Как отличить титан от металла

26.11.2021

Рейтинг: 4.8 Голосов: 4

Время прочтения: 9 мин

Рейтинг: 4.6

Время прочтения: 9 мин

Полезное

Идентификация металлов — промежуточный этап, на котором сырье сортируют для последующей транспортировки и/или переработки. Десятки сплавов имеют схожие физические, химические характеристики, но могут существенно отличаться по стоимости и способу переплавки.

Например, титан — и сплавы на его основе: металл серебристого цвета, относительно легкий и пластичный, относящийся к группе аустенитов. Схожими свойствами обладают алюминий, легированные стали с высоким содержанием никеля.

Как отличить титан от металлов (железа, алюминия с добавлением углерода и других присадок)?

Лучший и самый надежный способ — исследование образца в лаборатории, оборудованной современными исследовательскими анализаторами:

оптическими, которые при помощи искровых разрядов улавливают лёгкие химические элементы – серу, фосфор, углерод;
стационарными, портативными рентген-установками, принцип действия которых основан на изучении фотонов, излучаемых определенными химическими элементами;
лазерными, способными одновременно определить до 90 компонентов в образце.

Для обустройства лаборатории требуются специальные изолированные помещения и один или несколько анализаторов, нижняя планка стоимости которого начинается от 20.000 долларов США.

Есть и более простые, немного уступающие по эффективности методы определения материалов, доступные в условиях цеха, мастерской или гаража. Грубо говоря, по физико-механическим свойствам титан занимает промежуточную позицию между похожими на него нержавейку и алюминий: менее твердый и упругий, чем сталь, немногим менее вязкий, чем алюминиевые сплавы. Титан тяжелее, прочнее алюминия, благодаря образующейся пленке устойчив к коррозии, с низкой теплопроводностью. На его характеристиках основаны самые простые и более-менее надежные способы идентификации:

по стеклу;
по искре;
гальваникой;
по удельному весу.

Поцарапать металлом стекло

Графический метод считается самым доступным: для его проведения потребуется фрагмент металлического лома с заостренным краем, обычное силикатное стекло или керамическая плитка. Титановый образец при попытке поцарапать гладкую поверхность оставляет след, отдаленно похожий на рисунок грифельного карандаша. Острая грань не оставляет никаких повреждений на стекле или кафеле, а оставленная полоска не смывается обычной водой. Стальной сплав с высокой степенью вероятности оставит царапину, лом из алюминия не способен ни повредить испытуемый материал, ни “нарисовать” линию.

Титановый лом устойчив ко многим агрессивным веществам, но его минимальное количество на стеклянной поверхности можно смыть ватным тампоном, смоченным раствором плавиковой или ортофосфорной кислоты.

Справка: Плавиковая кислота - водный раствор фтороводорода HF, которую выпускает химическая промышленность в концентрации 40%, 50 % и 72 %. Для ее производства используют минерал - плавиковый шпат (флюорит).

У оптического метода масса преимуществ: простота, доступность, возможность проведения в любых условиях. Перед проведением опыта стекло не нужно мыть или обезжиривать, плавиковая кислота используется в стоматологии и ее можно купить в тюбиках по 5 мл.

[include_post id="22015"]

Как определить титан по искре

Второй по популярности способ из-за высокой степени точности определения типа материала. Как отличают титан от нержавейки или алюминиевого лома?

Потребуется точильный станок, угловая шлифмашинка или обычный напильник. При соприкосновении с вращающимся абразивным кругом металл Ti дает большой сноп ярких искр белого цвета. Нержавеющая сталь искрит поменьше желтым, красным цветом, алюминий из-за высокой вязкости не дает искры вообще. Некоторые типы стальных сплавов разработаны для работ в пожароопасных средах, поэтому искрообразование может отсутствовать вообще.

Того же эффекта с меньшей наглядностью можно добиться, потерев края исследуемого образца напильником, искр будет меньше, а алюмосплав оставит на ребристой поверхности множество серебристых следов. Метод позволяет довольно точно идентифицировать Ti из-за характера и цвета искр, т.к. другие сплавы таких свойств не имеют.

Гальваническая реакция

Для определения материала гальваническим способом потребуются минимальные знания в области химии и несколько подручных инструментов: автомобильный аккумулятор 12 В (или несколько батареек типа “крона”), пара проводов, металлический стержень, один конец которого обмотан куском ткани. Способ основан на электрохимическом окрашивании металлов - анодировании, когда оксидная пленка (в данном случае - оксид титана TiO2) под воздействием электротока изменяет цвет.

Ткань пропитывают токопроводящим раствором: с солью, колой, уксусом. Провода подсоединяют в таком порядке:

одним соединяют аккумуляторную клемму “+” и испытуемый образец, выступающий в роли анода
второй соединяет катод - любой металлический стержень с тканью.

Если исследуемый предмет - титан, то если провести по его поверхности стержнем, остается хорошо различимый след. Нержавеющая и легированные стали, алюминиевые сплавы анодированию не подвергаются.

Преимущества метода:

достаточно высокая вероятность идентификации;
не требует лабораторных условий;
доступные компоненты для исследования.

Из недостатков — требуется время на подготовку и проведение опыта, невозможно провести в домашних условиях.

Сравнение удельного веса

Способ еще называют математическим, т.к. по результатам исследований нужно вычислить плотность заготовки. Для титана, нержавеющей стали и алюминия такие показатели известны: 4.5 г/куб.см, 7.8 г/куб.см, 2.7 г/куб.см соответственно. Для определения химического состава потребуются:

знание закона Архимеда;
фрагмент металлического лома;
калиброванные весы;
емкость.

Плотность воды - 1 кг/куб.дм, поэтому в каждом грамме вытесненной жидкости - 1 кубический сантиметр объема помещенного в нее стержня или пластины.

Металлический образец взвешивается на весах. В емкость, установленную в ванну, наливают воду до краев, затем помещают в жидкость фрагмент лома. Вытесненную воду измеряют мерным стаканом или другим измерителем. Объем вытесненной воды будет равен объему исследуемого фрагмента.

Затем производят математические вычисления: массу образца умножают на показатель объема и сравнивают с имеющейся таблицей.

Пример: На весах - металлический сегмент весом 207 г. При помещении в емкость объем вытесненной воды составил 75 г или 75 куб.см. 207 / 75 = 2,76 г/куб.см, т.е. металл - алюминий или сплав на его основе.

Прочие способы отличить титан от других металлов

Перед тем, как отличить титановые сплавы от других материалов искрой или стеклом, можно попробовать другие более-менее эффективные методики, основанные на теплопроводности, плотности и химическом составе материалов.

Теплопроводность Ti - 21,9 Вт/(м·К) при 20 °C, т.е. если взять пластинку или стержень в руку, поверхность будет казаться теплой на ощупь. Правда, схожим свойством обладает нержавейка, поэтому способ годится только для первичной оценки. Тот же эффект достигается, если исследуемый предмет нагреть с одной стороны зажигалкой или другим источником тепла: температура противоположного края пластины останется неизменной.

Несколько опытов можно провести со стружкой: титановая сразу воспламеняется и горит белым огнем, стальная не горит, алюминиевая - плавится. Дюралюминиевая стружка в щелочном растворе дает бурную реакцию за счет выделения большого количества водорода.

Из-за разной плотности Ti, алюминий и нержавеющая сталь дают разный эффект, если ударить по предмету молотком с примерно одинаковой силой:

на титановой поверхности останется небольшая вмятина;
сталь не будет иметь никаких дефектов, кроме следа от удара;
на дюралюминиевом или алюминиевом образце останется приличная, хорошо заметная вмятина.

______________________________________________________________________

Гаврилов Д. И., Карягин М. О., Нуяндин В. Д. Титан: свойства, получение, применение //Academy. – 2017. – №. 5 (20). – С. 29-31.

Костыгова Л. А. Кругооборот титана в промышленности РФ //Экономика промышленности. – 2015. – №. 1. – С. 53-57.

Зорин Е. А., Маняк Н. А. Титан-металл сегодняшнего дня //Металлургия XXI столетия глазами молодых. – 2016. – С. 85-86.

Лебедев В. А., Рогожников Д. А. Металлургия титана: учебное пособие. – 2015.