Hvad er det stærkeste metal på jorden?

For at bestemme det stærkeste metal på Jorden , vi er nødt til at sætte nogle spilleregler. For det første er der flere måder at måle styrken af ​​et bestemt metal på.

Trækstyrke, målt i pund per kvadrattomme (psi), afspejler den maksimale belastning, et materiale kan understøtte uden at gå i stykker. Flydestyrke måler mængden af ​​stress, der er nødvendig for at forårsage permanent deformation.

Wolfram har den højeste flyde- og trækstyrke af noget rent metal, hvilket gør det uden tvivl det stærkeste metal i verden. Og alligevel er det ikke det hårdeste metalelement eller endda det stærkeste metal efter vægt.

Når vi taler om rent metal, stiller det også spørgsmålstegn ved at bestemme de stærkeste metaller:Skal det stærkeste metal være et naturligt metal (ulegeret metal), eller kan det være en legering af flere forskellige metaller? Stål anses for at være den stærkeste legering på Jorden.

Lad os tage et kig på nogle af de stærkeste metaller på Jorden og deres overraskende anvendelser.

1. Wolfram
2. Stål
3. Osmium
4. Chromium
5. Titanium

Wolfram

Wolfram har det højeste smeltepunkt (3695 K) og ultimative trækstyrke (142.000 psi) af ethvert naturligt metal. Wolfram og dets legeringer er blevet brugt til at fremstille filamenter til glødepærer og tv-rør.

I sig selv er dette sjældne metal 7,5 på Mohs hårdhedsskala (diamant er 10), men den sammensatte wolframcarbid er meget hårdere (9,5) og bruges til at fremstille værktøj.

Stål

Stål er en legering af to elementer:jern (metal) og kulstof (ikke-metallisk). Stållegeringer varierer i deres forhold mellem jern og stål såvel som eventuelle yderligere metaller til stede. For at skabe rustfrit stål vil du for eksempel kombinere stål med krom. Kulstofstål indeholder en højere procentdel kulstof, hvilket gør det stærkere end andre stållegeringer.

Osmium

Osmium er et af de tætteste naturligt forekommende metaller i verden. Osmium er dog meget skørt, så det bruges typisk sparsomt i legeringer. Du kan finde osmium i elektriske kredsløbskomponenter.

Chromium

Hvis du tænker på styrke som hårdhed, kan du overveje krom som det stærkeste metal i verden. Med en hårdhedsvurdering på 8,5 på Mohs-skalaen er krom det hårdeste metal på Jorden. Det modstår også korrosion, deraf populariteten af ​​forkromning.

Titanium

Opkaldt efter de kolossale titaner i græsk mytologi, titanium har det højeste forhold mellem trækstyrke og tæthed af noget metal på Jorden. Titaniumlegeringer (blandinger af titanium og andre metaller) har det højeste styrke-til-vægt-forhold af noget metal på planeten. Rent titanium er lige så stærkt som stål, men 45 procent lettere.

Titaniums imponerende styrke-til-vægt-forhold har gjort titanlegeringer til de vigtigste materialer til flymotorer og karosserier, raketter, missiler - enhver applikation, hvor metalkomponenter skal være så hårdføre og lette som muligt. Selvom det ikke er et særligt sjældent metal, er det dyrt på grund af omkostningerne ved at udvinde og producere det.

Airbus A380, det største passagerfly i verden, omfatter 77 tons (70 tons) titanium, hovedsageligt i dets massive motorer.

Takket være en metallurgisk innovation i 1930'erne kaldet "Knox-processen" gik kommerciel smedning af titanium i fuld gang i 1940'erne og 1950'erne. Den første ansøgning var i militærfly og ubåde (både amerikanske og russiske) og derefter kommercielle fly i 1960'erne.

Opdagelsen af ​​Titanium

Helt tilbage i 1791 øsede en amatør britisk mineralog og kirkepræst William Gregor noget mærkeligt sort sand op i et vandløb nær byen Cornwall. Noget af sandet var magnetisk, hvilket Gregor fastslog var jernoxid, men det andet materiale var et mysterium. Det var helt sikkert en anden oxid, men ikke en i bøgerne hos Royal Geological Society.

Den tyske kemiker Martin Heinrich Klaproth genopdagede det mærkelige oxid i 1795 og gav det sit mytologiske navn, titaniumoxid, efter de guddomme, der gik forud for olympierne i græsk mytologi

Selvom det blev opdaget i slutningen af ​​det 18. århundrede, blev rent titanium ikke isoleret fra dets oxid indtil 1910, da den amerikanske kemiker Matthew Hunter, der arbejdede for General Electric, fandt ud af, hvordan man fjerner det sølvfarvede metal fra dets oxid under høj varme og tryk i en forseglet "bombe."

Titanium ruster ikke

Korrosion er en elektrokemisk proces, der langsomt ødelægger de fleste metaller over tid. Når metaller udsættes for ilt, enten i luften eller under vandet, snupper ilten elektroner og skaber det, vi kalder metal "oxider". En af de mest almindelige ætsende oxider er jernoxid, også kendt som rust.

Men ikke alle oxider udsætter det underliggende metal for korrosion. Når titan kommer i kontakt med ilt, danner det et tyndt lag titaniumdioxid (TiO₂ ) på overfladen. Dette oxidlag beskytter faktisk det underliggende titanium mod korrosion forårsaget af de fleste syrer, baser, forurening og saltvand.

Titaniums naturlige antikorrosive egenskaber gør det til det ideelle materiale, ikke kun til fly, men også til undersøiske komponenter, der udsættes for stærkt ætsende saltvand. Skibspropeller er næsten altid lavet af titanium, og det samme er skibets interne ballast- og rørsystemer og ombord hardware udsat for havvand.

Titanium lever i kropsdele, fra top til tå

Det samme tynde lag af titaniumdioxid, der beskytter titanium mod korrosion, gør det også til det sikreste materiale at implantere i den menneskelige krop. Titanium er fuldt ud "biokompatibelt", hvilket betyder, at det er ikke-toksisk, ikke-allergifremkaldende og kan endda smelte sammen med menneskeligt væv og knogler.

Titanium er det foretrukne kirurgiske materiale til knogle- og ledimplantater, kranieplader, rødderne af tandimplantater, pløkker til kunstige øjne og ører, hjerteklapper, spinalfusioner og endda urethrale stints. Undersøgelser har vist, at titaniumimplantater får kroppens immunsystem til at vokse knogler direkte på titaniumoverfladen, en proces kaldet osseointegration.

Andre grunde til, at titanium er det foretrukne valg for hofteudskiftninger og stifter til brækkede knogler, er, at titanium har det berømte høje styrke-til-vægt-forhold, som holder implantaterne lette, plus at det udviser den samme nøjagtige elasticitet som menneskelig knogle.

Titanium gynger i golfkøller og andet sportsudstyr

Da prisen på rent titanium faldt i slutningen af ​​det 20. århundrede, begyndte producenterne at lede efter mere kommercielle anvendelser for dette vidundermetal. Titaniums lette styrke gjorde, at den passer godt til sportsudstyr.

De allerførste titanium golfkøller kom i butikkerne i midten af ​​1990'erne, inklusive en kæmpe driver fra Callaway kendt som Great Big Bertha. Køllerne var dyre sammenlignet med stål- eller trækørere, men deres succes fik andre sportsproducenter til at prøve titanium.

Nu kan du finde titanium i ethvert sportsudstyr, hvor vægt, styrke og holdbarhed er nøglen:tennisketchere, lacrosse-pinde, ski, cykelstel, baseballbat, vandre- og bjergbestigningsudstyr, campingudstyr og endda hestesko til professionelle væddeløbsheste.

Hvid maling (og kageglasur) indeholder titan

Kun 5 procent af de 6,3 millioner tons (5,7 millioner tons) titanium, der produceres hvert år, bliver smedet til metal. Langt størstedelen bliver omdannet til titaniumdioxid, det samme materiale, som naturligt beskytter titanium mod korrosion. Titandioxid bruges over hele verden som et ugiftigt blegepigment til maling, kosmetik, medicin og fødevarer, inklusive hvid kageglasur.

Hvid maling plejede at blive farvet med et blybaseret pigment, men da man først kendte blyets helbredseffekt, tog titaniumdioxid over. Det viser sig, at titanium-baserede pigmenter har nogle fede egenskaber.

Husmalere vælger titanium-baserede hvide malinger, fordi de er korrosionsbeskyttende og holder længere. Titaniumoxid er ekstremt brydende, hvilket giver den en naturlig glans, der er større end en diamant, og producerer en særlig lys nuance af hvid.

Titaniumoxid reflekterer også infrarødt lys, og derfor bruges titanium-baserede malinger altid på ydersiden af ​​solobservatorier til at sprede infrarødt lys, der slører billeder.

Arkitekten Frank Gehry valgte titanium til at pakke det ydre af det fantastiske Guggenheim Museum i Bilbao, som er beklædt med 33.000 titaniumpaneler, der skifter i farve og glans under forskellige lysforhold.

Kilder

Ed. Jonathan Law og Richard Rennie. A Dictionary of Chemistry (8 udg.). 2020. (10. okt. 2023). https://www.oxfordreference.com/display/10.1093/acref/9780198841227.001.0001/acref-9780198841227

Deziel, Chris. "Hvad er de 10 stærkeste metaller på jorden?" Videnskab. 13. marts 2018. (10. okt. 2023). https://sciencing.com/top-10-strongest-metals-earth-2595.html

"Mohs hårdhed." Encyclopedia Britannica. 15. september 2023. (10. oktober 2023). https://www.britannica.com/science/Mohs-hardness

"Trækstyrke." Encyclopedia Britannica. 22. september 2023. (10. oktober 2023). https://www.britannica.com/science/tensile-strength.

"Tungsten, W." MatWeb. (10. oktober 2023). https://www.matweb.com/search/datasheet_print.aspx?matguid=41e0851d2f3c417ba69ea0188fa570e3

WebElements. (10. oktober 2023). https://www.webelements.com/