הטיטניום היא מתכת מיוחדת מאוד – חזקה יותר מפלדה וקלה ממנה בהרבה.
לא סתם שְמַה של המתכת הוא טיטניום – על שמם של הטיטנים – ענקים מהמיתולוגיה היוונית.
בנוסף, יש לה הגנה טובה מפני חלודה – טובה אף יותר מזו של פלדת האל-חלד (בהמשך הידיעון נסקור את התכונה הזו).
טמפרטורת ההתכה שלו היא 1668 מעלות צלסיוס (גבוהה יותר מטמפ’ ההתכה של הפלדה).
היסטוריה
המתכת התגלתה לראשונה בשנת 1791 על ידי ויליאם גרגור (כומר אנגלי שהיה גם גיאולוג חובב). באחד מסיוריו, גרגור מצא חול שחור והבחין כי הוא (החול) נמשך למגנט.
הוא ערך אנליזה של החול על מנת להבין מאילו חומרים הוא מורכב. אחד החומרים היה מתכת שהתכונות שלה לא התאימו לאף אחד מהיסודות שהיו ידועים אז. המתכת הזו הייתה הטיטניום וזו הייתה הפעם הראשונה שהיא התגלתה.
בשנת 1795 התגלתה המתכת גם על ידי הכימאי מרטין היינריך קלפורת והוא זה שהעניק לה את שמה.
שימושים
התכונות של הטיטניום מאפשרות להשתמש בה במגוון רחב של שימושים. הנה 2 דוגמאות:
תעופה צבאית – כלי תעופה צבאיים (מטוסים ומסוקים כאחד) נדרשים לעמוד בעומסים גבוהים שגורמים לבלאי של החומר.
אם לדייק, בהנדסת חומרים, ישנה תופעה שידועה בשם זחילה (דפורמציה). מדובר בתופעה שמתרחשת בחומרים מוצקים שנמצאים תחת מאמץ למשך זמן ארוך. השפעת המאמץ גורמת לאותם חומרים לעבור למעשה שינוי צורה – דבר שיכול להיות במקרים קיצוניים כה גדול עד כי לא ניתן עוד יהיה לעשות שימוש ברכיב מאחר והוא לא יכול למלא את תפקידו.
הדבר מורגש יותר בחומרים שעוברים חימום לפרקי זמן ארוכים ובטמפרטורות גבוהות – לדוגמא: במנועים של כלי טייס.
הטיטניום נחשבת למתכת חזקה במיוחד (כאמור, חזקה אף יותר מהפלדה) עם רמת התנגדות גבוהה לתופעת הזחילה – שילוב של תכונה זו עם טמפרטורת התכה גבוהה הביא לכך שייעשה שימוש נרחב במתכת ובסגסוגות שלה בייצור של שלדות ומנועים של כלי טייס.
אחד מכלי התעופה המפורסמים שנבנה מטיטניום היה מטוס הריגול שידוע בכינוי הציפור השחורה.
ברוב כלי הטייס, השימוש בטיטניום הוגבל עקב בעיות תקציב. בדרך כלל היו מייצרים מטיטניום רק את החלקים במטוס שהיו חשופים לטמפרטורות הגבוהות ביותר (המעטפת של צינורות הפליטה והקצוות הקדמיים של הכנפיים).
בציפור השחורה, לעומת זאת, נעשה שימוש בטיטניום בכ-85% מהמבנה של המטוס.
הגנה מפני חלודה
כפי שרשמנו בפתח הידיעון, לטיטניום יש גם הגנה טובה מאוד מפני חלודה – טובה אפילו יותר מההגנה של פלדת אל חלד.
כיצד הדבר ייתכן?
כפי שרשמנו בידיעון בנושא פלדת אל-חלד, הפלב”ם היא למעשה סגסוגת ברזל עם מינימום של 10.50% כרום. הכרום מייצר שכבה דקה של תחמוצת על פני השטח של המתכת אשר מונעת קורוזיה.
כאשר מתרחשת פגיעה באותה שכבת מגן (מכל סיבה שהיא), בנקודה שנפגעה מתרחש מגע עם החמצן שבאוויר דבר שמביא ל”החלמה” ולחידושה של שכבת המגן. עם זאת, פלדת אל חלד שנמצאת ליד הים מחלידה במהירות.
המנגנון עובד באופן הבא: טיפות מי ים מותזות על המתכת על ידי הרוח. לאחר התייבשות הטיפות, נשארת על המתכת שכבת מלח. שכבה זו של מלח (קטנה ככל שתהיה) פוגעת בשכבת המגן של המתכת ומונעת מהחמצן מלהגיע אליה ובכך נמנעת ההתחדשות שלה.
בדומה לפלב”ם גם הטיטניום מוגנת באמצעות שכבת מגן של תחמוצת אבל במקרה של הטיטניום שכבת המגן עמידה הרבה יותר כנגד מי ים. (סימוכין: טיטניום וסגסוגותיו במגע עם מי ים ובאווירה ימית בהשוואה לפלב”מ (עבודתו של המהנדס נחום נוה – מומחה לקורוזיה ולהגנה קתודית)).
לפי אתר האינטרנט של חברת Timet® (אחת מהחברות המובילות בעולם בייצור מוצרים שמבוססים על טיטניום), במקרים שבהם נעשה שימוש במי ים, מי כלור או מים מליחים כאמצעי הקירור העיקרי (הדבר נפוץ בתחנות כוח), הצנרת בה עוברים המים עשויה טיטניום שמסופק עם אחריות של 40 שנה, דבר שמעיד על רמת העמידות של המתכת הזו מפני קורוזיה.
התכונה הזו של הטיטניום הופכת אותה לאידיאלית גם לייצור של כלי שייט שכידוע נמצאים במגע מתמיד עם מי ים.
מוזיאון גוגנהיים בעיר בילבאו בספרד שוכן במבנה בעל עיצוב מיוחד מאוד. אחד הדברים שמעניקים למבנה את המראה המיוחד שלו הם לוחות הטיטניום שבהם הוא מצופה.
הנה סרטון קצר שמראה בצורה מצויינת את החוזק של המתכת הזו לעומת חומרים אחרים:
סיכום
לטיטניום יש עוד יתרונות רבים ושימושים רבים. יחד עם זאת, תהליך ההפקה של הטיטניום הוא מורכב מאוד ויקר. יתכן שפיתוח של תהליך הפקה פשוט וזול יותר יביא לכך שהמתכת תהיה בשימוש נרחב יותר (לדוגמא: בתעשיית הרכב) דבר שיביא לייצור מוצרים חזקים ועמידים יותר.
