سلك التيتانيوم

تتميّز درجات التيتانيوم التجارية (النقاء ٩٩,٢٪) بمقاومة شدّ قصوى تبلغ حوالي ٤٣٤ ميجا باسكال (٦٣٠٠٠ رطل/بوصة مربعة)، وهي مساوية لمقاومة الشدّ الخاصة بسبائك الفولاذ العادية منخفضة الجودة، لكن كثافتها أقل. ويكون التيتانيوم أكثر كثافة بنسبة ٦٠٪ من الألومنيوم، ومع ذلك فإن مقاومته للشدّ تزيد عن ضعف مقاومة سبيكة الألومنيوم الأكثر استخدامًا (6061-T6). وبعض سبائك التيتانيوم (مثل سبيكة بيتو سي Beta C) تحقق مقاومة شدّ تجاوز ١٤٠٠ ميجا باسكال (٢٠٠٠٠٠ رطل/بوصة مربعة). ومع ذلك، يفقد التيتانيوم جزءًا من مقاومته عند تسخينه فوق ٤٣٠ °م (٨٠٦ °ف).
 
التيتانيوم ليس صلبًا بقدر بعض الدرجات من الفولاذ المعالج حراريًّا، وهو غير مغناطيسي وموصل ضعيف للحرارة والكهرباء. وتتطلب عمليات التشغيل اتخاذ احتياطاتٍ خاصة، لأن المادة قد تتآكل سطحيًّا (ظاهرة التصاق السطوح) إذا لم تُستخدم أدوات حادة وطرق تبريد مناسبة. وكالهياكل المصنوعة من الفولاذ، فإن هياكل التيتانيوم تمتلك حدًّا إرهاقيًّا يضمن طول عمرها في بعض التطبيقات. أما سبائك التيتانيوم فهي أقل صلابةً من العديد من المواد الإنشائية الأخرى مثل سبائك الألومنيوم والألياف الكربونية.
 
المعدن هو أشكال متعددة (أليوتروبية) ثنائية الشكل لشكل ألفا سداسي الشكل، الذي يتحول إلى شكل بيتا مكعب مركزي الجسم (شبكة) عند درجة حرارة ٨٨٢ °م (١٦٢٠ °ف). ويزداد الحرارة النوعية للشكل ألفا ازديادًا كبيرًا عند تسخينه حتى درجة الحرارة الانتقالية هذه، ثم تنخفض وتبقى تقريبًا ثابتة للشكل بيتا بغض النظر عن درجة الحرارة. وبصورة مشابهة للزركونيوم والهافنيوم، توجد طور إضافي يُسمى أوميغا، وهو مستقر حراريًّا عند الضغوط العالية، لكنه غير مستقر ديناميكيًّا (ميتاستابل) عند الضغوط المحيطة. ويكون هذا الطور عادةً سداسيًّا (مثاليًّا) أو مثلثيًّا (مشوَّهًا)، ويمكن اعتباره ناتجًا عن فينون صوتي طولي لين في الطور بيتا يؤدي إلى انهيار صفوف الذرات.
 
مثل الألومنيوم والمغنيسيوم، يتأكسد معدن التيتانيوم وسبائكه فور تعرضه للهواء. ويتفاعل التيتانيوم بسهولة مع الأكسجين عند درجة حرارة ١٢٠٠ °م (٢١٩٠ °ف) في الهواء، وعند درجة حرارة ٦١٠ °م (١١٣٠ °ف) في الأكسجين النقي، مكونًا ثاني أكسيد التيتانيوم. ومع ذلك، فإن تفاعله مع الماء والهواء عند درجات الحرارة المحيطة بطيءٌ، لأن سطحه يتغطى بطبقة أكسيد غير نشطة تحمي المعدن الكتلي من التأكسد الإضافي. وعند تكوّنها لأول مرة، تكون هذه الطبقة الواقية رقيقة جدًّا، إذ لا يتجاوز سمكها ١–٢ نانومتر، لكنها تستمر في النمو ببطء؛ لتصل إلى سمك ٢٥ نانومتر بعد أربع سنوات.
 
تمنح عملية التمرير الجوي التيتانيوم مقاومة ممتازة للتآكل، تكاد تكون مساوية لمقاومة البلاتين، ويستطيع التيتانيوم تحمل الهجوم من أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة، ومحاليل الكلوريد، ومعظم الأحماض العضوية. ومع ذلك، يتآكل التيتانيوم في الأحماض المركزية. وكما يُوحي جهد الاختزال السلبي له، فإن التيتانيوم معدنٌ نشيطٌ كيميائيًّا جدًّا من الناحية الحرارية، ويحترق في الجو العادي عند درجات حرارة أقل من درجة انصهاره. أما الانصهار فيمكن تحقيقه فقط في جو خامل أو في فراغ. وعند درجة حرارة ٥٥٠ °م (١٠٢٢ °ف)، يتفاعل مع الكلور. كما يتفاعل أيضًا مع الهالوجينات الأخرى ويمتص الهيدروجين.
 
التيتانيوم هو أحد العناصر القليلة التي تشتعل في غاز النيتروجين النقي، وتحدث تفاعله عند درجة حرارة ٨٠٠ °م (١٤٧٠ °ف) لتكوين نيتريد التيتانيوم، ما يؤدي إلى هشاشة المعدن. وبسبب تفاعلية التيتانيوم العالية مع الأكسجين والنيتروجين وبعض الغازات الأخرى، تُستخدم أسلاك التيتانيوم في مضخات التبخر بالتيتانيوم كمواد ماسحة لهذه الغازات. وتُنتج هذه المضخات ضغوطًا منخفضة جدًّا في أنظمة الفراغ فائق الارتفاع بطريقة اقتصادية وموثوقة.

المعامل:

التطبيقات:
١) الغرسات العظمية: المفاصل الاصطناعية، الصفائح المعدنية، المسامير العظمية، القضبان المعدنية المستخدمة في تثبيت العظام، المسامير النخاعية، الإبر العظمية، وأجهزة تثبيت العمود الفقري.
٢) الغرسات القلبية: الصمامات القلبية الاصطناعية، منظمات ضربات القلب، القساطر القلبية والدعامات داخل الأوعية الدموية.
٣) الغرسات العينية: العدسات البلورية الاصطناعية.
٤) الغرسات السنية: الغرسات السنية، المسامير الجاذبة، غرسات جذور القنوات الجذرية، وأجهزة التثبيت الداخلية وغيرها.
٥) مواد الحشوة: حشوات الثدي، ومواد الحشوة داخل العين، ومواد الحشوة المستخدمة في مجال طب العظام.