التيتانيوم المستخدم في صناعة الطيران والفضاء

يتميز التيتانيوم بكثافة أقل من الفولاذ. كما أن صلابته أقل من الفولاذ ولكنه أكبر بكثير من الألومنيوم. وهذه الخصائص تجعله مثالياً للعديد من الاستخدامات. تُصنع إطارات الدراجات عالية الأداء ومضارب الغولف من التيتانيوم. يشيع استخدام التيتانيوم الذي يحتوي على 4% من الألومنيوم في عمليات الزرع الجراحية مثل المفاصل الاصطناعية لأنه يتحمله أنسجة الجسم بشكل جيد، ويقاوم التآكل، وهو قوي وغير متيبس. يتحدث هذا المقال عن كيفية استخدام التيتانيوم في صناعة الطيران.

على الرغم من أن التيتانيوم معدن شائع جداً، إلا أن تطوير السبائك لم يبدأ حتى أواخر أربعينيات القرن العشرين. لم يكن من الممكن اختزال الخام الشائع، TiO2، ببساطة باستخدام الكربون بسبب إنتاج الكربيدات. تم اكتشاف طريق كيميائي غير مباشر. أولاً، يتفاعل أكسيد التيتانيوم مع غاز الكلور لإنتاج كلوريد التيتانيوم، حيث يحمل الكربون الأكسجين بعيداً. ثم يُختزل كلوريد التيتانيوم مع المغنيسيوم. ويلزم وجود درجات حرارة عالية لهذه التفاعلات. وحتى بعد توافر المعدن، لا تزال هناك عقبات أمام تطبيقه. حيث يتفاعل معدن التيتانيوم المنصهر مع الأكسجين الجوي أو النيتروجين، لذلك كانت هناك حاجة إلى طرق معالجة جديدة في أجواء خاملة لتحل محل تقنيات التشكيل والقطع الحالية. فالكميات الكبيرة من الأكسجين تجعل شريط التيتانيوم هشاً، أشبه بالخام، لكن التيتانيوم الذي يحتوي على 0.3% من الأكسجين قوي وأصعب في الثني من التيتانيوم النقي. وتنتج كميات أعلى قليلاً من تلك المعادن معدناً صلباً مناسباً للمحركات النفاثة.

منذ خمسينيات القرن العشرين، تطوّرت سبائك التيتانيوم بسرعة في صناعة الطيران. ويستفيد هذا التطبيق بشكل أساسي من الخواص الميكانيكية الشاملة الممتازة والكثافة المنخفضة والمقاومة الجيدة للتآكل لسبائك التيتانيوم، لأن مواد إطارات الطيران تتطلب قوة شدّ عالية وقوة إجهاد جيدة وصلابة كسر. كما أن قوة الشد الممتازة في درجات الحرارة العالية وقوة الزحف والثبات في درجات الحرارة العالية لسبائك التيتانيوم جعلتها مناسبة للاستخدام في المحركات النفاثة.

تُعد سبائك التيتانيوم إحدى المواد الهيكلية الرئيسية للطائرات والم حركات الحديثة. ويمكنها تقليل وزن الطائرة وتحسين الكفاءة الهيكلية. حمولة المركبة الفضائية صغيرة نسبيًا مقارنة بالطائرة، لذا فإن تقليل وزن هيكلها أكثر أهمية. وقد استُخدمت سبائك التيتانيوم في أوائل برنامج أبولو ومشروع ميركوري، كما أن خزانات الوقود وحجرات الأقمار الصناعية هي تطبيقات نموذجية لسبائك التيتانيوم. تُعد سبائك التيتانيوم أكثر فائدة من الفولاذ عالي القوة بسبب خفة وزنها وقوتها العالية وثباتها الكيميائي طويل الأمد مع الوقود. على سبيل المثال، تم تطوير سبيكة Ti-3Al-2.5V للتطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة ولا تزال تتمتع بصلابة وليونة جيدة في ظل ظروف التبريد في الفضاء.

قراءة ذات صلة: كيف يُستخدم التيتانيوم في تطبيقات الفضاء/الملاحة الجوية؟

الخاتمة

شكراً لك على قراءة مقالنا ونأمل أن يساعدك في الحصول على فهم أفضل للتيتانيوم المستخدم في صناعة الطيران. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن منتجات التيتانيوم، نود أن ننصحك بزيارة موقع Stanford Advanced Materials (SAM ) لمزيد من المعلومات.

تُعدّ Stanford Advanced Materials (SAM) مورّداً عالمياً لمنتجات التيتانيوم ولديها أكثر من عقدين من الخبرة في تصنيع وبيع مواد التيتانيوم، حيث توفّر منتجات عالية الجودة لتلبية احتياجات عملائنا في مجال البحث والتطوير والإنتاج. على هذا النحو، نحن واثقون من أن SAM ستكون مورد التيتانيوم المفضل لديك وشريكك التجاري.