Es van revelar les propietats no convencionals dels aliatges de titani

Què et ve al cap quan penses en metall? Pesat, rovellat i fred? El tema d'avui, els aliatges de titani, desafiarà les vostres suposicions. Pot romandre a l'aigua durant dècades sense oxidar-se, ser lleuger com el plàstic però més dur que l'acer, unir-se amb els ossos humans i fins i tot canviar de color com un arc de Sant Martí. Quins secrets científics amaguen aquestes propietats contraintuïtives? Avui us desvetllarem les respostes una per una.

 

 

 

L'oxidació és un fet comú per als metalls, però els aliatges de titani són una excepció. Submergeix els aliatges de titani en aigua de mar durant deu anys i emergeixen encara brillants i nous. Enterrats sota terra durant dècades, la seva superfície segueix sent llisa i nova. Encara més notable, es poden utilitzar per emmagatzemar residus nuclears, tenint en compte que la corrosivitat dels residus nuclears és suficient per destruir completament l'acer inoxidable.

 

El secret rau en una pel·lícula d'òxid invisible: en el moment en què l'aliatge de titani entra en contacte amb l'aire, a la seva superfície es forma instantàniament una pel·lícula d'òxid d'uns pocs nanòmetres de gruix (10.000 vegades més prima que un cabell humà). Aquesta pel·lícula actua com una "armadura" impenetrable, aïllant completament el titani de l'aigua externa, els àcids i les sals. Encara més sorprenent, un cop es ratlla aquesta pel·lícula, el titani "invoca" immediatament l'oxigen de l'aire per regenerar una nova pel·lícula d'òxid al lloc danyat-que posseeix essencialment una-capacitat de "cicatrització de ferides" integrada.

 

 

 

Agafeu un parell de marcs d'ulleres fets d'aliatge de titani i us preguntareu: "És realment metall?"-la seva densitat només és del 60% de la de l'acer (similar a l'alumini), però la seva resistència és comparable a l'acer. Aquesta propietat "lleugera i forta" fa que l'aliatge de titani sigui un dels preferits en l'aeronàutica: els fuselatges dels avions fets amb aliatge de titani poden ser un 30% més lleugers que els d'acer; Els marcs de bicicletes fets d'aliatge de titani són lleugers i duradors, fent que la conducció se senti com "lleuger".

 

 

En cirurgia ortopèdica, l'aliatge de titani és l'únic metall que pot "créixer" a l'os. Quan els metges implanten articulacions artificials d'aliatge de titani o implants dentals al cos humà, no provoca rebuig com l'acer inoxidable. En canvi, les cèl·lules òssies cobreixen gradualment la superfície del titani, formant una "osteointegració"-en poques paraules, l'os tracta el titani com si fos propi i l'"abraça" fermament.

 

 

Els metalls normals només poden canviar de color amb pintura o galvanoplastia, però els aliatges de titani han creat un nou truc-aplicant electricitat (anoditzat), poden convertir-se en colors de l'arc de Sant Martí com el rosa, el blau, el verd i el morat, i sense cap colorant.

Això es deu al fet que l'anodització altera el gruix de la pel·lícula d'òxid a la superfície de titani. Quan la llum brilla sobre pel·lícules de diferents gruixos, es produeixen diferents reflexos i interferències (similar al principi de color de les bombolles de sabó). Per exemple:

Pel·lícula d'òxid de 1. 10 nanòmetres de gruix → apareix daurada;

2. 30 nanòmetres de gruix → apareix en blau;

3. 50 nanòmetres de gruix → apareix de color violeta

Aquesta capacitat de canviar de color només basant-se en el gruix ha fet que els aliatges de titani siguin un nou favorit a la indústria de la joieria-els collarets de titani poden canviar de color segons l'angle, fent-los encara més atractius-que els collarets-incrustats de diamants.

 

 

La majoria dels metalls "perden la paciència" a temperatures extremes: el ferro es torna trencadís a -27 graus (es trenca com el vidre amb un sol toc) i l'alumini comença a estovar-se a 100 graus . Però els aliatges de titani són com els "practicants budistes": segueixen sent molt flexibles.

1. A temperatures extremadament baixes properes al zero absolut (-273 graus), la seva duresa augmenta realment, el que el fa apte per al seu ús com a dipòsits d'emmagatzematge de gas natural liquat;

2. Manté la seva força fins i tot a una temperatura elevada de 600 graus. Les pales de les turbines dels motors a reacció de caça es basen en aliatges de titani per suportar altes temperatures i altes pressions.

 

 

Fa una mica més d'una dècada, els aliatges de titani eren sinònims de "metalls-alts de preu"-per refinar una tona de titani costava el mateix que refinar tres tones d'acer, i només es podia utilitzar en camps-de gamma alta com ara coets i avions de caça. Però ara, podeu comprar paelles d'aliatge de titani i termos per només uns quants centenars de iuans.

 

 

 

Molta gent creu que "el titani té una funció de memòria", però això és un malentès, el que pot tornar automàticament a la seva forma original després de doblegar-se és "aliatge de titani-níquel" (aliatge de titani-níquel), mentre que el titani pur no té aquesta capacitat.

Alguns comerciants van anunciar una vegada que "les muntures d'ulleres d'aliatge de titani poden tornar automàticament", però els usuaris van descobrir que "mai no es podrien doblegar" després d'intentar doblegar-les.

 

Recordeu: els punts forts del titani pur són "lleugeresa, resistència i resistència a la corrosió", però la "memòria de forma" és una característica única dels aliatges de titani-níquel.

Aquestes propietats aparentment contraintuïtives dels aliatges de titani no violen les lleis de la física, sinó que representen una nova manera perquè els humans exploren el món dels metalls. Des de l'-capacitat d'autocuració de la pel·lícula d'òxid fins al principi de canvi de color- de la interferència de la llum i la seva estabilitat en entorns extrems, cada propietat ens diu que els metalls no només es refereixen a "oxidar-se, ser pesats i estar freds".