Sifat kimia dan fisik titanium

Titanium adalah logam tahan api yang kuat dan ringan. Paduan titanium sangat penting bagi industri dirgantara dan juga digunakan dalam perangkat keras medis, kimia, dan militer serta peralatan olahraga.

Aplikasi luar angkasa menyumbang 80% dari konsumsi titanium, sementara 20% logamnya digunakan dalam baju besi, perangkat keras medis, dan produk konsumen.

Sifat titanium

Ketika berbicara tentang sifat-sifat titanium, kita tidak dapat mengabaikan sifat fisiknya yang unik. Titanium merupakan logam ringan dengan kepadatan 4,5 gram per sentimeter kubik, sehingga memberikan kekuatan yang sangat baik. Keseimbangan rasio kekuatan terhadap berat ini menjadikan titanium sebagai bahan perancah di bidang kedirgantaraan dan mendorong pengembangan pesawat modern.

Simbol atom: Ti

Nomor atom: 22

Kategori Elemen: Logam Transisi

Massa jenis: 4,506/cm3

Titik leleh: 3038 derajat F (1670 derajat)

Titik didih: 5949 derajat F (3287 derajat )

Kekerasan Mohs: 6

fitur

Paduan yang mengandung titanium dikenal karena kekuatannya yang tinggi, ringan, dan ketahanan korosi yang sangat baik. Meskipun titanium sama kuatnya dengan baja, namun bobotnya sekitar 40% lebih ringan.

Hal ini, ditambah dengan ketahanannya terhadap kavitasi (perubahan tekanan cepat yang menyebabkan gelombang kejut yang melemahkan atau merusak logam seiring waktu) dan erosi, menjadikannya logam struktural yang penting bagi para insinyur dirgantara.

Titanium juga sangat tahan terhadap korosi oleh air dan media kimia. Resistensi ini disebabkan oleh terbentuknya lapisan tipis titanium dioksida (TiO 2 ) pada permukaannya sehingga bahan tersebut sangat sulit ditembus.

Titanium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah. Artinya titanium sangat fleksibel dan dapat kembali ke bentuk semula setelah ditekuk. Paduan memori (paduan yang berubah bentuk saat dingin tetapi kembali ke bentuk aslinya saat dipanaskan) penting untuk banyak aplikasi modern.

Titanium bersifat non-magnetik dan biokompatibel (tidak beracun, tidak menyebabkan alergi), sehingga penggunaannya semakin meningkat dalam bidang medis.

sejarah

Untuk memahami pentingnya titanium dalam industri, kita perlu melihat kembali sejarahnya. Penemuan titanium dimulai pada abad ke-18, namun bentuk destruktifnya baru berhasil diisolasi pada abad ke-20. Dalam beberapa dekade terakhir, titanium secara bertahap menjadi terkenal dan menjadi andalan ilmu pengetahuan dan teknologi. Dengan bangkitnya industri penerbangan, paduan titanium telah menjadi pilihan ideal untuk struktur pesawat terbang. Sifatnya yang ringan dan berkekuatan tinggi membuat pesawat tidak hanya lebih hemat energi, tapi juga lebih aman.

Penggunaan titanium, dalam bentuk apapun, baru benar-benar berkembang setelah Perang Dunia II. Faktanya, titanium tidak diisolasi sebagai logam sampai tahun 1910 ketika ahli kimia Amerika Matthew Hunter memproduksi titanium dengan mereduksi titanium tetraklorida (TiCl 4 ) dengan natrium; sebuah metode yang sekarang dikenal sebagai proses Hunter.

Namun, produksi komersial tidak mungkin dilakukan sampai tahun 1930-an ketika William Justin Kroll menunjukkan bahwa magnesium juga dapat digunakan untuk mereduksi titanium dari klorida. Proses Kroll tetap menjadi metode produksi komersial yang paling umum digunakan saat ini.

Penggunaan besar Titanium yang pertama adalah pada pesawat militer setelah metode produksi yang hemat biaya dikembangkan. Uni Soviet dan Amerika Serikat mulai menggunakan paduan titanium pada pesawat militer dan kapal selam yang dirancang pada tahun 1950-an dan 1960-an. Pada awal tahun 1960an, produsen pesawat komersial juga mulai menggunakan paduan titanium.

Penelitian yang dilakukan oleh dokter Swedia Per-Ingvar Branemark pada tahun 1950-an menunjukkan bahwa titanium tidak memicu respons imun negatif dalam tubuh manusia, sehingga logam tersebut dapat berintegrasi ke dalam tubuh kita. Ini disebut osseointegrasi.

Produksi

Titanium adalah logam ringan yang banyak digunakan yang produksinya terutama bergantung pada metode klorinasi. Dalam proses ini, bijih titanium biasanya bereaksi dengan gas klor dan kokas menghasilkan titanium klorida, yang kemudian direduksi menjadi logam titanium murni melalui suhu tinggi. Proses produksi yang unik dan kompleks ini memberi kami material titanium yang kuat dan ringan untuk meletakkan dasar bagi aplikasi di berbagai bidang.

Meskipun titanium adalah unsur logam terbanyak keempat di kerak bumi (setelah aluminium, besi, dan magnesium), produksi logam titanium sangat sensitif terhadap polusi, terutama oksigen, sehingga pengembangannya relatif baru dan mahal.

Bijih utama yang digunakan dalam produksi titanium primer adalah ilmenit dan rutil, masing-masing menyumbang sekitar 90% dan 10% produksi.

Produksi konsentrat ilmenit pada tahun 2015 mendekati 10 juta ton, meskipun hanya sebagian kecil (sekitar 5%) dari konsentrat ilmenit yang diproduksi setiap tahun yang pada akhirnya diubah menjadi logam titanium. Sebaliknya, sebagian besar digunakan untuk memproduksi titanium dioksida (TiO 2 ), pigmen pemutih yang digunakan dalam cat, makanan, obat-obatan, dan kosmetik.

Pada langkah pertama proses Kroll, bijih titanium dihancurkan dan dipanaskan dengan batubara kokas dalam atmosfer klor untuk menghasilkan titanium tetraklorida (TiCl 4 ). Klorida kemudian ditangkap dan dilewatkan melalui kondensor, menghasilkan cairan titanium klorida dengan kemurnian hingga 99%.

Titanium tetraklorida kemudian dimasukkan langsung ke dalam bejana yang berisi magnesium cair. Untuk menghindari kontaminasi oksigen, buatlah menjadi inert dengan menambahkan argon.

Proses penyulingan selanjutnya dapat memakan waktu beberapa hari, selama itu bejana dipanaskan hingga 1832 derajat F (1000 derajat). Magnesium bereaksi dengan titanium klorida, melepaskan klorida dan menghasilkan unsur titanium dan magnesium klorida.

Titanium berserat yang dihasilkan disebut titanium spons. Untuk menghasilkan paduan titanium dan ingot titanium dengan kemurnian tinggi, berkas elektron, busur plasma, atau peleburan busur vakum dapat digunakan untuk melelehkan spons titanium dengan berbagai elemen paduan.

menggunakan

Penerapan logam titanium di bidang perlengkapan olah raga terutama tercermin pada sepeda kelas atas, tongkat golf, raket tenis, dan peralatan lainnya. Sifat ringan dari logam titanium membuat peralatan olahraga lebih fleksibel dan nyaman, sehingga meningkatkan tingkat persaingan atlet.

Logam titanium banyak digunakan di luar angkasa, industri otomotif, peralatan medis, industri kimia, elektronik dan barang olah raga dan bidang lainnya. Dengan terus berkembangnya dan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi serta peningkatan teknologi, bidang penerapan logam titanium akan terus berkembang. Sifat luar biasa dan keserbagunaan logam titanium menjadikannya bagian tak terpisahkan dari material teknik modern.

 

〔Kutipan〕Bell, Terence. "Sifat dan Sifat Titanium." ThoughtCo, 4 April 2023, thoughtco.com/metal-profile-titanium-2340158.