ไทเทเนียมเป็นธาตุที่มีเลขอะตอม 22 ในตารางธาตุ ซึ่งเป็นรอบที่ 4 ของธาตุกลุ่มย่อย นั่นคือ หมู่ IV B นอกจากไทเทเนียมแล้ว ยังมีเซอร์โคเนียม แฮฟเนียม และลักษณะทั่วไปคือมีจุดหลอมเหลวสูง ที่อุณหภูมิห้องบนพื้นผิวเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ที่เสถียร
คุณสมบัติสิบประการของไทเทเนียม
1.ความหนาแน่นขนาดเล็ก ความแข็งแรงสูง ความแข็งแรงจำเพาะขนาดใหญ่
ความหนาแน่นของไทเทเนียมคือ 4.51g/cm3 ซึ่งคิดเป็น 57% ของเหล็ก ไทเทเนียมมีน้ำหนักน้อยกว่าอะลูมิเนียมสองเท่า และความแข็งแรงของอะลูมิเนียมถึงสามเท่า ความแข็งแรงจำเพาะ (อัตราส่วนความแข็งแรง/ความหนาแน่น) ของโลหะผสมไททาเนียมมีขนาดใหญ่ที่สุดในโลหะผสมอุตสาหกรรมทั่วไป (ดูตารางที่ 1) และความแข็งแรงเฉพาะของโลหะผสมไททาเนียมคือ 3.5 เท่าของสแตนเลส, 1.3 เท่าของโลหะผสมอลูมิเนียม และ 1.7 เท่า ที่เป็นแมกนีเซียมอัลลอยด์ จึงเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
2. ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม
ความเฉื่อยของไทเทเนียมขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของฟิล์มออกไซด์ และความต้านทานการกัดกร่อนในตัวกลางออกซิไดซ์นั้นดีกว่าในตัวกลางรีดิวซ์มาก อัตราการกัดกร่อนสูงเกิดขึ้นในตัวรีดิวซ์ ไทเทเนียมไม่ถูกกัดกร่อนในสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนบางชนิด เช่น น้ำทะเล คลอรีนเปียก สารละลายคลอไรต์และไฮโปคลอไรต์ กรดไนตริก กรดโครมิก คลอไรด์ของโลหะ ซัลไฟด์ และกรดอินทรีย์ อย่างไรก็ตาม ในตัวกลางที่ทำปฏิกิริยากับไทเทเนียมเพื่อผลิตไฮโดรเจน (เช่น กรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริก) ไทเทเนียมมักจะมีอัตราการกัดกร่อนสูง อย่างไรก็ตาม หากเติมตัวออกซิไดซ์จำนวนเล็กน้อยลงในกรด จะเกิดฟิล์มทู่ขึ้นบนพื้นผิวของไททาเนียม ดังนั้นในส่วนผสมของกรดซัลฟิวริกเข้มข้น - กรดไนตริกหรือกรดไฮโดรคลอริก - กรดไนตริกและแม้แต่ในกรดไฮโดรคลอริกที่มีคลอรีนอิสระ ไทเทเนียมก็มีความทนทานต่อการกัดกร่อน ฟิล์มป้องกันออกไซด์ของไทเทเนียมมักเกิดขึ้นเมื่อโลหะโดนน้ำ แม้จะมีน้ำหรือไอน้ำในปริมาณเล็กน้อยก็ตาม หากไทเทเนียมสัมผัสกับสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ที่แรงซึ่งไม่มีน้ำเลย จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างรวดเร็วและเกิดปฏิกิริยารุนแรง และแม้แต่การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองก็มักจะเกิดขึ้น ปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นในปฏิกิริยาของไทเทเนียมกับกรดไนตริกที่เป็นควันซึ่งมีไนโตรเจนออกไซด์มากเกินไป และไทเทเนียมกับก๊าซคลอรีนแห้ง ดังนั้นเพื่อป้องกันปฏิกิริยาประเภทนี้ จะต้องมีการบางอย่าง
3. ทนความร้อนได้ดี
โดยปกติแล้วอะลูมิเนียมที่อุณหภูมิ 150 องศาเซลเซียส สแตนเลสที่อุณหภูมิ 310 องศาเซลเซียส ซึ่งสูญเสียคุณสมบัติเดิม ในขณะที่ไททาเนียมอัลลอยด์ที่อุณหภูมิประมาณ 500 องศาเซลเซียส ยังคงรักษาคุณสมบัติทางกลที่ดีไว้ได้ เมื่อความเร็วของเครื่องบินถึง 2.7 เท่าของความเร็วเสียง อุณหภูมิพื้นผิวของโครงสร้างเครื่องบินจะสูงถึง 230 องศา ไม่สามารถใช้โลหะผสมอลูมิเนียมและแมกนีเซียมอัลลอยด์ได้ และโลหะผสมไทเทเนียมสามารถตอบสนองความต้องการได้ ไทเทเนียมมีความต้านทานความร้อนได้ดี และใช้ในจานและใบมีดของคอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์อากาศยานและผิวหนังของลำตัวด้านหลังของเครื่องบิน
4. ประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำที่ดี
ความแข็งแรงของโลหะผสมไทเทเนียมบางชนิด (เช่น Ti-5AI-2.5SnELI) จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง แต่ความเป็นพลาสติกไม่ได้ลดลงมากนัก และยังคงมีความเหนียวและความเหนียวที่ดีที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ สามารถใช้กับเครื่องยนต์จรวดไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลว หรือในยานอวกาศที่มีคนขับเป็นภาชนะและถังเก็บอุณหภูมิต่ำพิเศษ
5. ไม่มีสนามแม่เหล็ก
ไทเทเนียมไม่ใช่แม่เหล็ก ใช้ในตัวเรือดำน้ำ จะไม่ทำให้เกิดการระเบิดของทุ่นระเบิด
6. การนำความร้อนเล็กน้อย
ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมมีขนาดเล็ก เพียง 1/5 ของเหล็ก 1/13 ของอลูมิเนียม และ 1/25 ของทองแดง การนำความร้อนที่ไม่ดีถือเป็นข้อเสียเปรียบของไทเทเนียม แต่ในบางกรณีก็สามารถใช้คุณสมบัติของไทเทเนียมนี้ได้
7. โมดูลัสยืดหยุ่นต่ำ
โมดูลัสยืดหยุ่นของไทเทเนียมมีค่าเพียง 55% ของเหล็ก และโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำถือเป็นข้อเสียเมื่อใช้เป็นวัสดุโครงสร้าง
8. ความต้านทานแรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตใกล้เคียงกันมาก
ความต้านทานแรงดึงของโลหะผสมไทเทเนียม Ti-6AI-4V คือ 960MPa และความแข็งแรงครากคือ 892MPa และความแตกต่างระหว่างทั้งสองคือเพียง 58MPa
9. ไทเทเนียมสามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง
ไทเทเนียมมีแรงยึดเกาะที่ดีกับไฮโดรเจนและออกซิเจน และควรให้ความสนใจเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการดูดซึมไฮโดรเจน การเชื่อมไทเทเนียมควรดำเนินการภายใต้การป้องกันของอาร์กอนเพื่อป้องกันมลภาวะ ท่อและแผ่นไทเทเนียมควรได้รับการบำบัดความร้อนภายใต้สุญญากาศ และควรควบคุมบรรยากาศไมโครออกซิไดซ์ระหว่างการบำบัดความร้อนของการตีขึ้นรูปไทเทเนียม
10. ประสิทธิภาพการทำให้หมาด ๆ ต่ำ
ด้วยไทเทเนียมและวัสดุโลหะอื่นๆ (ทองแดง, เหล็ก) ที่ทำรูปทรงและขนาดเท่ากันกับนาฬิกาด้วยแรงเคาะระฆังแต่ละอันเท่ากันจะพบว่านาฬิกาที่ทำจากไทเทเนียมมีเสียงสั่นอยู่นานนั่นคือพลังงาน การเคาะนาฬิกาไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะหายไปดังนั้นเราจึงบอกว่าประสิทธิภาพการหน่วงของไทเทเนียมนั้นต่ำ
3 ฟังก์ชั่นพิเศษของไทเทเนียม
1
ฟังก์ชั่นหน่วยความจำรูปร่าง
หมายถึงโลหะผสม Ti-50%Ni (อะตอม) ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่กำหนด จะสามารถคืนความสามารถในการคืนรูปร่างดั้งเดิมได้ ซึ่งเรียกว่าโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างของวัสดุนี้
2
ฟังก์ชั่นตัวนำยิ่งยวด
หมายถึงโลหะผสม Nb-Ti เมื่ออุณหภูมิลดลงจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ลวดที่ทำจากโลหะผสม Nb-Ti จะสูญเสียความต้านทาน กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ใดๆ ที่ไหลผ่าน ลวดจะไม่ร้อน ไม่มีการใช้พลังงาน Nb-Ti เรียกว่าวัสดุตัวนำยิ่งยวด
3
ฟังก์ชั่นการเก็บไฮโดรเจน
หมายถึงโลหะผสม Ti-50%Fe (อะตอมมิก) ซึ่งมีความสามารถในการดูดซับไฮโดรเจนจำนวนมาก การใช้คุณลักษณะของ Ti-Fe นี้จะทำให้สามารถจัดเก็บไฮโดรเจนได้อย่างปลอดภัย กล่าวคือ การเก็บไฮโดรเจนไม่จำเป็นต้องใช้ถังแรงดันสูงที่ทำจากเหล็ก ภายใต้เงื่อนไขบางประการ Ti-Fe ยังสามารถปลดปล่อยไฮโดรเจนออกมาได้ ซึ่งเรียกว่าวัสดุกักเก็บพลังงาน