Hammadde
Titanyum yer kabuğunda bol bulunan bir elementtir, ancak serbest halde değil oksit olarak bulunur. Başlıca cevherler rutil (TiO₂) ve ilmenittir (FeTiO₃). İlmenit genellikle zenginleştirilerek sentetik rutile dönüştürülür.
Titanyumun oksijene ilgisi çok yüksektir. Bu yüzden oksitten metale indirgeme, çelikte olduğu gibi karbonla tek adımda yapılamaz; karbonla indirgeme titanyum karbür oluşturur. Endüstriyel çözüm, önce klorüre dönüştürüp sonra metalle indirgemektir.
Kroll prosesi adım adım
- Klorlama. Rutil veya sentetik rutil, kok ile birlikte yaklaşık 900 °C'de klor gazıyla reaksiyona sokulur ve titanyum tetraklorür (TiCl₄) elde edilir. Ürün oda sıcaklığında sıvıdır.
- Saflaştırma. Ham TiCl₄, demir ve vanadyum klorürleri gibi safsızlıklardan fraksiyonlu damıtmayla ayrılır. Nihai titanyumun saflığı büyük ölçüde bu adımda belirlenir.
- İndirgeme. Saf TiCl₄, argon atmosferi altındaki çelik retortta ergimiş magnezyumla reaksiyona girer (yaklaşık 800-900 °C). Titanyum metalik halde çöker, yan ürün olarak magnezyum klorür (MgCl₂) oluşur.
- Ayırma. Oluşan kütlenin içindeki MgCl₂ ve artık magnezyum, vakum distilasyonuyla uzaklaştırılır. Geriye kalan gözenekli yapı titanyum süngerdir.
- Kırma ve sınıflandırma. Sünger kütlesi kırılır, boyutlandırılır ve bölgelerine göre ayrılır. Retortun duvarına yakın bölgeler genellikle daha yüksek demir içerir.
Proses kesiklidir ve bir çevrim günler sürer. Titanyumun çelik veya alüminyuma göre pahalı olmasının temel nedeni cevherin azlığı değil, bu üretim zincirinin enerji ve zaman yoğun olmasıdır.
Neden gözenekli
İndirgeme sırasında titanyum, magnezyum klorürün içinde dallanmış bir ağ halinde büyür. Tuz vakumla uzaklaştırıldığında geriye bu ağın boşluklu iskeleti kalır. Gözenekli yapı yüzey alanını artırdığı için sünger, nemden ve havadan korunarak depolanmalıdır.
Kalite sınıfları
Titanyum sünger, safsızlık içeriğine göre sınıflandırılır. Belirleyici elementler demir, oksijen, azot, karbon ve klordur. Pratikte kalite göstergesi olarak Brinell sertliği de kullanılır: safsızlık arttıkça sertlik yükselir.
| Safsızlık | Neden önemli |
|---|---|
| Oksijen (O) | Dayanımı artırır ama sünekliği ve kırılma tokluğunu düşürür. Havacılık alaşımlarında en sıkı kontrol edilen elementtir. |
| Demir (Fe) | Beta fazını kararlı kılar; yüksek demir, ısıl işlem davranışını değiştirir. |
| Azot (N) | Oksijene benzer etki yapar, kırılganlığı artırır. |
| Karbon (C) | Karbür oluşturur; işlenebilirliği ve sünekliği etkiler. |
| Klor (Cl) | Prosesten kalan artık; vakum ergitmede gaz çıkışına ve döküm hatasına yol açar. |
Sünger nereye gider
Sünger doğrudan kullanılmaz. Alaşım elementleri ve geri dönüşüm hurdasıyla birlikte preslenip elektrot haline getirilir, ardından vakum ark ocağında (VAR) genellikle iki veya üç kez ergitilerek ingot dökülür. Ti-6Al-4V gibi alaşımlar bu aşamada oluşturulur.
Elde edilen ingot dövme, haddeleme ve işleme adımlarından geçerek uçak yapısal parçaları, motor bileşenleri, medikal implantlar ve kimya sanayisi ekipmanlarına dönüşür.
Alternatif yöntemler
Hunter prosesi magnezyum yerine sodyum kullanır ve daha saf ürün verir, ancak maliyeti yüksektir. FFC Cambridge gibi doğrudan elektrokimyasal indirgeme yöntemleri araştırma aşamasındadır. Bugün dünya üretiminin neredeyse tamamı Kroll prosesiyle yapılmaktadır.
Satın alırken
- Sınıfı değil, element bazında üst sınırları yazın: özellikle O, Fe ve N.
- Tane boyutu aralığını belirtin; VAR elektrodu presleme yöntemine göre değişir.
- Klor artığı sınırını talep edin.
- Ambalajın hava ve nem geçirmez olmasını şart koşun.
- Her parti için analiz sertifikası ve gerekiyorsa bağımsız doğrulama isteyin.
Sık sorulan sorular
Titanyum sünger nedir?
Titanyum süngerin, titanyum metalinin ve titanyum alaşımlarının üretiminde kullanılan birincil hammaddedir. Kroll prosesi sonunda ortaya çıkan gözenekli, süngerimsi metalik titanyum kütlesidir.
Titanyum sünger nasıl üretilir?
Kroll prosesiyle üretilir: rutil ya da sentetik rutil klorlanarak titanyum tetraklorüre (TiCl₄) dönüştürülür, damıtmayla saflaştırılır, argon altında ergimiş magnezyumla indirgenir ve oluşan magnezyum klorür vakum distilasyonuyla uzaklaştırılır. Geriye kalan gözenekli yapı titanyum süngerdir.
Titanyum süngerde hangi safsızlıklar kontrol edilir?
Oksijen, demir, azot, karbon ve klor. Oksijen ve azot dayanımı artırırken sünekliği ve kırılma tokluğunu düşürür; demir ısıl işlem davranışını değiştirir; prosesten kalan klor vakum ergitmede gaz çıkışına yol açar. Kalite göstergesi olarak Brinell sertliği de kullanılır.
Titanyum neden pahalıdır?
Cevheri nadir olduğu için değil, üretim zinciri enerji ve zaman yoğun olduğu için. Kroll prosesi kesiklidir, bir çevrim günler sürer ve ardından vakum ark ocağında iki ya da üç kez yeniden ergitme gerekir.
Bu yazıda geçen kalemler
Katalogdan açıp kendi şartnamenizi girerek teklif isteyebilirsiniz.
Bu yazı genel bilgilendirme amaçlıdır. Malzeme seçimi ve şartname, kullanım koşullarınıza göre değişir. Aradığınız kalem için katalogdan teklif isteyebilir ya da özel talep açabilirsiniz; teklifiniz en geç 72 saat içinde iletilir.