قوی‌ ترین فلز زمین چیست؟

تنگستن

تنگستن بالاترین نقطه ذوب (۳۶۹۵ درجه کلوین) و بیشترین استحکام نهایی کششی (۱۴۲۰۰۰ پوند بر اینچ مربع) را در میان تمام فلزات طبیعی داراست. از تنگستن و آلیاژهای آن برای ساخت رشته‌های لامپ‌های رشته‌ای و لامپ‌های تلویزیون استفاده می‌شود.

این فلز کمیاب به تنهایی در مقیاس سختی موس (که الماس در آن درجه ۱۰ را دارد) نمره ۷.۵ می‌گیرد، اما ترکیب کاربید تنگستن بسیار سخت‌تر (۹.۵) بوده و برای ساخت ابزار به کار می‌رود.

فولاد

فولاد آلیاژی از دو عنصر است: آهن (فلز) و کربن (غیرفلزی). آلیاژهای فولاد از لحاظ نسبت آهن به فولاد و همچنین هر فلز اضافی موجود در آن‌‌ها متفاوت هستند.

برای مثال، برای ساخت فولاد ضد زنگ، فولاد را با کروم ترکیب می‌کنید. فولاد کربنی درصد بالاتری از کربن دارد و همین باعث می‌شود از سایر آلیاژهای فولاد محکم‌تر باشد.

اسمیم

اسمیم یکی از متراکم‌ترین فلزات طبیعی موجود در جهان است. با این حال، اسمیم بسیار ترد است، بنابراین به طور معمول به مقدار کم در آلیاژها استفاده می‌شود. اسمیم را می‌توانید در اجزای مدارهای الکتریکی پیدا کنید.

کروم

اگر استحکام را به عنوان سختی در نظر بگیرید، ممکن است کروم را قوی‌ ترین فلز جهان بدانید. کروم با درجه سختی ۸.۵ در مقیاس موس، سخت‌ترین فلز روی زمین است. همچنین در برابر خوردگی مقاوم است، از همین رو آبکاری کروم محبوبیت دارد.

تیتانیوم قوی‌ ترین فلز زمین

تیتانیوم که نام آن از تایتان‌های غول پیکر افسانه‌های یونانی گرفته شده، بالاترین نسبت استحکام کششی به چگالی را در بین تمام فلزات زمین دارد.

آلیاژهای تیتانیوم (ترکیبی از تیتانیوم و سایر فلزات) از بالاترین نسبت استحکام به وزن در بین تمام فلزات برخوردارند. تیتانیوم خالص به اندازه فولاد استحکام دارد، اما ۴۵ درصد سبک‌تر است.

نسبت استحکام به وزن چشمگیر تیتانیوم، آلیاژهای تیتانیوم را به ماده‌ای ایده‌آل برای موتورها و بدنه هواپیما، موشک‌ها و هر کاربردی تبدیل کرده است که در آن اجزای فلزی باید تا حد امکان محکم و سبک باشند.

اگرچه تیتانیوم فلز کمیابی به حساب نمی‌آید، اما به دلیل هزینه استخراج و تولید، فلز گرانی است.

ایرباس A380، بزرگترین هواپیمای مسافربری جهان، شامل 77 تن (70 تن متریک) تیتانیوم است که بیشتر آن در موتورهای عظیم آن به کار رفته است.

به لطف نوآوری متالورژی در دهه 1930 به نام “فرآیند کنوکس”، آهنگری تجاری تیتانیوم در دهه‌های 1940 و 1950 به طور کامل رونق گرفت. اولین کاربرد آن در هواپیماهای نظامی و زیردریایی‌های آمریکایی و روسی و سپس در هواپیماهای تجاری در دهه 1960 بود.

کشف تیتانیوم

ویلیام گرگور، یک معدن‌شناس آماتور و کشیش کلیسا اهل بریتانیا، در سال 1791 در نزدیکی شهر کورنوال، مقداری شن سیاه عجیب در یک نهر جمع کرد.

بخشی از شن مغناطیسی بود که گرگور آن را اکسید آهن تشخیص داد، اما ماده دیگر مرموز بود. قطعا اکسید دیگری بود، اما در فهرست‌های انجمن سلطنتی زمین‌شناسی وجود نداشت.

مارتین هاینریش کلاپروت، شیمی‌دان آلمانی، این اکسید عجیب را در سال 1795 دوباره کشف کرد و نامی اساطیری، تیتانیوم اکسید، به آن داد. تیتان‌ها خدایانی بودند که در اساطیر یونانی پیش از المپ نشینان حکومت می‌کردند.

با وجود اینکه تیتانیوم در اواخر قرن 18 کشف شد، تیتانیوم خالص تا سال 1910 از اکسید آن جدا نشد.

در آن سال، متیو هانتر، شیمی‌دان آمریکایی که برای جنرال الکتریک کار می‌کرد، روشی برای جدا کردن این فلز نقره‌ای از اکسید آن تحت حرارت و فشار بالا در یک “بمب” درزگرفته ابداع کرد.

تیتانیوم زنگ نمی‌زند

خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به مرور زمان به آرامی اکثر فلزات را از بین می برد.

هنگامی که فلزات در معرض اکسیژن، چه در هوا و چه زیر آب قرار می گیرند، اکسیژن الکترون ها را جذب کرده و باعث ایجاد “اکسید” فلز می شود. یکی از رایج ترین اکسیدهای خورنده، اکسید آهن یا همان زنگ است.

اما همه اکسیدها فلز زیرین را در معرض خوردگی قرار نمی دهند.

هنگامی که تیتانیوم با اکسیژن تماس پیدا می کند، لایه نازکی از دی اکسید تیتانیوم (TiO2) روی سطح خود تشکیل می دهد.

این لایه اکسیدی در واقع از تیتانیوم زیرین در برابر خوردگی ناشی از اکثر اسیدها، قلیاها، آلودگی و آب شور محافظت می کند.

ویژگی های ضد خوردگی طبیعی تیتانیوم آن را نه تنها به ماده ای ایده آل برای هواپیما بلکه برای قطعات زیر دریایی که در معرض آب شور بسیار خورنده قرار دارند تبدیل می کند.

پروانه کشتی ها تقریباً همیشه از تیتانیوم ساخته می شوند و همچنین لنگر داخلی و سیستم های لوله کشی کشتی و سخت افزار داخلی در معرض آب دریا نیز از همین جنس ساخته می شوند.

تیتانیوم در اعضای بدن

همان لایه نازک دی اکسید تیتانیوم که از تیتانیوم در برابر خوردگی محافظت می کند، آن را به امن ترین ماده برای کاشت در بدن انسان تبدیل می کند.

تیتانیوم کاملا “سازگار با بدن” است، به این معنی که غیر سمی، ضد حساسیت است و حتی می تواند با بافت و استخوان انسان جوش بخورد.

تیتانیوم ماده جراحی انتخابی برای کاشت استخوان و مفصل، صفحات جمجمه، ریشه ایمپلنت های دندانی، میخ های چشم و گوش مصنوعی، دریچه های قلب، فیوژن ستون فقرات و حتی استنت های مجرای ادرار است.

مطالعات نشان داده اند که ایمپلنت های تیتانیوم سیستم ایمنی بدن را تحریک می کنند تا مستقیماً روی سطح تیتانیوم استخوان بسازد، فرآیندی به نام osseointegration (جذب استخوانی).

از دیگر دلایل استفاده از تیتانیوم برای جایگزینی لگن و پین برای شکستگی استخوان، نسبت استحکام به وزن بالای تیتانیوم است که باعث می شود ایمپلنت ها سبک باشند، به علاوه خاصیت ارتجاعی مشابه استخوان انسان را نشان می دهد.