Biomateriale și aliaje din Titan

Ce este Titanul

Titanul este unul din cele mai răspândite metale în natură,concentrația titanului în scoarța terestră, exprimată în procente masice, este 0.63%. Este prezent în majoritatea rocilor vulcanice și în cele sedimentare derivate din ele, precum și în vietăți sau în acumulările naturale de apă. Din cele 801 tipuri de roci vulcanice analizate de United States Geological Survey, 784 conțineau titan

Două dintre cele mai folositoare proprietăți ale metalului este rezistența la coroziune și rația duritate-greutate cea mai mare dintre toate metalele. În stare pură, titanul este la fel de dur ca unele tipuri de oțel.

Titanul este non-toxic chiar și în cantități mari și nu poartă niciun rol natural în corpul uman. O masă estimată de 0,8 miligrame de titan este ingerată de oameni în fiecare zi, dar majoritatea trece prin organism fără a fi absorbit. Are, totuși, o tendință de a se bio-acumula în țesuturile ce conțin dioxid de siliciu. Un sistem necunoscut în plante s-ar putea să folosească metalul pentru a stimula producția carbohidraților și încurajarea creșterii. Acest fapt ar putea explica de ce majoritatea plantelor au o parte per milion (ppm) de titan, plantele alimentare au 2 ppm, iar coada calului și urzica au până la 80 ppm.

Titanul intră în compoziția a aproximativ 100 de minerale. Cele mai importante minerale ale titanului sunt:

- rutilul, TiO2,

- ilmenitul, FeTiO3 sau FeO.TiO2,

- titanomagnetitul, Fe3TiO6 sau Fe3O4.TiO2,

- perovskitul, CaTiO3 sau CaO.TiO2,

- titanitul (sfenul), CaTiSiO5 sau CaO.TiO2.SiO2

Mineralul principal de titan a fost și este ilmenitul, în care conținutul de titan este mare și se poate descompune ușor. Rutilul, care este mineralul de titan cel mai bogat, până în prezent n-a avut o importanță atât de mare ca ilmenitul, fapt explicabil prin greutatea cu care se descompune.

În titan, principalele elemente de aliere sunt: Al, Mo, V, Mn, Sn, Cr, Zr, Cu, W, Ta, Fe, Si. Pentru că prin aliere să se obțină rezultatele scontate, metalul de bază trebuie supus în prealabil unor operații de purificare, de micșorare a concentrațiilor elementelor impurificatoare, și să se obțină astfel anumite proprietăți cerute de utilizarea rațională și eficientă a aliajelor.

Influența elementelor de aliere în aliajele de titan, contribuie la obținerea unui larg

domeniu de proprietăți microstructurale și mecanice diferite. Astfel, elementele de aliere se împart în trei categorii:

- stabilizatoare α: C, N2, O2, Al;

- stabilizatoare β: V, Nb, Mo, Ta, Fe, Mn, Cr, Co, W, Ni, Cu, Si, H2;

- elemente neutre: Zr, Sn, Hf, Ge, Th.

Aliajele alfa sunt aliaje cu adaos de aluminiu, oxigen și/sau azot, care în general stabilizează faza “alfa” (C.P.-Ti, Ti5Al2,5Sn). Acestea, în general, nu pot fi tratate termic, dar pot fi sudate cu ușurință. Prezintă o rezistență medie, ductilitate acceptabilă, reziliență și are proprietăți mecanice bune.

Aliajele mixte α+β sunt combinații între cele două faze alfa și beta (Ti6Al4V, Ti6Al7Nb). Aceste aliaje pot fi tratate termic și sudate, dar limita de fluaj la temperaturi înalte nu este la fel de bună ca cea a celor mai multe aliaje alfa.

Aliajele beta sunt aliaje cu adaos de molibden, fier, vanadiu, crom și/sau mangan, care în general stabilizează faza “beta” (Ti13Nb13Zr, Ti15Mo). Aceste aliaje pot fi tratate termic și sudate cu ușurință.