Рассказы о металлах

Еще в 1908 году Розе и Бартран в США, а Фаруп в Норвегии предложили изготовлять белила не из соединений свинца, как делалось прежде, а из двуокиси титана. По своим качествам титановые белила значительно превосходили свинцовые. К тому же титановые белила не ядовиты (бич свинцовых белил), поскольку двуокись титана безвредна для человеческого организма. Медицине известен случай, когда некий гражданин проглотил за один раз почти пол килограмма двуокиси титана, и это не привело к печальным последствиям.

Со временем двуокись титана стали применять при окрашивании кож, тканей, в производстве стекла, фарфора, эмали, для изготовления искусственных бриллиантов.

Нашлась работа и для другого титанового соединения - четыреххлористого титана, впервые полученного французским химиком Дюма еще в 1826 году. Способность хлорида титана интенсивно образовывать маскирующие дымовые завесы широко использоралась в период первой мировой войны. В мирные же годы это соединение служит для окуривания растений во время весенних заморозков.

Но титан, как мы увидим далее, вправе был претендовать на более серьезную и интересную работу.

И вот, наконец, в 1925 году голландские ученые ван Аркель и де Бур разложением четыреххлористого титана на раскаленной вольфрамовой проволоке получили титан очень высокой чистоты. Вот тогда-то оказалось, что утверждение Хантера о хрупкости титана не выдерживает никакой критики, поскольку металл, полученный ван Аркелем и де Буром, обладал очень высокой пластичностью: его можно было ковать на холоде, как железо, прокатывать в листы, ленту, проволоку и даже тончайшую фольгу.

Теперь гордое имя, которое носил элемент, никому уже не казалось, как прежде, ироническим - перед ним открылась широкая дорога в мир техники.

Словно в благодарность за освобождение из плена примесей титан начал изумлять ученых своими чудесными свойствами. Выяснилось, например, что титан, который почти вдвое легче железа, оказался прочнее многих сталей.

По удельной прочности титан не имеет соперников среди промышленных металлов. Даже такой металл, как алюминий, уступил ряд позиций титану, который всего в полтора раза тяжелее алюминия, но зато в шесть раз прочнее. И что особенно важно, титан сохраняет свою прочность при высоких температурах (до 500°С, а при добавке легирующих элементов - до 650°С), в то время как прочность большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300°С.

Титан - очень твердый металл: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза - железа и меди. Чем выше предел текучести металла, тем лучше детали из него сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести титана в 18 раз выше, чем у алюминия, и в 2,5 раза - чем у железа.

Неудивительно, что когда перед авиаконструкторами встал вопрос, какому металлу доверить преодоление звукового барьера, выбор пал на титан. В зарубежной печати появилось сообщение о создании в США сверхзвукового реактивного самолета «Черная птица», который способен развивать скорость более 3200 километров в час. Корпус новой машины изготовлен из титана. Из этого металла сделаны ответственные наружные части и первого в мире сверхзвукового пассажирского самолета ТУ-144: мотогондолы, элероны, рули поворота.

Из титана все чаще изготовляют и многие другие авиационные узлы и детали - от двигателя до болтов и гаек. Кстати, о болтах. По мнению американских специалистов, только в результате замены стальных болтов двигателя титановыми в одном из типов истребителя вес двигателя снижается чуть ли не на сто килограммов. Так как каждый из этих сбереженных килограммов уменьшает вес самолета на 10 килограммов (благодаря облегчению фюзеляжа), общая экономия в весе достигнет тонны. Можно представить себе, что значит снизить вес самолета на целую тонну, если уменьшение веса самолета гражданской авиации всего на 1 килограмм позволяет сэкономить до 400 рублей в год. По прогнозам специалистов, в ближайшие годы доля конструкций из титана и его сплавов в самолетах, скорость которых в 2 - 3 раза выше скорости звука, возрастет до 60 - 90%.

Не обойдется без него и космическая техника. Отличные эксплуатационные качества присущи, в частности, титановым бакам для хранения жидкого кислорода и водорода: при сверхнизких температурах титан не разрушается, как большинство металлов, а наоборот, становится еще прочнее.

По-видимому, титан будет основным конструкционным материалом объектов, монтируемых непосредственно в космосе. Как показали эксперименты, проведенные в 1969 году советскими космонавтами Георгием Шониным и Валерием Кубасовым, этот металл в условиях космического вакуума легко поддается сварке и резке.

К титану с почтением относятся конструкторы не только небесного оборудования. Одна иностранная фирма, например, изготовляет из него велосипедные рамы: такая рама весит чуть больше килограмма, а вес всего велосипеда при этом - менее 7 килограммов!

Титан привлек к себе внимание и химиков. На одном из заводов был проведен следующий эксперимент. Из чугуна, нержавеющей стали и титана изготовили три насоса для перекачки агрессивных жидкостей. Первый был «съеден» через трое суток, второй продержался 10 дней, а третий (титановый) и через полгода непрерывной работы оставался цел и невредим.

Несмотря на то, что титан еще очень и очень дорог, замена им более дешевых материалов во многих случаях оказывается экономически выгодной. Так, корпус реактора одного из химических аппаратов, изготовленный из нержавеющей стали, стоит 150 рублей, а из титанового сплава - 600 рублей. Но при этом стальной реактор служит лишь 6 месяцев, а титановый - 10 лет.

Прибавьте еще затраты на замену стальных реакторов, вынужденные простои оборудования и станет совершенно очевидно, что дорогой титан, как ни парадоксально это звучит, дешевле, чем дешевая сталь.

На выставке по применению титана в промышленности, организованной несколько лет назад в Лондоне, демонстрировался широкий ассортимент оборудования химических заводов, изготовленного из титана. Титановые сопла, проработав более двух месяцев в атмосфере горячих газов, содержащих двуокись серы, могли как ни в чем не бывало продолжать трудиться дальше; сопла из нержавеющей стали разрушались после нескольких часов работы.

Успешно используют титан для изготовления деталей, работающих в атмосфере паров хлора, серной или азотной кислоты и других химических «агрессоров». Некоторые предприятия обзавелись даже громадными, высотой 120 метров, вентиляционными трубами из этого металла. Конечно, такая труба дороговата, но зато она простоит без ремонта добрую сотню лет - все затраты окупятся с лихвой.

Широкое применение получил титан при производстве твердых сплавов для режущих инструментов. Тончайшее покрытие из карбида титана значительно повышает режущие свойства инструмента, улучшает качество поверхности обработанных изделий.

Доброй славой пользуются превосходные хирургические инструменты из сплавов титана. Советский врач Юрий Сенкевич - участник интернациональной экспедиции под руководством известного норвежского путешественника Тура Хейердала взял с собой в дальнее плавание на папирусном судне «Ра» титановые хирургические инструменты.