Раскрыты нетрадиционные свойства титановых сплавов
Что приходит на ум, когда вы думаете о металле? Тяжелый, ржавый и холодный? Сегодняшняя тема — титановые сплавы — бросит вызов вашим предположениям. Он может оставаться в воде десятилетиями, не ржавея, быть легким, как пластик, но тверже стали, сцепляться с человеческими костями и даже менять цвет, как радуга. Какие научные тайны скрывают эти противоречивые свойства? Сегодня мы покажем ответы один за другим.
1. Он не ржавеет при замачивании в морской воде.
Ржавчина – обычное явление для металлов, но титановые сплавы – исключение. Погрузите титановые сплавы в морскую воду на десять лет, и они останутся блестящими и новыми. Погребенные под землей на десятилетия, их поверхность остается гладкой и новой. Еще более примечательно то, что их можно использовать для хранения ядерных отходов, учитывая, что коррозионная активность ядерных отходов достаточна для полного разрушения нержавеющей стали.
Секрет кроется в невидимой оксидной пленке: в тот момент, когда титановый сплав вступает в контакт с воздухом, на его поверхности мгновенно образуется оксидная пленка толщиной всего в несколько нанометров (в 10 000 раз тоньше человеческого волоса). Эта пленка действует как непроницаемая «броня», полностью изолирующая титан от внешней воды, кислот и солей. Еще более примечательно то, что как только эта пленка поцарапана, титан немедленно «вызывает» кислород из воздуха для регенерации новой оксидной пленки на поврежденном месте, -по существу обладающей встроенной-способностью «заживлять раны».
2. Его легкость, как и у пластика, позволила ему превзойти другие по плотности и прочности.
Возьмите пару оправ для очков из титанового сплава, и вы можете задаться вопросом: «Это действительно металл?»-его плотность составляет всего 60 % от плотности стали (аналогично алюминию), но ее прочность сравнима со сталью. Это «легкое и прочное» свойство делает титановый сплав фаворитом в аэрокосмической отрасли: фюзеляжи самолетов из титанового сплава могут быть на 30% легче, чем фюзеляжи из стали; Велосипедные рамы из титанового сплава легкие и прочные, благодаря чему езда ощущается как «легкая».
3. Может ли он сраститься с костью после имплантации в организм человека?
В ортопедической хирургии титановый сплав — единственный металл, способный «врастать» в кость. Когда врачи вживляют в организм человека искусственные суставы из титанового сплава или зубные имплантаты, это не вызывает отторжения, как нержавеющая сталь. Вместо этого костные клетки постепенно покрывают поверхность титана, образуя «остеоинтеграцию»-проще говоря, кость воспринимает титан как свой собственный и крепко «обнимает» его.
4. Удивительное волшебство превращения цветов радуги без окрашивания
Обычные металлы могут менять цвет только путем распыления краски или гальваники, но титановые сплавы придумали новый трюк:-под действием электричества (анодирование) они могут превращаться в цвета радуги, такие как розовый, синий, зеленый и фиолетовый, причем без каких-либо красителей.
Это связано с тем, что анодирование изменяет толщину оксидной пленки на поверхности титана. Когда свет падает на пленки разной толщины, возникают разные отражения и интерференции (аналогично принципу цвета мыльных пузырей). Например:
Оксидная пленка толщиной 1. 10 нанометров → выглядит золотистой;
Толщина 2. 30 нанометров → отображается синим цветом;
Толщина 3. 50 нанометров → выглядит фиолетовым
Эта способность менять цвет, просто в зависимости от толщины, сделала титановые сплавы новым фаворитом в ювелирной промышленности.-Титановые ожерелья могут менять цвет в зависимости от угла, что делает их еще более привлекательными,-привлекательными, чем ожерелья,-инкрустированные бриллиантами.
5. Он не хрупкий при температуре -250 градусов и не размягчается при температуре 600 градусов.
Большинство металлов «выходят из себя» при экстремальных температурах: железо становится хрупким при -27 градусах (разбивается, как стекло при одном ударе), а алюминий начинает размягчаться при 100 градусах. Но титановые сплавы подобны «практикующим буддистам» — они остаются удивительно податливыми.
1. При экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273 градуса), его прочность фактически увеличивается, что делает его пригодным для использования в качестве резервуаров для хранения сжиженного природного газа;
2. Он сохраняет свою прочность даже при температуре 600 градусов. Лопатки турбин реактивных двигателей изготовлены из титановых сплавов, способных выдерживать высокие температуры и высокое давление.
6. Способен строить ракеты и делать воки.
Чуть более десяти лет назад титановые сплавы были синонимом «небесных-дорогих металлов».-очистка одной тонны титана стоила столько же, сколько очистка трех тонн стали, и его можно было использовать только в высокотехнологичных-областях, таких как ракеты и истребители. Но теперь вы можете купить сковороды и термосы из титанового сплава всего за несколько сотен юаней.
7. Не дайте себя обмануть «металлам с памятью формы»! Чистый титан не вернется к своей первоначальной форме.
Многие люди считают, что «титан обладает функцией памяти», но это недоразумение, тот, который может автоматически возвращаться к исходной форме после изгиба, — это «титан-никелевый сплав» (никель-титановый сплав), тогда как чистый титан не обладает такой способностью.
Некоторые продавцы когда-то рекламировали, что «оправы для очков из титанового сплава могут автоматически пружинить», но пользователи обнаружили, что «они никогда не могут согнуть их», попытавшись согнуть их.
Помните: сильными сторонами чистого титана являются «легкость, прочность и коррозионная стойкость», а «память формы» — уникальная особенность титано-никелевых сплавов.
Эти, казалось бы, нелогичные свойства титановых сплавов не нарушают законы физики, а скорее представляют собой новый способ для людей исследовать мир металлов. От способности оксидной пленки самовосстанавливаться-до принципа изменения цвета-под воздействием света и ее стабильности в экстремальных условиях - каждое свойство говорит нам о том, что металлы - это не только "ржавеющие, тяжелые и холодные".
