För att bestämma den starkaste metallen på jorden , vi måste sätta några spelregler. Till att börja med finns det flera sätt att mäta styrkan hos en viss metall.
Draghållfasthet, mätt i pund per kvadrattum (psi), återspeglar den maximala belastning som ett material kan bära utan att gå sönder. Sträckgräns mäter mängden spänning som behövs för att orsaka permanent deformation.
Volfram har den högsta sträck- och draghållfastheten av någon ren metall, vilket gör den utan tvekan den starkaste metallen i världen. Och ändå är det inte det hårdaste metalliska elementet eller ens den starkaste metallen i vikt.
På tal om ren metall, att bestämma de starkaste metallerna ifrågasätter också:Måste den starkaste metallen vara en naturlig metall (olegerad metall) eller kan det vara en legering av flera olika metaller? Stål anses vara den starkaste legeringen på jorden.
Låt oss ta en titt på några av de starkaste metallerna på jorden och deras överraskande användningsområden.
Innehåll
Volfram har den högsta smältpunkten (3695 K) och den maximala draghållfastheten (142 000 psi) av någon naturmetall. Volfram och dess legeringar har använts för att tillverka glödtrådar för glödlampor och TV-rör.
I sig är denna sällsynta metall 7,5 på Mohs hårdhetsskala (diamant är 10), men den sammansatta volframkarbiden är mycket hårdare (9,5) och används för att tillverka verktyg.
Stål är en legering av två element:järn (metall) och kol (icke-metalliskt). Stållegeringar varierar i förhållandet mellan järn och stål samt eventuella ytterligare metaller. Till exempel, för att skapa rostfritt stål, skulle du kombinera stål med krom. Kolstål innehåller en högre andel kol, vilket gör det starkare än andra stållegeringar.
Osmium är en av de tätaste naturligt förekommande metallerna i världen. Men osmium är mycket sprött, så det används vanligtvis sparsamt i legeringar. Du kan hitta osmium i elektriska kretskomponenter.
Om du tänker på styrka som hårdhet, kan du betrakta krom som den starkaste metallen i världen. Med en hårdhetsklassning på 8,5 på Mohs-skalan är krom den hårdaste metallen på jorden. Den motstår också korrosion, därav populariteten för förkroming.
Uppkallad efter de kolossala titanerna i den grekiska mytologin, har titan det högsta förhållandet mellan draghållfasthet och densitet av någon metall på jorden. Titanlegeringar (blandningar av titan och andra metaller) har det högsta hållfasthets-till-viktförhållandet av någon metall på planeten. Rent titan är lika starkt som stål, men 45 procent lättare.
Titans imponerande styrka-till-vikt-förhållande har gjort titanlegeringar till de bästa materialen för flygplansmotorer och karosser, raketer, missiler - alla applikationer där metallkomponenter måste vara så tuffa och lätta som möjligt. Även om det inte är en särskilt sällsynt metall, är den dyr på grund av kostnaden för att bryta och producera den.
Airbus A380, det största passagerarflygplanet i världen, innehåller 77 ton (70 metriska ton) titan, mestadels i sina massiva motorer.
Tack vare en metallurgisk innovation på 1930-talet kallad "Knox-processen" gick kommersiellt smide av titan i full gång på 1940- och 1950-talen. Den första applikationen gällde militära flygplan och ubåtar (både amerikanska och ryska), och sedan kommersiella flygplan på 1960-talet.
Långt tillbaka 1791, en amatör brittisk mineralog och kyrkoherde William Gregor öste upp lite nyfiken svart sand i en bäck nära staden Cornwall. En del av sanden var magnetisk, vilket Gregor fastställde var järnoxid, men det andra materialet var ett mysterium. Det var säkert en annan oxid, men inte en som fanns i böckerna på Royal Geological Society.
Den tyske kemisten Martin Heinrich Klaproth återupptäckte den udda oxiden 1795 och gav den dess mytologiska namn, titanoxid, efter de gudar som föregick olympierna i grekisk mytologi
Även om det upptäcktes i slutet av 1700-talet, isolerades inte rent titan från dess oxid förrän 1910, när den amerikanske kemisten Matthew Hunter, som arbetade för General Electric, kom på hur man skulle ta bort den silverfärgade metallen från dess oxid under hög värme och tryck. i en förseglad "bomb."
Korrosion är en elektrokemisk process som långsamt förstör de flesta metaller över tiden. När metaller utsätts för syre, antingen i luften eller under vattnet, rycker syret upp elektroner och skapar det vi kallar metall "oxider". En av de vanligaste frätande oxiderna är järnoxid, aka rost.
Men inte alla oxider utsätter den underliggande metallen för korrosion. När titan kommer i kontakt med syre, bildar det ett tunt lager av titandioxid (TiO2 ) på dess yta. Detta oxidskikt skyddar faktiskt det underliggande titanet från korrosion orsakad av de flesta syror, alkalier, föroreningar och saltvatten.
Titans naturliga rostskyddsegenskaper gör det till det idealiska materialet inte bara för flygplan utan även för undervattenskomponenter som utsätts för starkt korrosivt saltvatten. Fartygspropellrar är nästan alltid gjorda av titan, och det gör även fartygets interna ballast och rörsystem och ombord hårdvara som utsätts för havsvatten.
Samma tunna lager av titandioxid som skyddar titan från korrosion gör det också till det säkraste materialet att implantera i människokroppen. Titan är helt "biokompatibelt", vilket betyder att det är ogiftigt, icke allergiframkallande och kan till och med smälta samman med mänsklig vävnad och ben.
Titan är det kirurgiska materialet för ben- och ledimplantat, kranialplattor, rötterna till tandimplantat, pinnar för konstgjorda ögon och öron, hjärtklaffar, ryggradsfusioner och till och med urinrörssnurr. Studier har visat att titanimplantat sätter igång kroppens immunsystem att växa ben direkt på titanytan, en process som kallas osseointegration.
Andra anledningar till att titan är det bästa alternativet för höftproteser och stift för frakturerade ben är att titan har det berömda höga styrka-till-vikt-förhållandet, som håller implantaten lätta, plus att det uppvisar samma exakta elasticitet som mänskligt ben.
När priset på rent titan sjönk i slutet av 1900-talet började tillverkarna leta efter fler kommersiella tillämpningar för denna underverk. Titans lätta styrka gjorde att den passade utmärkt för sportartiklar.
De allra första golfklubborna i titan kom i butik i mitten av 1990-talet, inklusive en gigantisk förare från Callaway känd som Great Big Bertha. Klubbarna var dyra jämfört med förare av stål eller trä, men deras framgångar fick andra sporttillverkare att ägna sig åt titan.
Nu kan du hitta titan i vilken sportutrustning som helst där vikt, styrka och hållbarhet är nyckeln:tennisracketar, lacrossepinnar, skidor, cykelramar, basebollträn, utrustning för vandring och bergsklättring, campingutrustning och till och med hästskor för professionella kapplöpningshästar.
Endast 5 procent av de 6,3 miljoner ton (5,7 miljoner ton) titan som produceras varje år smids till metall. Det stora flertalet omvandlas till titandioxid, samma material som naturligt skyddar titan från korrosion. Titandioxid används över hela världen som ett giftfritt blekningspigment för färg, kosmetika, mediciner och livsmedel, inklusive glasyr för vita kakor.
Förr färgades vit färg med blybaserat pigment, men när man väl kände till blyets hälsoeffekter tog titandioxid över. Det visar sig att titanbaserade pigment har några coola egenskaper.
Husmålare väljer titanbaserade vita färger eftersom de är rostskyddande och håller längre. Titanoxid är extremt brytande, vilket ger den en naturlig briljans som är större än en diamant och ger en särskilt ljus nyans av vitt.
Titanoxid reflekterar också infrarött ljus, vilket är anledningen till att titanbaserade färger alltid används på utsidan av solobservatorier för att sprida infrarött ljus som gör bilder suddiga.
Nu är det cooltArkitekten Frank Gehry valde titan för att svepa in exteriören av det fantastiska Guggenheim-museet i Bilbao, som är klädt i 33 000 titanpaneler som skiftar i färg och briljans under olika ljusförhållanden.
Ed. Jonathan Law och Richard Rennie. A Dictionary of Chemistry (8 uppl.). 2020. (10 oktober 2023). https://www.oxfordreference.com/display/10.1093/acref/9780198841227.001.0001/acref-9780198841227
Deziel, Chris. "Vilka är de 10 starkaste metallerna på jorden?" Vetenskap. 13 mars 2018. (10 oktober 2023). https://sciencing.com/top-10-strongest-metals-earth-2595.html
"Mohs hårdhet." Encyclopedia Britannica. 15 september 2023. (10 oktober 2023). https://www.britannica.com/science/Mohs-hardness
"Brottgräns." 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/
