Titanyum Ne Kadar Pahalıdır?

Titanyum alaşımının + fiyatının kilogram başına 200 yuan, askeri fiyatının ise kilogram başına 200 yuan olduğunu biliyor muydunuz?titanyum alaşımı500-1000 yuan arasındadır. Peki titanyum tam olarak nedir? Alaşımdan sonra neden bu kadar pahalı?

Öncelikle titanyumun kökenini anlayalım. Esas olarak ilmenit, rutil ve perovskitten türetilen gümüşi-beyaz bir metal olan titanyum oldukça reaktif bir metaldir. Bununla birlikte, yüksek eritme gereklilikleri nedeniyle, büyük miktarlarda üretilmesi uzun süredir zor olduğundan, ona "nadir" bir metal statüsü kazandırılmıştır.

Aslında insanlar titanyumu 1791 yılında keşfettiler, ancak saf titanyumun üretilmesi 1910 yılına kadar bir asırdan fazla zaman aldı. Bunun temel nedeni, titanyumun yüksek sıcaklıklarda çok aktif olması ve oksijen, nitrojen ve karbon gibi elementlerle kolaylıkla birleşebilmesidir. Saf titanyumun rafine edilmesi çok zorlu koşullar gerektirir. Ancak Çin'in titanyum üretimi geçen yüzyılda 200 tondan bugün 150.000 tona çıktı ve şu anda dünyada birinci sırada yer alıyor. Peki bu kadar pahalı olan titanyum ağırlıklı olarak nerede kullanılıyor?

1. Titanyum el sanatları. Titanyum yüksek bir yoğunluğa sahiptir ve korozyona-dayanıklıdır, özellikle oksitlenebilir ve rengi-değişebilir. Mükemmel dekoratif etkilere sahiptir ve gerçek altından çok daha ucuzdur. Bu nedenle el yapımı seramikler, antika binalar ve eski bina onarımları, dış mekan isim levhaları ve plaketler vb. için gerçek altın yerine kullanılır.

 

2. Titanyum takılar. Titanyum aslında sessizce hayatımıza girdi. Günümüzde bazı kızlar saf titanyumdan yapılmış takılar takıyor. Bu yeni takı türünün en büyük özelliği sağlık, güvenlik ve çevre korumasıdır. İnsan cildine ve vücuduna zararlı maddeler üretmez. Buna "yeşil takı" denir.

3. Titanyum gözlük. Titanyum deformasyona çelikten daha fazla direnir, ancak ağırlığı onun sadece yarısı kadardır. Görünüşte standart metal camlarla aynı olmasına rağmen, titanyum camlar hafif ve rahattır, diğer metal camların soğuk, buzlu hissinden farklı olarak pürüzsüz, sıcak bir dokunuşa sahiptir. Titanyum çerçeveler standart metal çerçevelerden önemli ölçüde daha hafiftir, uzun süreli kullanımdan sonra bile şekillerini- korurlar ve daha yüksek düzeyde kalite güvencesi sunarlar.

4. Havacılık: Modern uçak gemilerinde, roketlerde ve füzelerde kullanılan çeliğin çoğunun yerini titanyum alaşımları almıştır. Deformasyona karşı dirençleri ve hafiflikleri nedeniyle hem çelik hem de titanyum alaşımları kullanılarak kesme deneyleri yapılmıştır. Kesme işlemi sırasında titanyumun ürettiği kıvılcımların biraz farklı göründüğü keşfedildi: çelik altın rengindeydi, titanyum alaşımları ise beyaz kıvılcımlar üretiyordu. Bunun başlıca nedeni, kesme sırasında titanyum alaşımının ürettiği küçük parçacıklardır. Bu parçacıklar havada kendiliğinden tutuşarak parlak kıvılcımlar oluşturabilir ve bu kıvılcımlar çeliktekilerden çok daha sıcaktır. Sonuç olarak titanyum tozu roket yakıtı olarak da kullanılıyor.

İstatistiklere göre dünya çapında navigasyonda her yıl 1.000 tonun üzerinde titanyum kullanılıyor. Titanyum uzay malzemesi olarak kullanılmasının yanı sıra denizaltılarda da kullanılıyor. Bir zamanlar bir titanyum alaşımı okyanusun dibine batırılmış ve beş yıl sonra tamamen paslanmadan- arınmış olduğu tespit edilmişti. Bunun nedeni, titanyumun yoğunluğunun yalnızca 4,5 gram olmasına rağmen santimetreküp başına mukavemetinin tüm metaller arasında en yüksek seviyede olması ve 2.500 atmosfer basınca dayanabilmesidir. Bu nedenle titanyum denizaltılar 4.500 metreye kadar okyanus derinliklerinde seyredebilirken, geleneksel çelik denizaltılar maksimum 300 metreye kadar dalış yapabiliyor.

 

Titanyumun geniş bir uygulama alanı vardır ve titanyum alaşımları diş hekimliği, plastik cerrahi, kalp kapakçıkları ve tıbbi cihazlar da dahil olmak üzere tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak piyasadaki titanyum ürünlerinin fiyatları genel olarak yüksek olduğundan pek çok tüketici bu ürünleri satın alma konusunda isteksiz davranıyor. Peki bu duruma tam olarak ne sebep oluyor?

1.Titanyum kaynaklarının madenciliği ve kullanımı son derece zordur. ülkemin ilmenit kumu yatakları dağınıktır ve titanyum kaynakları nispeten yoğunlaşmıştır. Yıllar süren madencilik ve kullanımdan sonra, yüksek-kaliteli, büyük-ölçekli kaynaklar çıkarıldı. Ancak geliştirme öncelikli olarak özel madenciliğe dayalı olduğundan, büyük-ölçekli geliştirme ve kullanımın gerçekleştirilmesi zordur.
2. Titanyuma güçlü bir talep var. Yeni bir metal malzeme olarak titanyum, havacılık, inşaat, denizcilik, nükleer enerji ve enerji üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkemin kapsamlı ulusal gücü artmaya devam ederken, titanyum tüketimi de hızlı bir büyüme eğilimi gösteriyor.
3. Yetersiz titanyum üretim kapasitesi. Şu anda dünyada yalnızca birkaç sanayileşmiş ülke titanyum üretebilmektedir.
4. Titanyumun işlenmesi zordur.

1. Titanyum süngerden, titanyum külçelere ve daha sonra titanyum plakalara kadar onlarca işlem gerekmektedir. Titanyum eritme işlemi çelikten farklıdır; kontrollü erime hızı, voltaj ve akımın yanı sıra bileşimin stabilitesini de gerektirir. Çok sayıda ve karmaşık işlemler nedeniyle işleme de nispeten zordur.
2. Saf titanyum yumuşaktır ve genellikle titanyum ürünleri olarak kullanılmaya uygun değildir. Bu nedenle metalin özelliklerini geliştirmek için başka elementlerin eklenmesi gerekir. Örneğin havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan titanyum-64, metalik özelliklerini geliştirmek için çok sayıda başka elementin eklenmesini gerektirir.
3. Titanyum halojenler, oksijen, kükürt, karbon, amonyak ve diğer elementlerle yüksek sıcaklıklarda güçlü reaksiyona girer. Bu nedenle, kirlenmeyi önlemek için titanyum eritme işleminin vakum veya inert atmosfer altında yapılması gerekir.
4. Titanyum aktif bir metaldir ancak termal iletkenliği zayıftır, bu da diğer malzemelerle kaynak yapılmasını zorlaştırır.
Özetle titanyum alaşımlarının fiyatını etkileyen kültürel değer, talep, üretim zorluğu vb. pek çok faktör vardır. Ancak bilim ve teknolojinin sürekli gelişmesiyle birlikte gelecekte üretim zorluğu giderek azalabilir.

 

Elbette titanyum metalinin neden bu kadar pahalı olduğu, eritme ve işleme sürecine bakılarak anlaşılabilir!

 

Malzeme alanında titanyum alaşımı çok mükemmel bir metaldir. Yoğunluğu çeliğin yalnızca %60'ıdır, ancak mükemmel mukavemete, tokluğa ve sünekliğe sahiptir. Bu nedenle, uçak kabukları, süper araba parçaları gibi- ileri teknoloji endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır ve iPhone15 pro max bile titanyum çerçeve kullanmaktadır.
Ancak titanyum alaşımının fiyatı da oldukça pahalıdır. Örneğin Bugatti Veyron'daki titanyum vidanın maliyeti 50 dolardır. Peki titanyum alaşımı neden bu kadar pahalı? Nasıl işlenir ve oluşturulur?

Gerçekte titanyumun kendisi pahalı değildir; onu pahalı kılan işlemdir. Titanyum eritme işlemi iki bölüme ayrılabilir: titanyum süngerin hazırlanması ve titanyum külçelerin eritilmesi. Gözenekli, sünger-benzeri gri bir madde olan titanyum sünger, titanyumun bir ara ürünüdür ve titanyum külçelerin ham maddesidir. Yoğun, silindirik metal bloklar olan titanyum külçeler, titanyum malzemelerinin nihai ürünü ve temelidir.

 

Sünger titanyumun hazırlanması esas olarak iki yöntemi içerir: magnezyum indirgeme yöntemi ve sodyum indirgeme yöntemi. Her iki yöntemde de titanyum tetraklorürü azaltmak için metalik magnezyum veya metalik sodyum kullanılır ve sünger titanyum elde edilir. Titanyum tetraklorür, ilmenit veya titanyum cürufundan elde edilen oldukça aşındırıcı bir kimyasal maddedir.
İlmenit ve titanyum cürufu, titanyum bileşenini zenginleştirmek için karmaşık kimyasal işlemler gerektiren, nispeten düşük titanyum içeriğine sahip, titanyum içeren mineraller veya endüstriyel atık malzemelerdir. Bu kimyasal arıtma işlemleri çeşitli kirleticiler üretir ve indirgeme işleminin yüksek sıcaklık ve inert gaz atmosferi altında gerçekleştirilmesi gerekir. İndirgeme ürünlerinin ayrıca yüksek saflıkta sünger titanyum elde etmek için vakumlu damıtma, suyla yıkama ve diğer aşamalardan geçmesi gerekir. Bu adımlar pahalı ekipman ve malzemelerin kullanımını gerektirir, önemli miktarda zaman ve iş gücü tüketir ve üretim maliyetlerini artırır.

 

Titanyum külçeler öncelikle tüketilebilir fırın yöntemi olarak da bilinen vakumlu tüketilebilir elektrot yöntemi kullanılarak eritilir. Bu yöntem, titanyum süngerin alaşım elementleriyle karıştırılmasını, elektrotlara bastırılmasını ve ardından bunların bir vakum ark ocağında eritilmesini içerir. Arkın etkisi altında, elektrotlar erir ve suyla-soğutulmuş bir bakır potanın içine damlar ve bir titanyum külçe oluşturur.
Bu yöntemin avantajı, titanyum külçelerin saflığını ve tekdüzeliğini sağlaması ve gazlardan ve yabancı maddelerden kaynaklanan kirlenmeyi önlemesidir. Ancak dezavantajları düşük erime verimliliği, yüksek enerji tüketimi, önemli ekipman aşınması ve eritme işlemi sırasında operatörlerin güvenliğini ve sağlığını etkileyebilecek büyük miktarda metal sıçraması ve duman oluşmasıdır. Genellikle titanyum külçelerin gerekli kalite standartlarına ulaşması için iki veya üç erime döngüsü gerekir.
Ayrıca titanyum külçelerinin işlenmesi zorlu bir süreçtir; çünkü titanyum metalinin plastikliği ve sünekliği zayıftır, bu da onu çatlamaya, deformasyona ve sertleşmeye yatkın hale getirir. Titanyum külçelerin işlenmesi öncelikle dövme, haddeleme ve tavlamayı içerir; titanyum plakalar, tüpler, çubuklar ve diğer malzemeleri üretmek için yüksek-sıcaklık, yüksek-basınç ve yüksek-hızlı ekipmanların yanı sıra birden fazla ısı ve soğuk işlemin kullanılmasını gerektirir. Bu işlemler önemli miktarda enerji ve malzeme tüketerek titanyum malzemesinin kaybına ve atık oluşumuna neden olarak işlem maliyetlerini artırır.

 

Özetle, titanyumun eritilmesi ve işlenmesi, her biri ileri teknoloji ekipman ve malzemelerin kullanımını gerektiren birden fazla adımı içerir ve aynı zamanda önemli miktarda kirliliğe de neden olabilir. Bu faktörler yüksek üretim maliyetine ve titanyum fiyatının yüksek olmasına katkıda bulunur.

 

Ancak titanyumun performans avantajları da onu birçok alanda vazgeçilmez kılıyor ve bu nedenle titanyuma olan talep de artıyor. Titanyumun üretim maliyetini azaltmak ve kullanım oranını artırmak için ilgili bilim adamları ve mühendisler, titanyumu daha popüler ve kullanışlı hale getirmeyi umarak yeni titanyum hazırlama ve işleme yöntemlerini araştırıyor ve araştırıyorlar.
Titanyum ilk olarak 1910 yılında cevherden çıkarıldı ve o zamandan bu yana titanyum alaşımlarının rafinaj ve üretim süreçleri büyük ölçüde geliştirildi. Mesela benim ülkemin titanyum alaşımı üretimi geçen yüzyılda 200 tondan bugün 150.000 tona çıkmış ve dünyada birinci sıraya yerleşmiştir. Teknolojinin sürekli gelişmesiyle birlikte daha verimli ve uygun maliyetli süreçler geliştirip-titanyumu daha uygun maliyetli- hale getirebileceğimize inanıyoruz.