Chất liệu Titan là gì ?

Ngày: 21/03/2018 lúc 14:35PM

Titan (Titanium) đã trở thành vật liệu phổ biến dùng trong lĩnh vực chế tạo đồng hồ cao cấp và trang sức mặc dù trước đây, người ta chỉ quen với việc xuất hiện của vật liệu đắt tiền này trong ngành hàng không vũ trụ. Vậy những ưu điểm vượt trội nào đã giúp Titan được để mắt đến bởi những nhà chế tác trang sức và đồng hồ xa xỉ? Mời quý vị cùng thienduongthoitrang.vn lý giải điều đó qua bài viết dưới đây:


Có rất nhiều loại hợp kim Titan, trong đó hợp kim được biết đến rộng rãi nhất là Ti-6Al-4V, hay còn gọi là Titan cấp độ 5 (Grade 5). Trong bài viết này, khi chúng tôi nhắc đến Titan tức là chúng tôi đang nói về Titan cấp độ 5. Vật liệu này được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất các thành phần máy bay, tên lửa... Chúng ta cần biết, Titan cấp độ 2 đã được coi là đạt đến mức độ tinh khiết trong mua bán, trao đổi dù nó có tính chất kém hơn nhiều.


Titan đã được sử dụng trong vòng 2 thế kỷ qua, nhưng chủ yếu là trong phòng thí nghiệm. Trong thế kỷ trước, các phương pháp để trích xuất Titan với số lượng công nghiệp đã được phát triển nhưng cho đến gần đây, Titan vẫn được sử dụng độc quyền như một vật liệu của ngành hàng không vũ trụ. Nó có giá quá đắt đối với nhiều ứng dụng, với giá cả gấp khoảng 50 lần so với thép carbon thô. Mặc dù vậy, giá của nó vẫn thấp hơn nhiều so với những kim loại quý.

Điểm nổi trội của Titan là ở sức chịu tải và độ dẻo. Độ bền cũng là một điểm mạnh của vật liệu này. Độ bền được hiểu là tuổi thọ của một kim loại dưới áp lực theo chu kỳ. Tuy nhiên độ bền không phải tính chất quan trọng với vỏ đồng hồ vì một chiếc vỏ đồng hồ không bao giờ chịu quá nhiều áp lực. Thay vào đó, tính chất này lại quan trọng khi được sử dụng cho bộ máy chuyển động hoặc núm vặn và nút bấm. Sức chịu tải biểu thị lượng tải mà một kim loại có thể chịu được trước khi bị hỏng. Titan có một sức chịu tải lớn, khoảng 1000 Mpa đối với Titan cấp độ 5, gấp 5 lần thép bình thường. Thậm chí Titan nguyên chất như cấp độ 2 cũng chịu được khoảng 350 MPa (Tuy nhiên, có những hợp kim thép có sức chịu tải lớn hơn Titan, ví dụ như một số loại thép hàng không vũ trụ có sức chịu tải khoảng 2000 MPa.)

Độ dẻo biểu thị độ lớn của một tác động mà một kim loại có thể hấp thụ được trước khi bị vỡ. Titan có thể hấp thụ năng lượng vào khoảng 20 Jun. Tuy nhiên, lại một lần nữa, có những hợp kim thép có thể hấp thụ đến từ 150 – 200 Jun như thép không gỉ Austenitic. Tuy nhiên, độ dẻo khi đến một điểm nào đó thì sẽ không còn quan trọng nữa. Bạn chắc chắn sẽ không đập chiếc đồng hồ của mình đến 1 mức làm nó vỡ. Bên cạnh đó, trước khi điều đó xảy ra thì bộ chuyển động mỏng manh của chiếc đồng hồ đã hỏng rồi.

Như mọi người thấy, thép cũng đã rất tốt, tuy nhiên Titan thật sự vượt trội so với thép ở độ nhẹ. Khối lượng riêng của Titan chỉ bằng một nửa của thép (4.5g/cc so với 7.8g/cc). Vì vậy, với một vỏ đồng hồ có cùng sức chịu tải, vỏ bằng Titan sẽ nhẹ bằng một nửa vỏ thép. Trên thực tế, thép có sức chịu tải lớn hầu như không bao giờ được sử dụng để làm đồng hồ (chúng được dùng để làm những thành phần máy bay và công cụ công nghiệp). Thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhưng nó có sức chịu tải thấp hơn (trừ khi nó được rèn, nhưng một lần nữa, loại thép được rèn lại hầu như không bao giờ được dùng trong ngành công nghiệp đồng hồ).

Một tính chất khác rất tuyệt vời của Titan là khả năng chống ăn mòn và rỉ sét. Titan gần như không bị rỉ sét. Vật liệu này không thấm tất cả các axit, trừ axit nitric, loại axit mà bạn không bao giờ gặp trong cuộc sống hàng ngày. Khả năng chống ăn mòn của Titan sánh ngang với Platinum, và trong số những kim loại kỹ thuật, chỉ có Zirconium là có khả năng chống ăn mòn cao hơn Titan. Tính chất này chính là chìa khoá cho khả năng không gây dị ứng của Titan. Titan có tính chất trơ nhờ lớp oxit tạo thành trên bề mặt. Lớp oxit này không phản ứng với cơ thể con người, do đó nó là vật liệu được lựa chọn cho nhiều ứng dụng y tế.

Có một vài tính chất mà thép vượt qua được Titan. Ví dụ như độ cứng (biểu thị mức độ lõm của kim loại dưới tải trọng). Thép có độ cứng cao hơn nhiều so với Titan. Tuy nhiên, tính chất này không quan trọng lắm với vỏ đồng hồ, trừ đồng hồ lặn. Độ cứng của Titan thấp hơn so với một số loại thép, vì vậy nó bị xước dễ hơn so với thép. Tuy nhiên, Titan cứng hơn rất nhiều lần so với vàng, Platinum và nhôm. Titan cấp độ 5 có độ cứng khoảng 35 Rockwell C (Rc). Thép có độ cứng từ những giá trị thấp cho tới 55 Rc (thép Carbon đã tôi), tới 65 Rc (thép công cụ) và thậm chí cao hơn nữa ở những loại thép đặc biệt. Vàng, Platinum và nhôm mềm đến mức mà nó không được thể hiện trên thang đo độ cứng này (có những loại thang đo độ cứng khác dành cho những vật liệu này).

Gia công Titan khá khó. Hàn, rèn, đúc và xử lý nhiệt Titan đều khó. Chính những khó khăn này khiến Titan có giá thành cao. Nhiều tính chất khiến Titan là một kim loại tốt lại là lí do khiến nó khó sản xuất. Tuy nhiên, với những kỹ thuật nhất định được phát triển trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, những khó khăn này đã được khắc phục. Nhờ vậy mà ngày nay chúng ta có những vỏ Titan với giá thành phải chăng. Tuy nhiên, quá trình đúc và hàn vẫn còn rất khó và chúng ta thường không kiếm được một khuôn vỏ Titan hoặc là một vỏ Titan được rèn với giá thành chấp nhận được.

Mã Quốc Thái
BÌNH LUẬN
Tin cùng chuyên mục