Состав сплава золота и серебра, другие комбинации драгоценных металлов

Современная стоматология представляет собой одну из сфер, обеспечивающих запрос на поиск и изучение свойств новых материалов для изготовления инструментов и конструкций (штифтов, имплантатов, коронок и протезов на имплантатах), работающих в одной из наиболее агрессивных сред, к которым относится ротовая полость человека.

В судостроении

Широко используются титановые сплавы в морском судостроении. Исключительная стойкость титана и его сплавов при воздействии морской воды делает их незаменимыми материалами для обшивки судов, производства деталей насосов, трубопроводов и для других целей морского судостроения.

Главные свойства титана, которые открывают ему большие перспективы в морском судостроении, ― это малая плотность, феноменальная коррозионная стойкость металла в морской воде, стойкость к эрозии и кавитации.

Малая плотность позволяет снижать массу корабля, что повышает его маневренность и дальность хода. Обшитые листами титана корпуса судов никогда не потребуют окраски, так как они десятилетиями не ржавеют и не разрушаются в морской воде. Эрозионная и навигационная стойкость позволят не бояться больших скоростей в морской воде: взвешенные в ней мириады песчинок не повредят титановым рулям, винтам, корпусу. Из титановых сплавов можно изготовлять валы, распорки, опоры, части якоря, выхлопные глушители подлодок. Глушители из титана значительно экономичнее, долговечнее, прочнее медно-никелевых. На подводных лодках титан используется для изготовления различных деталей палубной арматуры, антенн, приборов, рукояток, постоянно погруженных в морскую воду. Они способны служить вечно, не требуя покрасок и ремонтов. Из титана можно сделать и корпуса подводных лодок сверхглубокого погружения (до 6 км).

Кроме того, слабые магнитные свойства титана и его сплавов позволяют применять их для создания самых разнообразных навигационных приборов, устранять девиацию, т. е. влияние металлических частей корабля на навигационные приборы, уменьшать опасность подрыва на магнитных минах. Не исключена возможность создания из титановых сплавов так называемых немагнитных кораблей, крайне необходимых для геолого-геофизических исследований в открытых океанах.

Наибольшие перспективы в судостроении имеет применение титана в производстве конденсаторных труб, турбинных двигателей и паровых котлов. Увеличение размеров кораблей требует резкого повышения мощности двигателей и размеров котлов. Загрязнение последних в процессе эксплуатации приводит к замедлению скорости хода или даже к полной остановке судна. Применение конденсаторов из титана практически снимает проблему очистки котлов. Так, на одном из японских танкеров водоизмещением 164 тыс. тонн титановый конденсатор после эффективной эксплуатации в течение почти 5 тыс. часов не обнаружил ни следов коррозии и загрязнения, ни изменений в микроструктуре металла и его механических свойств.

Читайте также:  20 и 2 способа красиво и нескучно повязать платок или шарф на шею

Серьезно обсуждаются проблемы строительства из титана обитаемых батискафов и батисфер для исследования морских глубин. Американские специалисты создали обитаемый батискаф «Алвин» с титановой оболочкой, который может исследовать глубины океана до 4 километров. Действительно, титан с его высочайшей коррозионной стойкостью и способностью выдерживать огромные давления и нагрузки ― наилучший материал для создания глубоководных аппаратов. Не исключено, что в будущем титан будет широко использоваться для строительства обитаемых экспериментальных жилищ под водой, где станут подолгу жить исследователи океанских и морских глубин, разведчики подводных богатств.

Продолжение статьи читайте в февральском номере журнала «Наука и техника» за 2020 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.

В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой

Какими способами получают титан?

Материал занимает 10 место по распространению в природе. Существует около 70 минералов, содержащих титан в виде титановой кислоты или его двуокиси. Наиболее распространенные из них и содержащие высокий процент производных металла:

  • ильменит;
  • рутил;
  • анатаз;
  • перовскит;
  • брукит.

Основные залежи титановых руд находятся в США, Великобритании, Японии, большие месторождения их открыты в России, Украине, Канаде, Франции, Испании, Бельгии.

Добыча титана – дорогой и трудозатратный процесс

Получение металла из них стоит очень дорого. Ученые разработали 4 способа производства титана, каждый из которых рабочий и эффективно используется в промышленности:

  1. Магниетермический способ. Добытое сырье, содержащее титановые примеси, перерабатывают и получают диоксид титана. Это вещество подвергается хлорированию в шахтных или солевых хлораторах при повышенном температурном режиме. Процесс очень медленный, ведется в присутствии углеродного катализатора. При этом твердый диоксид переводится в газообразное вещество – тетрахлорид титана. Полученный материал восстанавливается магнием или натрием. Сплав, образовавшийся при реакции, подвергают нагреванию в вакуумной установке до сверхвысоких температур. В результате реакции происходит испарение магния и его соединений с хлором. В конце процесса получают губкоподобный материал. Его плавят и получают титан высокого качества.
  2. Гидридно-кальциевый способ. Руду подвергают химической реакции и получают гидрид титана. Следующий этап – разделение вещества на составляющие. Титан и водород выделяют в процессе нагревания в вакуумных установках. По окончании процесса получают оксид кальция, который отмывают слабыми кислотами. Первые два способа относятся к промышленному производству. Они позволяют получать в кратчайшие сроки чистый титан с относительно небольшими издержками.
  3. Электролизный метод. Титановые соединения подвергают воздействию током большой силы. В зависимости от исходного сырья, соединения разделяются на составляющие: хлор, кислород и титан.
  4. Йодидный способ или рафинирование. Полученный из минералов диоксид титана обдают парами йода. В результате реакции образуется йодид титана, который нагревают до высокой температуры – +1300…+1400°С и воздействуют на него электрическим током. При этом из исходного материала выделяются составляющие: йод и титан. Металл, полученный данным способом, не имеет примесей и добавок.
Читайте также:  Базовый гардероб для женщины 40 лет с фото

Виды и ценные свойства

Особенностью химических элементов является возможность существования в виде одной или нескольких модификаций, отличающихся между собой не только по строению, но и по характеристикам.

Химики утверждают, что переход из одной аллотропной формы в другую происходит при фиксированной температуре.

Для титана, имеющего две возможных разновидности ( и  модификации), эта температура составляет 882,5°C, при этом первая разновидность существует в диапазоне значения ниже критического, а вторая разновидность стабильна только при температуре выше указанного значения.

Добавляемые в состав сплава легирующие компоненты:

  • обеспечивают особые свойства готового изделия;
  • имеют различное проявление в зависимости от того, в какой модификации используются в данный момент;
  • обладают способностью изменять температурный показатель аллотропного перехода.

Так при увеличении содержания в сплаве азота, кислорода и алюминия, расширяется область существования α модификации, цирконий и олово не изменяют температуру перехода, а такие элементы, как олово, никель, железо и марганец оказывают влияние на прочность изделий β модификации.

Использование изделий на основе титана рекомендуется для устранения трещин, сколов, восстановления целостности, эстетики и функциональной способности жевательных моляров, уменьшении толщины стенок зубов при развитии кариеса, защиту от уменьшения высоты при изнашивании.

Правильный подбор легирующих веществ позволяет получить сплав, обладающий высокими показателями износостойкости, надежности и прочности.

Для производства обычно используется никелид титана или пористая разновидность этого химического элемента.

Виды и ценные свойства
  • Известны марки титана (1–4), причем разновидность №1 имеет наибольшую пластичность и наименьшую прочность при 20°C, №2 представляет собой одну из основных разновидностей, используемых при промышленном производстве имплантатов.
  • Другим вариантом для изготовления имплантатов является использование специально разработанного состава с добавлением к основному компоненту 6% алюминия и 4% ванадия.

Приведенные выше марки титана, не обеспечивают модуля упругости изготавливаемых конструкций, что в свою очередь оказывает негативное влияние на процесс реабилитации тканей при использовании для изготовления ортопедических протезов.

Кроме этого, указанные  сплавы характеризуются низкой стойкостью к износу и прочностью для использования их с целью изготовления восстанавливающих конструкций.

Поиск и разработка новых составов должен решить противоречие между уменьшением прочности при снижении модуля упругости, необходимого для минимального отличия между показателями сплава и кости, что представляет собой достаточно сложную задачу.

Наиболее приближенный к требуемому показателю модуль упругости, при производстве ортопедических протезов обеспечивает добавление к титану циркония, молибдена или ниобия.

Благодаря своим свойствам, такие сплавы заняли свою нишу и используются для изготовления надежных, хорошо приживающихся опорных конструкций протезов несъёмного и съемного типа.

Читайте также:  Crossfit лучшие кроссовки для занятий кроссфитом

Среди легированных разновидностей сплава, специалисты различают:

  1. Марку ВТ5 (при получении способом литья содержит в конце маркировки букву Л), используемую для изготовления коронок путем литья, основы шинирующих, бюгельных и мостовидных протезов.

    Единственным легирующим компонентом этого состава является алюминий, добавление которого увеличивает удельную прочность, модуль упругости и жаропрочность готового изделия.

    Однако, перечисленные характеристики оказывают негативное влияние на пластичность вещества, что обуславливает необходимость предварительного нагрева перед механической обработкой или использования фасонных отливок.

  2. Марку ВТ6 используют для производства имплантатов, в сплав помимо алюминия добавляется ванадий, обеспечивающий не только прочность, но и пластичность состава.

Перечисленные разновидности титановых соединений с добавлением дополнительных веществ или без них обеспечивает использование материала для изготовления широкого спектра стоматологических конструкций и инструментов, используемых дантистами.

Принцип изготовления хирургического шаблона для имплантации и суть его применения.

В этой публикации обсудим цену метода имплантации All on 6.

Здесь все самое важное об аугментации альвеолярного отростка.

Сплавы против металлов

Металл Обозначение Предел прочности, МПа
Свинец Pb 18
Олово Sn 20
Кадмий Cd 62
Алюминий Al 80
Бериллий Be 140
Магний Mg 170
Медь Cu 220
Кобальт Co 240
Железо Fe 250
Ниобий Nb 340
Никель Ni 400
Титан Ti 600
Молибден Mo 700
Цирконий Zr 950
Вольфрам W 1200

Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.

Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

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.