Титан

Титан — металл с уникальным сочетанием высокой прочности (σт = 550–900 МПа для сплавов), малой плотности (4,51 г/см³) и абсолютной коррозионной стойкости в большинстве сред. Удельная прочность титановых сплавов — одна из наибольших среди конструкционных металлов при рабочих температурах до 300–500°C.

Коррозионная стойкость: оксидная плёнка TiO₂ (4–6 нм) формируется мгновенно на воздухе и в водных средах и самовосстанавливается при механическом повреждении. Ti устойчив к морской воде, горячим кислотам (кроме горячих HF, H₃PO₄ концентрированной и H₂SO₄ выше 80°C при концентрации > 5%), хлоридсодержащим растворам и биологическим жидкостям. Именно поэтому Ti и Ti-6Al-4V — стандарт для морских подводных конструкций, теплообменников нефтехимии и медицинских имплантатов.

Медицина: Ti Grade 4 (cp-Ti) и Ti-6Al-4V — основные материалы эндопротезов (тазобедренные суставы, зубные имплантаты, черепные пластины). Остеоинтеграция — прямое структурное соединение живой кости с Ti-имплантатом без фиброзной капсулы — открыта Бранемарком в 1965 году при случайном наблюдении вросшего Ti-колпачка в кость кролика. Отсутствие ионной токсичности, удовлетворительный модуль упругости (110 ГПа для cp-Ti, 114 ГПа для Ti-6Al-4V против 200 ГПа для стали — ближе к кости 10–30 ГПа) снижает «stress shielding» — атрофию кости при перераспределении нагрузки. Производство Ti: восстановление TiCl₄ магнием (процесс Кроля) или натрием (процесс Хантера) с последующим ВАД-переплавом — энергоёмкий процесс (15–20 кВт·ч/кг при гальванике из TiO₂) определяет высокую цену.