et al. [71] сообщили о симптомах экземы и неправильном формировании кости у 35-летнего пациента мужского пола с титановым имплантатом в переломе руки. В этом случае патч-тест показал отрицательную реакцию на титан, никель, хром, кобальт и т. Д. Однако тест на трансформацию лимфоцитов показал повышенную картину для титана.Кроме того, в 1991 году Lalor et al. также сообщили о реакциях гиперчувствительности к титану и сообщили о пролиферации воспалительных клеток у пациентов с неудавшимися ортопедическими протезами [72].

Хотя биосовместимость титана была оценена как хорошая, поскольку он вызывает меньшую гиперчувствительность, чем другие металлы, это не означает, что симптомы аллергии, связанные с титаном, отсутствуют. Предыдущие отчеты показали, что гиперчувствительные реакции на титан и титановые сплавы могут привести к неудачам в клиническом лечении.Следовательно, симптомы аллергии на компоненты из титана или титановых сплавов также следует учитывать как фактор, связанный с повреждениями зубных имплантатов.

Заболевания, связанные с титаном

Сообщалось, что системные заболевания могут возникать из-за титана. Согласно исследованию Берглунда и Карлмарка [17] в 2011 году, титан можно отнести к причине «синдрома желтого ногтя». У 30 пациентов с синдромом желтого ногтя использовалась энергодисперсионная рентгеновская флуоресценция (EDXRF) для измерения содержания титана в ногтях пациентов; содержание титана оказалось высоким, и титан был идентифицирован как причина синдрома желтого ногтя.Синдром желтых ногтей характеризуется изменением ногтей, бронхиальной обструкцией и лимфедемой. Берглунд и Карлмарк также сообщили, что наиболее частыми симптомами, обнаруживаемыми у пациентов с синдромом желтого ногтя, являются постназальные выделения и связанный с кашлем синусит.

Синдром желтого ногтя был впервые обозначен как медицинский термин Самманом и Уайтом [73] во время их сообщения о пациенте, у которого ногти растут медленно, толще и желтоватого цвета в сочетании с синдромом лимфедемы. В этих случаях также сообщалось о рецидивирующем плевральном выпоте, перемежающемся кашле с бронхиальной астмой, сопровождающемся мокротой, бронхоэктазах [74,75,76] и воспалении гайморовой пазухи и пазухи [77,78,79,80,81]. В 1994 году Varney et al. [79] сообщили о 17 пациентах с синдромом желтого ногтя. Среди них у 14 пациентов был риносинусит (83%), ежедневная слизисто-гнойная ринорея и заложенность носа. Назальные симптомы могут появиться до смены ногтей или появиться одновременно. Кроме того, в 2014 году Пирачини и др. [81] сообщили, что средний возраст пациентов составлял 57 лет в отчете о 21 пациенте; у большинства пациентов в анамнезе была патология, в которой 16 пациентов страдали хроническим респираторным заболеванием и шесть пациентов имели лимфаденопатию.Изменение цвета ногтей оказалось симптомом, который выявлялся после прогрессирования заболевания и не обязательно должен был возникать. Лимфедема также наблюдалась при длительном течении болезни. Плевральный выпот был наиболее частым изменением легких, а хронический синусит, как сообщалось, имел раннее начало. По меньшей мере, у 10 из 20 пациентов отмечалось улучшение симптомов после 6 месяцев непрерывного приема витамина E ₁ в дозе 200 МЕ / день; тем не менее, были постоянные дебаты относительно деталей лечения.

В настоящее время ведутся работы по выяснению патогенеза синдрома желтого ногтя. В 2001 году Д’Алессандро и др. [76] сообщили, что содержание белка в плевральных выпотах было высоким у пациентов с синдромом желтого ногтя, и сообщили о взаимосвязи между гипоальбуминемией и снижением системного альбумина. Как упоминалось выше, в 2011 году Берглунд и Карлмарк [17] обследовали 30 пациентов с синдромом желтого ногтя с помощью EDXRF и обнаружили, что титан был обнаружен при синдроме желтого ногтя. Таким образом, титан был признан возбудителем синдрома желтого ногтя.Сообщалось, что основным источником ионов титана является коррозия, вызванная гальваническими эффектами между титановыми имплантатами и реставрациями из золота и / или амальгамы, а также коррозия из-за окисления фтора. У 26 пациентов с титановыми имплантатами, в том числе у 20 пациентов с титановыми имплантатами в челюсти и во рту, у 20 пациентов с реставрациями из золота во рту, у 2 пациентов с реставрациями из амальгамы и у 2 пациентов с золотыми кольцами было возможно оральное гальваническое действие. У 4 из этих пациентов удаление золотой реставрации привело к исчезновению симптомов, вызванных гальваническим воздействием.Пациенты с имплантатами с симптоматическим выздоровлением испытывали рецидив симптомов при последующем повторном воздействии титана. У 3 пациентов стоматологические титановые инструменты подвергались воздействию фторидных гелей и фторидных растворов [17]. У некоторых других пациентов диоксид титана, содержащийся в лекарствах, считался источником ионов титана. Четверо пациентов мужского и женского пола страдали синдромом желтого ногтя после приема препаратов, содержащих TiO ₂, таких как диклофенак, целекоксиб и зопиклон, а также жевательная резинка, конфеты и солодка.В этом случае симптомы устранялись отказом от лекарств [17]. В других сообщениях показан случай синдрома желтого ногтя после приема лекарства, содержащего TiO ₂. В этих отчетах симптомы улучшились после прекращения приема наркотиков [17, 82].

В дополнение к вышеупомянутым сообщениям, существует множество отчетов, показывающих связь между синдромом титана и желтого ногтя. В 2015 году Decker et al. [19] сообщили о случае 67-летней пациентки, которая потеряла когти за 18 месяцев до этого и за последние 5 лет у нее были изменения в бронхите, синусите и ногтях.Ингаляционные кортикостероиды использовались при начальных симптомах постоянного кашля, но не были эффективными. За этими ранними респираторными симптомами спустя 3 года последовали изменения ногтей. В то же время было перенесено Pseudomonas aeruginosa, бронхитов и синуситов. Лимфедемы не наблюдалось, назначено лечение витамином Е 1600 МЕ / день. EDXRF ногтей показал высокий уровень титана; восемь реставраций из амальгамы и фторсодержащие зубные пасты использовались ежедневно в полости рта.Сообщалось также, что в анамнезе она регулярно принимала диоксид титана через цетиризин (10 мг / день) и жевательную резинку (4-8 штук в день). Атая и др. [20] сообщили о 56-летней женщине, у которой сразу после имплантации появились симптомы синдрома желтого ногтя. Хронический синусит, кашель, смена ногтей и гайморит — все вылечились после удаления имплантата. Однако они сообщили, что на ногтях изменений не было. Этот отчет также показал, что синдром желтого ногтя был связан с титаном.Dos Santos [83] также сообщил о связи синдрома желтого ногтя с титаном в 2016 году, а De Lima и Dos Santos et al. [84] сообщили о наблюдении накопления титана в печени, селезенке, легких, лимфатических узлах и костном мозге в результатах вскрытия пяти наркозависимых пациентов; пигментация титана наблюдалась под микроскопом. Этот отчет выявил системное накопление титана, но без изменений в ногтях.

Как и в вышеупомянутых обзорах, накопление титана наблюдалось у пациентов с «синдромом желтого ногтя», и эта взаимосвязь в настоящее время обсуждается более подробно.В начале отчета Берглунда и Карлмарка было несколько сообщений об относительной связи между синдромом титана и желтого ногтя [17]; напротив, анатомические исследования наркозависимых пациентов не показали наличия «желтых ногтей». Это все еще спорная тема, которая все еще обсуждается. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить взаимосвязь между синдромом титана и желтого ногтя и патогенезом.

Коррозия титана и титановых сплавов

Титановые сплавы были первоначально разработаны в начале 1950-х годов для авиакосмической промышленности.
приложений, в которых их высокое отношение прочности к плотности было
особенно привлекательно.Хотя титановые сплавы по-прежнему жизненно необходимы
аэрокосмической промышленности за эти свойства, признание
отличная стойкость титана ко многим высококоррозийным средам,
особенно окислительные и хлоридсодержащие технологические потоки, имеет
привело к широкому распространению неавиационно-космических (промышленных) приложений.

Из-за снижения стоимости и увеличения доступности титанового сплава
продукты, многие титановые сплавы стали стандартными инженерными материалами
для множества общепромышленных приложений.Фактически, растущая тенденция
предполагает использование высокопрочных титановых сплавов аэрокосмического происхождения для
промышленное обслуживание, в котором сочетание прочности с плотностью и
Свойства коррозионной стойкости имеют решающее значение и желательны.

Превосходная коррозионная стойкость титановых сплавов является результатом
образование очень стабильного, непрерывного, прочного и защитного
оксидные пленки на металлических поверхностях. Поскольку металлический титан очень реактивен
и имеет чрезвычайно высокое сродство к кислороду, эти полезные поверхности
оксидные пленки образуются спонтанно и мгновенно на свежих металлических поверхностях.
подвергаются воздействию воздуха и / или влаги.Фактически, поврежденная оксидная пленка может
обычно восстанавливается мгновенно, если хотя бы следы кислорода или
вода присутствует в окружающей среде. Однако безводные условия в
отсутствие источника кислорода может привести к коррозии титана,
потому что защитная пленка не может быть восстановлена в случае повреждения.

Природа, состав и толщина оксидов защитной поверхности
формы на титановых сплавах зависят от условий окружающей среды.В большинстве
в водных средах оксид обычно представляет собой TiO ₂, но может состоять из
смеси других оксидов титана, включая TiO ₂,
Ti ₂ O ₃ и TiO.
Высокотемпературное окисление способствует образованию
химически стойкая высококристаллическая форма TiO, известная как рутил,
тогда как при более низких температурах часто образуется более аморфная форма TiO,
анатаз или смесь рутила и анатаза.

Хотя эти естественно сформированные пленки обычно имеют толщину менее 10 нм.
и невидимы для глаза, TiO; оксид очень химически стойкий
и подвергается воздействию очень небольшого количества веществ, в том числе горячей концентрированной HCl,
H ₂ SO ₄, NaOH и (особенно) HF.Этот тонкий поверхностный оксид
также является высокоэффективным барьером для водорода.

Методы увеличения коррозионной стойкости титана в
восстанавливающие среды включают:

Увеличение толщины поверхностной оксидной пленки путем анодирования или термического окисления
Анодная поляризация сплава (анодная защита) путем вдавливания
анодный ток или гальваническое соединение с более благородным металлом, чтобы
поддерживать поверхностную оксидную пленку
Нанесение покрытий на поверхности из драгоценных металлов (или некоторых оксидов металлов)
Легирование титана некоторыми элементами
Добавление окислителей (ингибиторов) в восстановительную среду к
разрешение стабилизации оксидной пленки

Титановые сплавы, как и другие металлы, подвержены коррозии в определенных
среды. Основные формы коррозии, которые наблюдались на
эти сплавы включают общую коррозию, щелевую коррозию, анодную точечную коррозию,
водородное повреждение и SCC.

При любом предполагаемом применении титана его чувствительность к
Следует учитывать разрушение из-за любой из этих форм коррозии.
Чтобы понять преимущества и ограничения титановых сплавов,
будет объяснена каждая из этих форм коррозии. Хотя они не
общие ограничения характеристик титанового сплава, гальваническая коррозия,
коррозионная усталость и эрозионная коррозия включены в интересы
полнота.

Общая коррозия характеризуется относительно равномерным воздействием на
открытая поверхность металла. Иногда общая коррозия в водной
среда может принимать форму пятнистых, сильно шероховатых металлических поверхностей, которые
напоминают локализованную атаку. Это часто происходит из-за вариаций
скорость коррозии локализованных участков поверхности из-за локальной маскировки
металлических поверхностей технологическими окалинами, продуктами коррозии или пузырьками газа;
такая локальная маскировка может предотвратить истинную равномерную атаку поверхности.

Титановые сплавы могут подвергаться локальным атакам в узких щелях.
подвергается воздействию горячих (> 70 ^o C) хлоридов, бромидов, йодидов, фторидов,
или сульфатсодержащие растворы. Щели могут возникать из-за прилипания
отложения технологического потока или окалины, соединения металла с металлом (например,
плохая конструкция сварного шва или соединения трубы с трубной решеткой), а также между прокладкой и металлом
фланцевые и другие уплотнительные соединения.

Точечная коррозия определяется как локальная коррозионная коррозия, возникающая на открытых
открытые металлические поверхности при отсутствии видимых щелей.Эта точечная коррозия возникает, когда потенциал металла превышает
потенциал анодного пробоя пленки оксида металла в данной среде.
Когда потенциал анодного пробоя металла равен или меньше
потенциал коррозии при заданном наборе условий, спонтанный
можно ожидать питтинга.

Титановые сплавы широко используются в водородсодержащих средах и
в условиях, когда гальванические пары или катодный заряд вызывают
водород выделяется на металлических поверхностях. Хотя отличное исполнение
для этих сплавов в большинстве случаев обнаружено водородное охрупчивание.
наблюдалось.

Поверхностная оксидная пленка титана является высокоэффективным барьером для
проникновение водорода. Следы влаги или кислорода в водородсодержащих
среды очень эффективно поддерживают эту защитную пленку, таким образом
предотвращение или ограничение поглощения водорода. С другой стороны, безводный
атмосфера газообразного водорода может привести к абсорбции, особенно в
температура и давление повышаются.

Растрескивание под напряжением (SCC) — явление разрушения или растрескивания.
вызванный комбинированным действием растягивающего напряжения, восприимчивого сплава,
и агрессивная среда. Металл обычно не показывает признаков
общее коррозионное воздействие, хотя небольшое локальное воздействие в виде
может быть видна точечная коррозия. Обычно только определенные комбинации
металлургические и экологические условия вызывают SCC. Это важно
потому что часто можно устранить или уменьшить чувствительность SCC путем
изменение металлургических характеристик металла или
состав окружающей среды.

Другой важной характеристикой SCC является требование, чтобы
стресс присутствует. Эти напряжения могут быть вызваны холодной работой, остаточным
напряжения, возникающие при изготовлении, или внешние нагрузки.

Ключом к пониманию SCC титановых сплавов является наблюдение, что
отсутствие видимой коррозии, равномерной или локальной, обычно предшествующей
процесс взлома. В результате иногда бывает трудно
инициировать растрескивание в лабораторных испытаниях, используя обычные методы испытаний.

Также важно различать два класса титана.
сплавы. Первый класс, который включает классы ASTM 1, 2, 7, 11 и 12,
невосприимчив к SCC, за исключением нескольких особых условий. Эти конкретные
среды включают безводные растворы метанола / галогенидов, азот
тетроксид (N ₂ O ₄), а также жидкий или твердый кадмий. Второй класс
титановые сплавы, в том числе аэрокосмические титановые сплавы, были
оказался восприимчивым к нескольким дополнительным средам, большинство
особенно водные хлоридные растворы.

Сочетание титана с разнородными металлами обычно не дает
ускоряют коррозию титана. Исключение составляют сильно
восстанавливающие среды, в которых титан сильно корродирует и не
легко пассивируется. В этой необычной ситуации ускоренная коррозия
может возникнуть, когда титан соединен с более благородными металлами. В нормальном
пассивное состояние, материалы с более высоким потенциалом коррозии
благотворно влияют на титан.

Общая коррозионная стойкость титана может быть улучшена или расширена.
с помощью одной или комбинации следующих стратегий:

Легирование
Ингибиторные добавки в окружающую среду
Обработка поверхности драгоценных металлов
термическое окисление
Анодная защита.

Легирование. Возможно, наиболее эффективное и предпочтительное средство для наращивания
устойчивость к общей коррозии в восстановительной среде была достигнута
легирование титана определенными элементами. Полезные легирующие элементы
включают драгоценные металлы (> 0,05 мас.% Pd), никель (> = 0,5 мас.%) и / или
молибден (> = 4 мас.%). Эти добавки способствуют катодной деполяризации.
за счет обеспечения участков низкого водородного перенапряжения, смещающего сплав
потенциал в благородном направлении, где возможна пассивация оксидной пленки.
Относительно небольшие концентрации некоторых драгоценных металлов (порядка
0,1 мас.%) достаточны для значительного увеличения коррозионной стойкости
титана в восстановительной кислотной среде.

Эти полезные легирующие добавки были включены в несколько
коммерчески доступные титановые сплавы, включая титан-палладиевый
сплавы (марки 7 и 11), Ti-0,3Mo-0,8Ni (марка 12), Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo,
Ti-15Mo-5Zr и Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo. Все эти сплавы предлагают расширенные
применение в более горячей и / или более сильной HCl, H ₂ SO ₄,
H ₃ PO ₄ и другие восстанавливающие кислоты по сравнению
к нелегированному титану. Высокомолибденовый
сплавы предлагают уникальное сочетание высокой прочности, низкой плотности и
превосходная коррозионная стойкость.

Рис. 1. Коррозия разнородных металлов, связанная с
титан в проточной морской воде при температуре окружающей среды

Является ли гальваническая коррозия между имплантатами из титанового сплава и позвоночника из нержавеющей стали клинической проблемой?

Реферат

Справочная информация

Хирурги не решаются смешивать компоненты, изготовленные из разных классов металлов, опасаясь осложнений, связанных с гальванической коррозией.Однако исследования in vitro не продемонстрировали значительного потенциала гальванической коррозии между титаном и нержавеющей сталью, двумя основными металлическими сплавами, используемыми для спинных имплантатов. Гальваническая коррозия, возникающая в результате смешения металлов, не описана в литературе для систем спинных имплантатов.

Цель

Определить, влияет ли гальванический потенциал на коррозию in vitro компонентов спинного имплантата из титана и нержавеющей стали во время циклического компрессионного изгиба.

Дизайн / постановка исследования

Двусторонние конструкции спинального имплантата, состоящие из транспедикулярных винтов, щелевых соединителей, стержней диаметром 6,35 мм и поперечного стержневого соединителя, собранные в полиэтиленовые тестовые блоки, были протестированы in vitro. Две конструкции имели стержни из нержавеющей стали со смешанными компонентами из нержавеющей стали (SS-SS) и титана (SS-Ti), а две конструкции имели титановые стержни со смешанными компонентами из нержавеющей стали (Ti-SS) и титана (Ti-Ti).

Методы

Каждую конструкцию погружали в фосфатно-солевой буфер (pH 7.4) при 37 ° C и испытаны при циклическом сжатии изгиба с использованием функции управления синусоидальной нагрузкой с пиковой нагрузкой 300 Н и частотой 5 Гц до достижения уровня 5 миллионов циклов. Затем образцы были удалены и проанализированы визуально на предмет коррозии. Кроме того, для оценки степени коррозии межсоединений использовались сканирующая электронная микроскопия (SEM) и энергодисперсионная спектрометрия (EDS).

Результаты

Ни одна из конструкций не вышла из строя во время тестирования.Грубое наблюдение за компонентами имплантата после разборки показало, что на поверхности имплантатов, которые не контактировали с другим компонентом, не было коррозии. Интерфейсы Ti-Ti показали некоторые незначительные признаки коррозии, которые можно было обнаружить только с помощью SEM и EDS. Наибольшее количество коррозии произошло на границах раздела SS-SS и было качественно меньше на интерфейсах SS-Ti и Ti-SS.

Выводы

Результаты этого исследования показывают, что при динамической нагрузке в физиологическом растворе компоненты имплантата из нержавеющей стали более подвержены коррозии, чем титан.Кроме того, гальванический потенциал между разнородными металлами не оказывает заметного влияния на коррозию ни того, ни другого. Хотя смесь титанового сплава с нержавеющей сталью не рекомендуется, результаты этого исследования показывают, что гальваническая коррозия менее выражена в смешанных интерфейсах SS-Ti, чем во всех конструкциях из нержавеющей стали.

Ключевые слова

Коррозия

Динамическое тестирование

Имплантаты транспедикулярных винтов

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

Ссылки на статьи

Титан — идеальный металл для замены частей человеческого тела

Чтобы отметить Международный год Периодической таблицы химических элементов, мы рассмотрим, как исследователи изучают некоторые элементы в своей работе.

Сегодня это титан, металл, известный своей прочностью и легкостью, поэтому он идеально подходит для изготовления замены бедер, колен и других частей нашего тела, но он также используется в других отраслях промышленности.

Титан получил свое название от титанов из древнегреческой мифологии, но этот полностью современный материал хорошо подходит для огромного числа высокотехнологичных приложений.

С химическим символом Ti и атомным номером 22 титан представляет собой металл серебристого цвета, который ценится за его низкую плотность, высокую прочность и устойчивость к коррозии.

Впервые я изучал титан, получив степень магистра в Институте исследований металлов Китайской академии наук в 1999 году.Одним из моих проектов было исследование формирования титановых сплавов на предмет их высокопрочных характеристик.

Прочитайте больше:
От бронзового века до консервных банок: вот как олово изменило человечество

С тех пор область применения этого металла росла экспоненциально, от его использования (в виде диоксида титана) в красках, бумаге, зубной пасте, солнцезащитных кремах и косметике до его использования в качестве сплава в биомедицинских имплантатах и аэрокосмических инновациях.

Особенно впечатляет идеальное сочетание титана и 3D-печати.

Индивидуальный дизайн из 3D-печати

Титановые материалы дороги и могут быть проблематичными при использовании традиционных технологий обработки. Например, его высокая температура плавления (1670 ℃, намного выше, чем у стальных сплавов) является проблемой.

Таким образом, относительно невысокая точность 3D-печати меняет правила игры для титана. В 3D-печати объект создается слой за слоем, и дизайнеры могут создавать удивительные формы.

Это позволяет изготавливать изделия сложной формы, такие как запасные части челюстной кости, пятки, бедра, зубные имплантаты или краниопластические пластины в хирургии. Его также можно использовать для изготовления клюшек для гольфа и деталей самолетов.

Даже контейнеры для пива выигрывают от 3D-печати титаном.

CSIRO работает с промышленностью над разработкой новых технологий 3D-печати с использованием титана. (Он даже сделал дракона из титана.)

Достижения в области 3D-печати открывают новые возможности для дальнейшего улучшения функции имплантатов индивидуальных частей тела, изготовленных из титана.

Такие имплантаты могут быть пористыми, что делает их легче, но пропускает кровь, питательные вещества и нервы и даже может способствовать росту кости.

Сейф в кузове

Титан считается наиболее биосовместимым металлом — не вредным и не токсичным для живых тканей — из-за его устойчивости к коррозии, вызываемой жидкостями организма. Эта способность противостоять суровой окружающей среде тела является результатом защитной оксидной пленки, которая образуется естественным образом в присутствии кислорода.

Прочитайте больше:
Водород является топливом для ракет, но как насчет энергии для повседневной жизни? Мы приближаемся

Его способность физически связываться с костью также дает титану преимущество перед другими материалами, которые требуют использования адгезива, чтобы оставаться прикрепленным. Титановые имплантаты служат дольше, и для разрыва связей, соединяющих их с телом, требуются гораздо большие силы по сравнению с их альтернативами.

Титановые сплавы, обычно используемые в несущих имплантатах, значительно менее жесткие и по своим характеристикам ближе к человеческой кости, чем нержавеющая сталь или сплавы на основе кобальта.

Аэрокосмическая промышленность

Титан весит примерно вдвое меньше стали, но на 30% прочнее, что делает его идеально подходящим для аэрокосмической промышленности, где важен каждый грамм.

В конце 1940-х годов правительство США помогло наладить производство титана, поскольку оно увидело его потенциал для «самолетов, ракет, космических кораблей и других военных целей».

Титан становится все более популярным материалом для авиаконструкторов, стремящихся создавать более быстрые, легкие и эффективные самолеты.

Около 39% одного из самых современных истребителей в мире F22 Raptor ВВС США изготовлено из титана.

Титановая деталь, напечатанная на 3D-принтере (внизу), а также алюминиевая деталь (вверху), которую она заменит на F-22 Raptor: титановая деталь не подвержена коррозии, ее можно купить быстрее и дешевле.
Фото Р. Найла Брэдшоу ВВС США.

Гражданская авиация двигалась в том же направлении, что и новый Boeing 787 Dreamliner, сделанный на 15% из титана, что значительно больше, чем у предыдущих моделей.

Две ключевые области, где титан используется в авиалайнерах, — это их шасси и реактивные двигатели. Шасси должно выдерживать огромное количество силы, прилагаемой к нему каждый раз, когда самолет ударяется о взлетно-посадочную полосу.

Прочность

Titanium означает, что он может поглотить огромное количество энергии, излучаемой при приземлении самолета, не ослабевая.

Термостойкость

Titanium означает, что его можно использовать в современных реактивных двигателях, где температура может достигать 800 ℃. Сталь начинает размягчаться при температуре около 400 ℃, но титан может выдерживать высокую температуру реактивного двигателя, не теряя своей прочности.

Где найти титан

В своем естественном состоянии титан всегда находится в связке с другими элементами, обычно в вулканических породах и образовавшихся из них отложениях.

Наиболее часто добываемыми материалами, содержащими титан, являются ильменит (оксид железа и титана, FeTiO ₃) и рутил (оксид титана, TiO ₂).

Ильменит наиболее распространен в Китае, тогда как в Австралии самая высокая доля рутила в мире, около 40% по данным Geoscience Australia.Он встречается в основном на восточном, западном и южном побережье Австралии.

Оба материала обычно извлекаются из песков, после чего титан отделяется от других минералов.

Прочитайте больше:
Где ты вырос? Как стронций в зубах может помочь ответить на этот вопрос

Австралия — один из ведущих мировых производителей титана, объем производства которого в 2014 году превысил 1,5 миллиона тонн. ЮАР и Китай являются двумя следующими ведущими производителями титана, производящими 1,16 и 1 миллион тонн соответственно.

Находясь в десятке самых распространенных элементов в земной коре, ресурсы титана в настоящее время не находятся под угрозой — хорошая новость для многих ученых и новаторов, которые постоянно ищут новые способы улучшить жизнь с помощью титана.

Как сделать дракона из титана!

Если вы академический исследователь, работающий с определенным элементом периодической таблицы Менделеева, и у вас есть интересная история, которую можно рассказать, то почему бы не связаться с вами.

Титан ржавеет ли: Титан ржавеет?При какой температуре хорошо содержится?