Chất liệu Titanium là gì? Ưu nhược điểm, ứng dụng ra sao?

Titanium với khả năng chống ăn mòn và khó bị oxi hoá đã trở thành vật liệu ưa thích trong ngành sản xuất đồng hồ, giúp cho các chiếc đồng hồ trở nên bền bỉ đồng thời chống lại được những yếu tố từ môi trường khắc nghiệt như nước biển hoặc nhiệt độ cao. Hãy cùng Hải Triều khám phá ứng dụng đặc biệt của Titanium trong ngành chế tác đồng hồ ngay nhé!

MỤC LỤC › Tìm hiểu chi tiết về chất liệu Titanium 1. Titanium là gì? 2. Tính chất vật lý và hóa học của Titanium › Ưu điểm của Titanium 1. Siêu nhẹ 2. Siêu bền 3. Không gây kích ứng 4. Chống trầy xước 5. Khả năng sáng bóng cao 6. Dẫn nhiệt kém, chịu nhiệt cao › Nhược điểm của Titanium 1. Giá thành cao 2. Chống ăn mòn 3. Khó gia công › Ứng dụng của kim loại Titanium trong đời sống hằng ngày 1. Trang sức 2. Ngành y tế 3. Sắc tố và phụ gia 4. Ngành công nghiệp vũ trụ 5. Công nghiệp hàng hải › Ảnh hưởng của Titanium lên sức khỏe và môi trường › Lời kết

Tìm hiểu chi tiết về chất liệu Titanium

Với vẻ ngoài sáng bóng cùng những đặc tính vượt trội nên Titanium thường xuất hiện trong các sản phẩm cao cấp và trở thành một trong những lựa chọn lý tưởng cho đa dạng các ngành sản xuất trên thế giới. 

1. Titanium là gì?

Titanium (Titan) phát hiện từ thế kỷ 19 vào năm 1791 nhưng bị lãng quên và mãi cho đến 4 năm sau – 1795 thì chất liệu Titanium mới được khám phá lại bởi nhà hoá học người Đức – Martin Heinrich Klaproth. 

Là vật liệu cứng nhất trong hầu hết tất cả các kim loại có khả năng chống ăn mòn tốt (đặc biệt khi tiếp xúc trực tiếp với axit, khí clo, nước biển, dung dịch muối) cùng độ bền bỉ cực cao và không mang lại kích ứng cho cơ thể con người. Ngoài ra, chất liệu này còn sở hữu bề mặt bóng loáng, nên nó được ứng dụng cao trong chế tác đồng hồ. 

2. Tính chất vật lý và hóa học của Titanium

Tính chất vật lý: 

Trong môi trường không có oxi thì titan rất dẻo. Với vẻ ngoài màu trắng xám, bóng loáng nên nó đã trở thành chất liệu hữu ích trong việc phủ kim loại. Thông thường, Titan sẽ có độ dẫn nhiệt cũng như điện thấp so với các kim loại khác. 

Đồng thời, Titan nguyên chất gần như tinh khiết 99,2% và còn có khả năng chống lại các chất lỏng mạnh như axit sunfuric, khí clo ẩm, dung dịch clorua, axit clohydric và hầu hết các axit hữu cơ.

Ngoài ra, khi được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ giới hạn 0,49 K, chất liệu Titan sẽ thể hiện đặc tính siêu dẫn và khi ở dạng nguyên tố bị bắn phá bằng deuteron thì titan có thể trở nên phóng xạ.

Tính chất hoá học: 

Các tính chất hóa học của titan tương tự như zirconi và silica – là một phần của nhóm 4 (IVB) ở giữa bảng tuần hoàn. Các nguyên tố trong nhóm 4 có liên quan về mặt hóa học cũng như có tính chất xếp chúng giữa kim loại và phi kim. Giống như magie và nhôm, titan và hợp kim của nó sẽ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí.

Bên cạnh đó, titan sẽ phản ứng với các phân tử oxy ở khoảng 1200°C và thể hiện hành vi tương tự ở 610°C khi oxy ở dạng tinh khiết nhất. Nó là một nguyên tố trơ khi có oxy và nước do lớp phủ oxit thụ động mà nó tạo ra để bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa thêm. Độ dày của lớp oxit tăng lên khi titan tiếp xúc với oxy lâu hơn.

Ưu điểm của Titanium

1. Siêu nhẹ

Trọng lượng riêng của Titanium là 4.51g/cm3, vì thế những chiếc đồng hồ sử dụng chất liệu Titanium được tính toán nhẹ hơn 40% so với đồng hồ sử dụng chất liệu thép không gỉ 316L. Điều này, giúp người dùng cảm thấy thỏa mái và nhẹ nhàng hơn rất nhiều.

2. Siêu bền

Titanium là hợp kim có tính trơ với các loại muối và axit thông thường. Đồng hồ Titanium sẽ không bị gỉ kể cả khi nằm dưới biển cũng như vẫn sẽ hoạt động tốt khi bị “dính” bởi những hóa chất như Axit Hydrochloric, axit nitric,…

Đồng hồ Titanium có sức chịu tải lớn khoảng 1000 Mpa gấp 5 lần với đồng hồ sử dụng chất liệu thép bình thường và nhiệt độ nóng chảy của Titanium rất cao, nó có thể chịu đựng được trong môi trường có nhiệt độ 600 độ C. Nếu ở nhiệt độ thấp, Titanium vẫn rất bền không hề bị giòn, nứt vỡ.

3. Không gây kích ứng

Titanium là kim loại gần như duy nhất trên thế giới hoàn toàn không độc hại với cơ thể con người. Chính vì thế, đeo đồng hồ Titanium giúp người dùng có cảm giác an toàn và không bao giờ bị kích ứng về da.

4. Chống trầy xước

Trên bề mặt chất liệu Titanium thường được nén áp lực để tạo ra một lớp phủ bền chắc. Điều này giúp đồng hồ trở nên chống chọi với khả năng bị trầy xước do va chạm hoặc tác động từ bên ngoài. Nhờ vào tính năng này, đồng hồ sản xuất từ vật liệu Titanium thường có độ bền và độ bền màu tốt hơn so với các vật liệu khác.

5. Khả năng sáng bóng cao

Đồng hồ làm từ Titanium thường duy trì bề mặt sáng bóng như gương và đạt độ cứng cao lên tới khoảng 1.200 trên thang đo Vickers. Nhờ vậy mà đồng hồ luôn giữ được vẻ đẹp như mới trong thời gian dài sử dụng. Ngoài ra, màu bạc tự nhiên của kim loại Titanium cũng là một điểm thu hút, khiến nó trở thành lựa chọn ưa chuộng trong ngành sản xuất đồng hồ và thời trang. 

Độ sáng bóng và hào nhoáng của Titanium được thể hiện thông qua mẫu NJ0158-89Z

6. Dẫn nhiệt kém, chịu nhiệt cao

Chất liệu Titan dẫn nhiệt kém vì lớp vỏ có chứa nhiều electron và cấu trúc kim loại đặc nên chúng hoàn toàn không bị tác động bởi các sự trao đổi từ môi trường bên ngoài. 

Đồng thời có thể thích nghi ở những môi trường có nhiệt cao vì nhiệt độ nóng chảy của Titanium là khoảng 1668 độ C so với các kim loại khác. Do đó, chất liệu này sẽ không dễ dàng bị nung chảy ngay cả khi được nung ở nhiệt độ cao trong thời gian dài. 

Và đó chính là những ưu điểm khiến cho các sản phẩm đồng hồ từ Titan đều trở nên chất lượng cũng như tối ưu hóa chức năng ứng dụng trong đời sống hằng ngày của chúng ta. 

Nhược điểm của Titanium

1. Giá thành cao

Titan cạn kiệt nguồn cung và không tìm thấy với số lượng lớn trên Trái Đất, sự khan hiếm này dẫn đến giá thành cao hơn nhiều so với các kim loại khác.

2. Chống ăn mòn 

Nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn cao nhưng Titan vẫn không mang lại sự tuyệt đối. Chất liệu này bị suy yếu kim loại và giảm tuổi thọ nếu tiếp xúc trong thời gian dài ở môi trường nước mặn. Do sự ăn mòn này sẽ làm suy yếu kim loại và khiến nó đồng hồ titan giảm tuổi thọ nên hạn chế tiếp xúc trực tiếp với nước mặn trong thời gian dài. 

3. Khó gia công

Titan cũng khó gia công do độ cứng và độ bền của nó. Khó khăn này sẽ dẫn đến tăng chi phí sản xuất cũng như thời gian sản xuất dài hơn. Ngoài ra, titan rất khó hàn, điều này dẫn đến hạn chế việc sử dụng nó trong một số ứng dụng nhất định.

Ứng dụng của kim loại Titanium trong đời sống hằng ngày

1. Trang sức

Là chất liệu mang đến màu sắc tự nhiên cùng với các đặc tính nổi bật như không gây kích ứng và an toàn cho người sử dụng nên sẽ không quá bất ngờ khi Titanium được ứng dụng trong các sản phẩm trang sức. 

Đặc biệt với độ bền, khả năng chống móp, trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn của titan khiến nó hữu ích trong sản xuất đồng hồ đeo tay, cụ thể là vỏ đồng hồ.

Đồng hồ là trang sức thông dụng trong ngành thời trang được sử dụng chất liệu Titanium trong chế tác – Tham khảo mẫu R27010102

2. Ngành y tế

Titan đóng một vai trò quan trọng trong ngành y tế vì lành tính và có tương thích sinh học cao (không độc hại, không bị cơ thể đào thải) nên thường được áp dụng vào nhiều vật liệu chế tạo xương nhân tạo, van tim, dụng cụ phẫu thuật, chân răng, … cũng như trong những lĩnh vực ứng dụng y khoa khác. 

3. Sắc tố và phụ gia

Chất liệu Titanium không chỉ sử dụng trong sản xuất các sản phẩm hàng ngày như đồng hồ, mà còn được tinh chế thành Titan Dioxide – một chất màu trắng với nhiều ứng dụng đa dạng và thường sử dụng trong sản xuất giấy, kem đánh răng, nhựa với sơn. Ngoài ra, Titanium còn được thêm vào cần câu bằng than chì, gậy đánh gôn để tăng sức mạnh của chúng.

Ngoài ra, Titanium dioxide còn là một hợp chất hóa học trơ, giúp chất liệu chống ăn mòn tốt và không bị phai màu dưới ánh sáng mặt trời. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng trong sản xuất nhựa gia dụng và kem chống nắng, nhờ vào khả năng khúc xạ ánh sáng, độ phân tán quang học cao.

4. Ngành công nghiệp vũ trụ

Đặc tính bền, nhẹ của Titanium khiến vật liệu này trở thành yếu tố quan trọng trong việc chế tạo thân máy bay, khung, thiết bị hạ cánh và các bộ phận cấu trúc khác của máy bay. 

Ngoài ra, với khả năng chịu được nhiệt độ cao và sức bền khi phải làm việc hàng nghìn giờ của Titanium mà không xảy ra bất kỳ bất trắc nào đã khiến vật liệu Titanium trở nên vô giá đối với các nhà sản xuất động cơ máy bay cũng như những người kết hợp nó vào nhiều bộ phận, bao gồm đĩa tuabin và cánh máy nén. 

5. Công nghiệp hàng hải

Trong ngành công nghiệp hàng hải, một lĩnh vực với quy mô lớn và cấu trúc phức tạp, Titanium được coi là vật liệu lý tưởng nhờ vào những đặc tính vượt trội của nó. 

Nhờ đó mà chất liệu này thường áp dụng trong việc xây dựng thân tàu hải quân, cũng như trong sản xuất các thành phần như trục chân vịt, bộ trao đổi nhiệt, dàn, máy làm lạnh nhiệt cho bể cá nước mặn, dao điều khiển, dây chuyền hoàn thiện, và dây dẫn.

Ngoài ra, Titanium còn sử dụng trong sản xuất các thiết bị giám sát được triển khai ở nhà và dưới đại dương. Điều này thể hiện tính linh hoạt cũng như tính ứng dụng đa dạng của kim loại này trong lĩnh vực hàng hải.

Ảnh hưởng của Titanium lên sức khỏe và môi trường

Không thể phủ nhận những tính năng đặc biệt mà Titanium đã mang lại cho đời sống của con người cũng như môi trường. Tuy nhiên, không có gì là tuyệt đối vì những tiềm ẩn về chất liệu này vẫn luôn hiện hữu trong: 

• Quá trình khai thác: Titanium có thể gây ra nhiều vấn đề môi trường, bao gồm ô nhiễm không khí, nước, đa dạng sinh học, cũng như gây phá huỷ đất đai và tăng nguy cơ sạt lở. Đồng thời còn tiêu tốn nhiều tài nguyên, năng lượng trong môi trường. 
• Quá trình sản xuất: Titan tetrachloride (TiCl4) là chất liệu chính để sản xuất Titan, nhưng quá trình sản xuất có thể gây ra nhiều vấn đề môi trường. Điều này bao gồm tiêu tốn năng lượng, sinh ra chất thải rắn, lỏng, khí, cũng như sử dụng các chất hóa học độc hại, dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng.
• Quá trình sử dụng: vì là kim loại đa năng nên Titan được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, sự phổ biến này cũng đi kèm với việc tiêu tốn lượng lớn năng lượng và nguyên liệu. Hơn nữa, khi các sản phẩm titan bị phá hủy hoặc xả thải, điều này có thể gây ra ô nhiễm môi trường, tạo ra một loạt các vấn đề tiềm ẩn. 

Lời kết

Vậy là chúng ta đã cùng nhau điểm qua những ưu – nhược điểm cũng như những đặc tính vượt trội của Titanium trong sản xuất đồng hồ nói chung và trong chế tác của nhiều ngành công nghiệp khác nhau nói riêng.

Nhờ vào sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, vẻ đẹp hào nhoáng của Titanium đã giúp kim loại này trở thành lựa chọn hàng đầu trong việc tạo ra các sản phẩm chất lượng và bền bỉ. Đây cũng chính là vật liệu mang lại nhiều hứa hẹn với những phát minh mới về chế tác đồng hồ trong tương lai.

Khám phá thêm các vật liệu chế tác trên đồng hồ

• Khám phá dạ quang đồng hồ Tritium, thấy là ghiền, dùng là mê
• Hardlex Crystal là gì? Có trên loại đồng hồ nào?
• Vi khuẩn sẽ chết sạch nếu bạn dùng đồng hồ đeo tay bằng đồng

Hoàng Vy