Глава 4. ЗНАКОМЬТЕСЬ - ТИТАН!

ЛЕГКАЯ СТАЛЬ.

Брусок металла неяркого серебристо-серого цвета. ”Сталь” — привычно мелькает в сознании. Но стоит взять брусок в руку, как на мгновение возникает ощущение нереальности происходящего: металл оказывается удивительно, неправдоподобно легким. Это не сталь, а титан.

Любопытно наблюдать за реакцией людей, плохо знакомых с цветными металлами, когда к ним в руки попадает какой- нибудь предмет из титана. Первоначальное удивление (темный металл, а такой легкий!) сменяется недоумением, а затем убеждением, что их "разыгрывают”, и они пытаются разобраться, где же скрывается подвох: вертят предмет в руках, говорят, что внутри металла имеются пустоты и тому подобное. Но никакого подвоха нет. Титан действительно почти вдвое легче железа и всего лишь в полтора раза тяжелее алюминия. Один кубический сантиметр железа имеет массу 7,8 грамма, алюминия — 2,7, титана — 4,5 грамма. Надо признать все же, что 4,5 грамма в кубическом сантиметре не так уж и мало, особенно если учесть, что в кубическом сантиметре магния содержится 1,7 грамма, а такой металл, как литий, вдвое легче воды.

Поскольку к легким относят металлы, удельная масса которых не превышает 5 граммов на кубический сантиметр, то титан, следовательно, самый тяжелый среди легких металлов. Но и ”самый тяжелый”, он все-таки по праву принадлежит к числу легких металлов.

Однако легкость сама по себе еще ничего не решает. Легок натрий, но он плавится уже при температуре около 100 °С и как щелочной металл настолько активен, что его нельзя хранить на открытом воздухе. Хранят этот элемент в керосине. Еще легче и активнее металл литий. Он, как и остальные щелочные металлы, так непрочен, что легко режется обыкновенным ножом.

Мы привыкли к тому, что всякий конструкционный материал имеет свои достоинства и недостатки. Если алюминий,

Например, почти в три раза легче стали, то он и в несколько раз менее прочен и плавится уже при 660 градусах, тогда как точка плавления стали находится выше 1500 °С. Примерно то же самое можно сказать и о магнии.

Интересно, а насколько титан уступает стали по прочности? Титан не уступает стали: он в полтора раза прочнее! Но, может быть, этот металл плавится при невысоких температурах? Титан плавится только при 1660 °С, то есть при более высокой температуре, чем железо и сталь. Так что не зря титан отливает стальным блеском: этот отлив не обманывает.

Но, кроме хорошей прочности, конструкционный материал обязательно должен иметь и такое важное качество, как пластичность. Пластичность — это способность материала изменять свою форму не разрушаясь, и именно в этой способности титану долго было отказано. Еще в сороковые годы нашего века о титане писали, что он ”хрупок и легко превращается в порошок при дроблении в ступке”. Любопытна и следующая запись: "Попытки вытянуть проволоку из титана безуспешны”.

Меньше всего хотелось бы иронизировать над автором приведенных строк, тем более что он поставил перед собой задачу ”заполнить досадный пробел в литературе, посвященной столь важному и интересному химическому элементу”.

На протяжении полутора столетий подлинных свойств металла не знал никто в мире. Но как только стали получать титан достаточной степени чистоты, сразу выяснилось, что причиной хрупкости металла являются примеси, а чистый титан очень пластичный материал. Его куют, как железо, вытягивают в проволоку, прокатывают в листы, трубы, ленты и даже в фольгу толщиной в сотые доли миллиметра.

Титан — более упругий металл, чем магний и алюминий, но менее упругий, чем сталь. Он гораздо тверже алюминия, магния, меди, железа и почти не уступает особо обработанным легированным сталям. Титан — один из немногих металлов, которые наряду с высокой прочностью и пластичностью обладают хорошей вязкостью, то есть противостоят воздействию ударов. Этот металл характеризуется еще и таким ценным свойством, как отличная выносливость.

Важный показатель любого металла — предел текучести. Чем он выше, тем лучше металл сопротивляется нагрузкам, стремящимся смять его, изменить размеры и форму изготовленной из него детали. У титана предел текучести весьма высок: в два с половиной раза выше, чем у железа, в три с лишним раза выше, чем у меди, и почти в 18 раз превосходит этот же показатель для алюминия.

Итак, титан гораздо прочнее и легче обычной углеродистой стали, получаемой из чугуна. Но в современном машиностроении широко распространены не столько углеродистые, сколько легированные стали, то есть сплавы на основе железа с добавками никеля, хрома, марганца, молибдена, вольфрама, а также других цветных и редких металлов. Легированные стали значительно прочнее углеродистых и в несколько раз прочнее технического титана. Выходит, что титан все-таки уступает стали? Нет не уступает! Титан тоже можно легировать и тогда получают сплавы, прочность которых в два- три раза больше прочности чистого титана.

Титановые сплавы — это, быть может, самые совершенные материалы, которыми располагает современная техника. Они превосходят все другие распространенные металлы по такому важному показателю, как удельная прочность. Что это такое? Не что иное, как прочность, приходящаяся на единицу массы.

Чтобы нагляднее постичь это, представим себе такую картину. На помост выходят тяжелоатлеты. Вряд ли нас удивит то, что грузный человек поднимает большую тяжесть. Ведь так оно и должно быть: те, кто полегче, обладают, как правило, меньшей силой, а от массивного, с мощными бицепсами атлета мы ждем и высокого результата. Не зря же в тяжелоатлетическом спорте введены различные весовые категории. А теперь вообразим, что после этого тяжелоатлета на помост вышел скромный, на первый взгляд ничем не примечательный спортсмен, худощавый, среднего роста и с первой попытки покорил тот же самый вес. Кто же из них сильнее? Конечно же, худощавый!

Такую же аналогию можно провести относительно титановых сплавов и специальных сталей. Титановые сплавы почти вдвое легче, а нагрузки выдерживают почти такие же.

Если бы все достоинства титана заключались только в его легкости и прочности, то и этого было бы уже достаточно для развития титановой промышленности, так как и в этом случае игра стоила свеч и нашлось бы немало отраслей, заинтересованных в таком материале. Но, помимо прочности и легкости, титан отличается еще и замечательной стойкостью против коррозии.

КОГДА ОТСТУПАЕТ ЗОЛОТО.

Среди семи с лишним десятков металлов в периодической системе есть небольшая группа элементов, стоящих особняком. Это "химическая аристократия", так называемые благородные металлы. Как патриции среди плебеев, возвышаются они над остальными, неблагородными металлами. Ценность их подчеркивается еще и высокой стоимостью. "Аристократов" всего восемь. Золото, серебро, платину знают все. Остальные пять — металлы платиновой группы: иридий, рутений, родий, осмий, палладий.

Все эти металлы очень тяжелые и одновременно мягкие, хорошо проводят электричество и тепло, легко обрабатываются. Они плавятся при сравнительно высокой температуре, имеют красивый внешний вид. Но не это самое главное, не поэтому они благородные. Всем им свойственна стойкость против воздействия кислот, щелочей, солей и газов. Разнообразно применение благородных металлов. Их используют в химической и ювелирной промышленности, в электротехнике и зубоврачебном деле. Золото является валютным металлом.

Невозмутимость, инертность, спокойствие — вот что такое благородство металла. Золото почти ни с чем не вступает в реакцию и именно поэтому в земной коре оно находится в самородном состоянии. Сколько бы ни пролежало золото под открытым небом, оно не окислится, не заржавеет. Благодаря такой стойкости сохраняются почти в первозданном виде произведения искусства древности, утварь, украшения, которые находят в раскопках спустя тысячелетия.

Черные металлы — основные материалы для современной техники и им поручена самая черная и неблагодарная работа. Миллионы тонн чугуна и стали быстро уничтожает коррозия, и на смену им выплавляют новые миллионы.

С олимпийским спокойствием взирает на события в стане плебеев золото — царь металлов. И так же спокойно ведет оно себя при встрече с агрессивными реагентами — сильнейшими кислотами и щелочами. Золото не вступает в реакцию ни с одним из них, подобно тому как надменный аристократ не снисходит до разговора с первым встречным.

Да, золото не реагирует с сильнейшими разрушителями многих других металлов. Это — правило. Но из некоторых правил бывают и исключения. Так и здесь. Смесь трех частей соляной и одной части азотной кислоты легко растворяет ”царя”. Оттого смесь эта образно названа "царской водкой”. Точно такой результат будет и в том случае, если золото поместить в смесь азотной и серной кислот, в хлорную воду и еще в некоторые реагенты.

Если даже золото не стойко против этих веществ, то что же тогда говорить о неблагородных металлах! Как, наверное, беззащитно будут выглядеть они по сравнению с золотом!.. Но так думать нельзя, потому что предположение это ошибочно.

Как знатность по рождению не гарантирует талантов и высоких моральных качеств, точно так же и химическое "неблагородство” не умаляет имеющихся достоинств. И в хлорной воде, и в смеси азотной и серной кислот, и в разрушительной ”царской водке” при обычной температуре стоек титан!

Разумеется, это совсем не значит, что титан превосходит по своей стойкости золото и другие драгоценные металлы. В подавляющем большинстве агрессивных сред ”химическая аристократия” подтвердит свое благородство и поставит титан на место. Но все равно это не ”подрывает авторитета” нового промышленного металла: нередко он демонстрирует поистине феноменальную стойкость, и не зря пишут в серьезных научных изданиях, что по коррозионной стойкости во многих средах титан не уступает платине.

БРАТ ОКЕАНА.

Если погрузить в океан одинаковые — миллиметровой толщины — пластинки алюминия, медноникелевого сплава ”мо- нель”, нержавеющей стали и титана, то дальнейшие события будут развиваться так.

Вскоре, буквально через несколько дней, алюминий покроется серыми пятнами, а сплав "монель" станет темно-зеленым. Спустя пять месяцев со дня погружения в океан разрушится алюминиевая пластинка. Пластинка "монеля" просуществует на четыре месяца дольше. Нержавеющая сталь более стойко сопротивляется воздействию едкой воды, но и ее образец, довольно быстро сделавшись ржаво-коричневым, растворится через четыре года. Уничтожить сталь помогут ракушки и водоросли — прирастая к металлу, они вызывают разрушительную точечную коррозию.

Пройдут еще годы, десятилетия... Пластинка титана тоже обрастет водорослями и моллюсками, но будет оставаться под их слоем блестящей и невредимой. Минуют столетия, но и через века с титаном практически ничего не случится. За тысячу лет коррозия проникнет в глубь металла... на 20 микрон.

Чем же объясняется такая феноменальная стойкость? Быть может, играют роль далекие родственные связи — ведь, как вы помните, океан — тоже титан?! Нет, разумеется, мифология здесь не при чем. Просто морская вода содержит в себе растворы неорганических солей, особенно хлористые соединения, против которых титан устойчив в противоположность другим металлам.

Но ученым надо знать, как ведет себя тот или иной металл не только в спокойном состоянии, но и в условиях кавитации.

Слово "кавитация” образовано от латинского — "пустота". Чем же вредна пустота? И откуда она берется?! В движущейся воде образуются небольшие пространства (пузырьки), заполненные воздухом. Эти пузырьки очень опасны. Лопаясь, они вызывают постоянные удары жидкости о поверхность обтекаемого тела, такие систематические "выстрелы" разрушают любой материал. Титан очень хорошо противостоит гидравлической кавитации. Вот один очень характерный пример.

Диски из различных материалов вращались в морской воде со скоростью свыше 1000 оборотов в минуту. В подобных опытах особенно повреждаются внешние края диска, так как именно там потоки воды достигают наивысшей скорости. После двухмесячного непрерывного вращения титановый диск "похудел" всего на 0,05 грамма, второй же после титана по стойкости материал разрушался в 80 раз интенсивнее, и его толщина по наружной кромке уменьшилась, тогда как титановый диск нисколько не сделался тоньше.

С титаном связывают будущее судостроения — ведь в морской воде он самый стойкий из промышленных металлов. Ни бронза, ни латунь, ни все другие сплавы на основе меди и никеля не могут соперничать с ним, не говоря уже о нержавеющих сталях, алюминии или магнии.

Правда, драгоценные металлы, за исключением серебра, тоже.

Не вызывают никаких претензий по части стойкости в агрессивной среде морей и океанов, но разве можно серьезно говорить об их широком применении в конструкциях судов? Мы никогда не увидим кораблей с золотыми якорями, с платиновым корпусом или с мачтами из иридия. А вот титановые корпуса и мачты — не пустая мечта.

В мире очень много веществ, обладающих способностью активно разрушать металлы, но подавляющее большинство их получено человеком искусственно и по сравнению с природными веществами количество их еще не так велико. Однако и в самой природе есть весьма агрессивные среды и важнейшая из них — морская вода. Важнейшая потому, что добрых две трети поверхности нашей планеты занимают океаны и моря, и потому, что морская вода, как мы уже узнали, крайне разрушительно действует на металлы. Воздействие это проявляется не только в случае погружения металлов в воду, но и тогда, когда они находятся над океаном или на его берегу. И как хорошо, что люди, наконец, имеют в своем распоряжении металл, который ничуть не боится моря и запасы которого в мире огромны!

Титан очень нужен не только судостроению, но и морской авиации, различным прибрежным сооружениям. В будущем, когда суша нашей планеты будет полностью освоена, когда будут возделаны все без исключения плодородные земли, а потребность в продовольственных ресурсах будет продолжать расти, люди вплотную займутся освоением богатств мирового океана. Помогут им в этом металлы и в первую очередь ~~ титан.

Если титан настолько устойчив в морской воде, то пресная вода для него, вероятно, совершенно не представляет опасности? Да, именно так. Хотя пресная вода тоже далеко не безобидна: обычная мягкая сталь, опущенная в водопроводную воду, уже через сутки покрывается толстым слоем ржавчины. Титан же не разрушается не только в обычной холодной, но даже в кипящей воде.

Одно из коррозионных испытаний титана заключалось в том, что пластинки металла помещали в автоклав, который в свою очередь ставили в печь. Температура нагрева составляла 280 °С, в результате чего давление в автоклаве достигало 480 кПа и на каждый квадратный сантиметр титановой пластинки действовало разрушающее усилие в 140 килограммов. И так продолжалось 13 суток.

Когда же испытания закончились, взору исследователей предстали совершенно не поврежденные титановые пластинки. Они не потеряли ни миллиграмма своей массы и не утратили прочности. А ведь перед испытанием пластинки намеренно изгибали, чтобы титан находился в напряженном состоянии, так как под напряжением металлы разрушаются быстрее.

Титану не страшны никакие атмосферные осадки — ни дожди, ни туманы, ни снег, ни град, совсем не опасен воздух, загрязненный отходами промышленных предприятий. Под открытым небом титан даже не тускнеет. Вот почему его называют "вечным” металлом.

НЕВИДИМАЯ БРОНЯ.

Благородные металлы устойчивы против коррозии вследствие своего "благородства” — то есть присущей им химической невозмутимости. Но почему стоек титан? Ведь его даже при всем желании нельзя отнести к разряду инертных — это один из наиболее активных элементов, постоянно стремящихся вступить в реакцию, и именно этим прежде всего объясняется трудность его выделения из соединений. Все это так, но тем не менее металл демонстрирует завидную коррозионную стойкость.

Теоретически стойкость того или иного металла против коррозии прямо зависит и от так называемого электродного потенциала: чем он выше, тем лучше и коррозионная стойкость, и наоборот. Так вот, по подсчетам и экспериментам, электродный потенциал титана невысок и теоретически титан должен быть по коррозионной стойкости примерно таким же "середнячком”, как магний или алюминий. Чем же объясняется в таком случае его нередко прямо-таки поразительная стойкость?

Вот здесь-то как раз химическая активность металла, стремление вступать в реакцию с другими элементами служит добрую службу. Благодаря своей химической активности титан интенсивно окисляется и на его поверхности образуется тончайшая пленка диоксида титана. И где бы ни находился металл — на воздухе, в воде или в производственных агрессивных растворах — от дальнейшего взаимодействия с разрушающими веществами толщу металла защищает эта тонкая, но чрезвычайно прочная пленка. Пленка настолько тонка, что ее невозможно увидеть не то что невооруженным глазом, но даже и в обычный микроскоп. В быту мы редко пользуемся малыми величинами и кажется, что меньше микрона — тысячной доли миллиметра — нет уже никаких единиц измерения. Однако есть еще ангстрем — десятитысячная доля микрона. Вот в ангстремах-то как раз и выражают толщину оксидной пленки титана.

Хотя защитная пленка необычайно тонка, она достаточно прочна и надежна. Если ее в каком-либо месте специально сцарапать, она ”самозалечивается” и возникает снова как ни в чем не бывало. Оксидная пленка защищает титан не только от коррозии, но и от умеренного механического воздействия, поэтому металл стоек также против эрозии и кавитации.

”Лучший друг” титана — кислород, поскольку является одним из сильнейших окислителей. Другие окисляющие агенты — азотная и хромовая кислоты, вода тоже помогает титану окисляться и тем самым покрываться невидимым защитным панцирем. Наблюдается удивительная картина: окисление, тот же самый процесс, который стремительно съедает железо, превращая его в окисел — ржавчину, делает титан сказочным богатырем, не боящимся почти никаких врагов.

По этой же самой причине влага и сырость — злейшие враги железа и многих других металлов — для титана являются чем-то вроде водных процедур, закаливая и укрепляя его. Так обстоит дело на практике.

Впрочем, свежезачищенная поверхность титана, опущенного в морскую воду или другой раствор, в котором металл стоек, поначалу действительно имеет низкий электродный потенциал— гораздо ниже нуля. Но сразу после погружения потенциал начинает повышаться и вскоре из отрицательного делается положительным. Так что в действительности расхождения между теорией и практикой нет: высокой стойкостью против коррозии обладают металлы с высоким электродным потенциалом, которым обладает и титан, когда находится во многих агрессивных средах.

Поскольку азотная и хромовая кислоты — сильнейшие окислители, не удивительно, что титан не разрушается в них при любых концентрациях и при любых температурах — вплоть до температур кипения. В органических кислотах — уксусной, молочной, стеариновой, лимонной, виннокаменной и многих других — металл настолько стоек, что отполированная его поверхность нисколько не утрачивает своего блеска. Металл абсолютно устойчив во влажном хлоре и его водных соединениях, в соединениях серы, хрома. Хорошую стойкость титан демонстрирует в щелочах, растворах гипохлорита кальция и натрия.

Титан стоек и в целом ряде расплавленных металлов — в жидком магнии, нагретом до 700 °С, в горячих олове, галлии, ртути, литии, натрии, калии. (Это позволяет изготовлять из него специальные контейнеры для транспортировки перечисленных расплавленных материалов, а также черпаки для взятия проб.) Титан стоек и в расплавленной сере.

В растворах серной и соляной кислот титан не разрушается только в том случае, если концентрация их не превышает 5 процентов. Это, конечно, не бог весть какое достижение. Ведь золото, к примеру, без малейшего для себя ущерба переносит соляную и серную кислоты самой высокой концентрации. Но надо все же сравнивать титан с металлами, близко стоящими к нему по своей стоимости и доступности, а не с золотом. Так вот, нержавеющая сталь гораздо менее устойчива в тех же кислотах, чем титан. Хотя титан и разрушается, все же в 25-процентном растворе соляной кислоты он почти в 250 раз устойчивее, чем нержавеющая сталь.

Было бы очень неплохо иметь хотя бы один материал, который совершенно не подвергался бы коррозии. Увы, это нереально. В природе нет ничего вечного. Тогда, может быть, есть такой материал, который хотя и разрушается, но везде одинаково, незаметно, то есть такой, который был бы практически стоек во всех агрессивных средах? Нет и такого материала. Чудес не бывает.

Как разрушается золото — уже говорилось выше. И его "свита” тоже уязвима. В азотной кислоте растворяются палладий и осмий, в "царской водке" — палладий и платина. Серебро интенсивно корродирует при встрече с хлором, сурьмой, мышьяком.

Титан тоже не всемогущ и не претендует на то, чтобы с его помощью решать все проблемы. При контакте со щавелевой, фосфорной, с концентрированными соляной и серной кислотами защитная пленка на поверхности металла разрушается (точнее, скорость ее растворения превосходит скорость образования) , обнажается активный металл и начинается интенсивная коррозия.

Титан не стоек в пероксиде водорода, сухих хлоре и броме, в спиртовой настойке иода. Самый же страшный разрушитель титана — фтор. Совершенно незначительное количество ионов фтора вызывает стремительную коррозию металла. В плавиковой кислоте (соединении фтора с водородом) титан растворяется буквально на глазах — как сахар в горячем чае. Фтор вообще удивительный элемент, он разрушает все на свете. В его струе загораются вещества, которые обычно никогда не горят — кирпич, асбест, железо, сталь и даже... вода, если ее подогреть!

Фтор — самый активный, самый агрессивный элемент в природе, само его название в переводе с греческого языка означает "разрушающий все". И свое название фтор подтверждает на каждом шагу. Так, инертные газы (аргон, гелий, криптон, неон и др.) потому и названы инертными, что не вступают в реакцию ни с одним элементом. Ни с одним! Кроме... фтора. Этот газ светло-желтого цвета воспламеняет (если приблизить к нему) кремний и теллур, мышьяк и бром, иод и сурьму. Благородные платиновые металлы полностью проявляют свое "благородство" и при комнатной температуре не вспыхивают во фторе, как это делают названные выше элементы, но стоит платиновые металлы чуть-чуть нагреть — их постигает та же плачевная участь. И вправду, фтор — "разрушающий все"! Перед таким противником не стыдно отступить и титану.

Коррозионную стойкость титана можно повысить. Делается это различными путями. Вот один из них. В соляной и серной кислотах титан не стоек. Однако достаточно добавить в них немного азотной или хромовой кислоты, как поведение титана меняется самым разительным образом — он делается устойчивым материалом, его разрушение практически прекращается. Точно так действуют на титан и присутствующие в растворе ионы железа, меди и некоторых других металлов.

Поэтому иногда в растворы, в которых титан обычно не стоек, специально добавляют азотную или хромовую кислоту, соединения хлора и некоторые другие вещества, чтобы металл сделался пассивным, устойчивым. Способностью азотной кислоты пассивировать титан как раз и объясняется его кажущаяся столь феноменальной стойкость в "царской водке".

А бывает, что вещества, пассивирующие титан, так называемые ингибиторы коррозии, уже имеются в растворе.

В этом случае металл будет устойчив в концентрированных серной и соляной кислотах, а также в других соединениях, в которых он, как правило, разрушается.

Вот почему лучше всего исследовать стойкость титана в каждом конкретном случае, а особенно когда пригодность титана для применения в данной среде вызывает сомнения.

Ну а если в агрессивном растворе нет пассивирующих титан веществ или ввести их туда невозможно из-за особенностей технологии, что тогда? Отказаться от титана, поискать что-нибудь другое, более стойкое? Можно и так. Но только и среди более стойких, чем обычные сплавы титана, материалов тоже окажутся... титановые сплавы. Речь действительно идет о сплавах титана, но с повышенной коррозионной стойкостью.

Если в титан добавить всего две десятых доли процента благородного металла палладия, то такой сплав делается в десятки, а иногда и в сотни раз более стойким, чем обычные титановые сплавы, а сплав титана с молибденом настолько стоек, что применяется вместо золота в крепких растворах серной, соляной и других минеральных кислот.

Да, наверное, скажете вы, но при чем здесь титан? Ведь высокую стойкость против коррозии обеспечивают палладий, молибден, тантал и другие редкие и благородные металлы. И все же стоек именно титан, добавки других металлов только способствуют этой стойкости.

Если такие же количества ценных металлов добавлять в железо, алюминий, магний или другой какой-нибудь распространенный металл, эффект не будет таким впечатляющим, потому что титан в гораздо большей степени, чем другие металлы, обладает способностью к пассивации — состоянию, когда его надежно укрывает и предохраняет от разрушения тончайшая оксидная пленка — невидимая броня.

ПАРАДОКСАЛЬНЫЙ МЕТАЛЛ.

В 1955 году в одном из номеров американского журнала "Современные металлы" появилась небезынтересная статья, автор которой назвал титан "парадоксальным металлом", имея в виду его противоречивые свойства. А противоречий у металла действительно оказалось предостаточно.

В самом деле, сырье для производства титана имеется в изобилии, добыча руды обходится очень недорого, а металл в деформированном виде в то время стоил дороже, чем серебро. Даже сейчас титан никак не назовешь дешевым материалом.

Еще один парадокс. Точка плавления титана лежит за пределами 1600 °С, но уже при температурах чуть выше 400 °С защитная оксидная пленка на его поверхности повреждается, металл насыщается газами и прочность его значительно понижается. Небольшие добавки других элементов повышают жаростойкость титана на 600 °С, однако такой показатель, конечно же, недостаточен для того, чтобы конкурировать с жаростойкими сплавами на основе железа и никеля.

Сварка титана с титаном не представляет особой сложности, но методы сварки этого металла с другими не разработаны до сих пор. Невозможность сварки титана с различными металлами представляет собой серьезную проблему, на решение которой расходуется много времени и средств. Любопытно и то, что, будучи цветным металлом, титан претерпевает фазовые превращения подобно железу и стали — металлам черным.

Рентгеновские исследования показали, что при комнатной и не слишком высокой температуре кристаллическая решетка у титана — шестигранной формы. С дальнейшим повышением температуры атомы титана перегруппировываются. Решетка.

Принимает форму куба и сохраняет ее вплоть до точки плавления.

Положения статьи можно развить и продолжить.

В азотной кислоте титан демонстрирует превосходную стойкость. Но вот что произошло однажды на американской военной базе Ванденберг. К запуску готовили очередную ракету. Обслуживающий персонал был достаточно квалифицированным и хорошо выполнял знакомую работу. Ничто как-будто не предвещало катастрофы. Но вот бак для окислителя стали заполнять азотной кислотой и в этот момент ракета взорвалась! Тревожно завыли сирены, засуетились машины скорой помощи, грузовики со спасателями помчались к месту аварии. В чем же причина взрыва и последующего пожара? Обслуживающий персонал не допустил никаких оплошностей, никаких нарушений. Но кто-то же был виновен в случившемся? Позднее выяснили, что этот ”кто-то” — титан, из которого был изготовлен бак для окислителя.

Да, титан показывает в концентрированной азотной кислоте завидную стойкость и практически в ней не разрушается. Но иногда при соприкосновении с кислотой, насыщенной оксидами азота, с так называемой красной дымящей азотной кислотой, титан, если он находится под напряжением, может взорваться. Причина кроется в том, что при определенном соотношении в кислоте воды и оксида азота защитная пленка на поверхности титана разрушается и начинается бурная химическая реакция, при которой выделяется водород и много тепла. А затем — взрыв! Взрывная волна в мгновение ока срывает с титана всю защитную пленку и тогда металл загорается.

Но загораются не только ракеты и не обязательно в контакте с кислотой. При определенных условиях порошок титана может вспыхнуть безо всяких контактов с огнем или с какими-либо пожароопасными веществами. Он может загореться самопроизвольно. Точно так же самопроизвольно способны вспыхивать и мелкая стружка, и титановые опилки. Стружка покрупнее может загореться от спички.

Огонь способен возникнуть и на листах титана, которые извлекают из травильных ванн, если температура раствора очень высокая.

Погасить горящий титан очень непросто. Обычно горение обеспечивает и поддерживает кислород, но титан горит даже тогда, когда в воздухе совершенно нет кислорода — ведь этот металл вступает в реакцию с азотом и горит в нем. Чтобы потушить титан, не прибегают к помощи пены, углекислого газа из огнетушителя, воды, которая, попадая на горячий металл, мгновенно разлагается на составляющие элементы — водород и кислород. Образуется гремучая смесь, которая тут же взрывается. Но чем же, в таком случае, тушат воспламенившийся титан? На помощь приходит специальный огнетушительный порошок или совершенно сухой песок. Они и справляются с полыхающим огнем титаном.

Справедливости ради надо заметить, что воспламенение титана случается очень и очень редко, причем почти всегда только в том случае, если недостаточно соблюдались меры предосторожности. Крупные же куски и обрезки металла сами не загораются. Впрочем, то, что титан способен воспламеняться, не всегда плохо. Пиротехники, например, считают, что основное достоинство титана как раз в этом и состоит: ведь благодаря этому можно устраивать ослепительно яркие фейерверки.

В магнитном поле титан не отталкивается подобно меди, золоту или серебру, но и почти не обладает магнитной восприимчивостью. И если железо, никель и некоторые другие металлы сильно притягиваются магнитным полем и остаются намагниченными, когда никакое поле на них уже не действует, то титан можно смело считать практически немагнитным материалом, так как его магнитные свойства выражены очень слабо.

Часто для бытовой электропроводки используют алюминий, так как он проводит электрический ток не намного хуже меди. В подобной роли мы никогда не увидим титан и не потому, что металл этот относительно дорог. Сколько бы ни снижалась его стоимость, электропроводность металла останется постоянной: в тридцать с лишним раз хуже, чем у меди.

Это тоже странно, так как металлы тем и отличаются от неметаллов, что хорошо проводят электричество и тепло. А вот титан — не такой. Кстати, и тепло он проводит тоже плохо.

Титан тверже железа, его ни в коем случае нельзя назвать мягким металлом. Алюминий, мы это прекрасно знаем, тоже не так уж и мягок. Так вот титан в двенадцать раз тверже, чем.

Алюминий, и однако Однако твердость его далеко не всегда.

Достаточна. Особенно это проявляется в тех случаях, когда нужно получить острую кромку, которая обладала бы режущими свойствами.

На одном из предприятий была выпущена опытная партия комплектов столовых приборов. Но когда хозяйки пустили в ход кухонные ножи с лезвиями из титана, разочарованию не было границ: ножи были тупыми и ничего не резали. Экспериментаторы решили было, что ножи просто плохо заточены и интенсивно принялись точить лезвия. Но лезвия по-прежнему остались тупыми. В чем же дело?

А в том, что для ножей титан — недостаточно твердый металл. Их обычно делают из особотвердой инструментальной стали, которая гораздо тверже титана. Поэтому затачивать ножи из титана — пустая затея. Вот почему в комплектах хирургических инструментов из титановых сплавов лезвия скальпелей сделаны не из титана, а из стали. В титановых же столовых наборах только вилки и ложки пригодны к употреблению, а что касается ножей, то они выполняют скорее декоративные, чем непосредственно режущие функции.

Титан имеет и другую характерную особенность, которая в еще большей мере препятствует широкому его использованию в трущихся узлах и деталях. Речь пойдет о склонности титана к налипанию, поверхностному схватыванию с другими металлами, в результате чего детали очень быстро выходят из строя.

При трении титан как бы прикипает к поверхности других металлов. Это приводит к тому, что металлические частицы отрываются от основной массы детали, причем если титан соприкасается с металлами, более твердыми, чем он, то вскоре они оказываются покрытыми слоем растертых частиц титана. И наоборот, если металлы более мягкие, то их частицы отрываются и прирастают к титану. Как в том, так и в другом случае, итог малоутешителен: детали как бы съедают одна другую.

Чтобы при трении изделия не разрушались, обычно применяют смазку, которая в значительной мере ослабляет трение. Это — обычно. Но титан — металл необычный, парадоксальный. Вот и при смазке он нисколько не изменяет своих свойств по части трения и налипания — не помогают масла и жиры, ни мыла, ни спирты и кислоты, ни другие обычно с успехом применяемые смазочные материалы. Даже твердая смазка — и та недостаточно эффективна. Лишь только графит и сернистый молибден оказываются более или менее пригодными смазочными веществами, но лишь в течение непродолжительного времени.

И все же титановые сплавы используют для изготовления трущихся деталей. Благодаря различным трудоемким методам обработки повышается твердость поверхности и намного уменьшается склонность металла к налипанию и задирам, что уменьшает износ деталей.

По склонности к налипанию в сомнительных случаях можно очень точно определить — титан ли тот металл, который у вас в руках. Если по мокрому стеклу провести куском металла и после этого на стекле останется серо-белая черта, значит, это действительно титан. Проба на искру также позволяет легко узнать его среди других металлов: при соприкосновении с абразивным кругом титан испускает пучок белых блестящих искр.

Как уже известно, титан противостоит действию серной кислоты только в том случае, если она очень разбавлена и ее концентрация не превышает 5 процентов. Чем выше концентрация, тем интенсивнее коррозия. Но как вы думаете, когда титан разрушается сильнее: находясь в 40-процентной или же в 60-процентной серной кислоте? Вы, вероятно, решите, что в более концентрированном растворе титан будет и корродировать болев интенсивно. Но в действительности все наоборот. Сначала, правда, титан в 60-процентной кислоте разрушается сильнее, но через несколько часов коррозия его почти совершенно прекращается.

Титан беззащитен против галогенов — фтора, иода, брома, хлора. Погруженный в жидкий бром, металл уже через 15 минут вспыхивает и сгорает дотла. То же самое происходит с титаном и в сухом газообразном хлоре с той, правда, разницей, что воспламенение наступает несколько позже — через сутки. Но если в хлоре будет совершенно мизерное количество влаги (хотя бы одна частичка воды на 20000 частей хлора), поведение металла меняется самым разительным образом и из совершенно нестойкого материала он делается абсолютно стойким в этой среде. Что и говорить, действительно, странный, парадоксальный металл!

Металл, который внезапно вспыхивает и горит так яростно, что его погасить почти невозможно, — успешно используют для противопожарных переборок. Металл, который может взорваться, — широко применяют в ракетных и самолетных двигателях.

А стоит ли того большого внимания, которое ему уделяют, такой капризный металл с целой массой недостатков? Он легкий, да, этого не отнимешь, но ведь алюминий гораздо легче, а о магнии и говорить не приходится... Что же касается прочности, то специальные стали гораздо прочнее его. И по стойкости против коррозии он тоже не чемпион: некоторые металлы превосходят его, причем металлы эти не благородные, а (хотя и редкие, и более дорогие) такие же рядовые, как он, — тантал, к примеру, или цирконий.

Все это так. Но, уступая некоторым другим металлам в легкости, прочности, стойкости против коррозии, титан остается по-прежнему уникальным материалом. Ведь он — единственный металл, сочетающий в себе все перечисленные свойства и тем самым как бы работающий за троих. Именно такое сочетание оправдывает все его недостатки, с избытком компенсируя затраты и трудности, связанные с его производством и применением.