Titanium foi descoberta pela primeira vez em 1791 por William Gregor um clérigo da Cornualha e mineralogista amador; enquanto estudava os depósitos de areia no vale do Manaccan. Na sua amostra, identificou um óxido de ferro e um metal desconhecido; chamou-lhe “menachanita”. Infelizmente, a sua contribuição para a descoberta do titânio foi esquecida. O óxido que examinou, agora conhecido como ilmenita, é o minério comercial mais importante do titânio e representa 92% de toda a extracção de titânio.
As realizações do Gregor foram negligenciadas, o titânio foi redescoberto em 1795 por Martin Heinrich Klaproth, um químico alemão de renome que também é creditado com a descoberta do urânio. Klaproth estava a investigar o rutilo e deu ao metal não identificado o nome dos Titãs da mitologia helénica. Ao contrário da concepção popular, a sua escolha do nome não se refere às propriedades de resistência e durabilidade do elemento, as suas notas mostram que ele escolheu o nome devido à sua neutralidade, como defendido por Antoine Lavosier.
“Sempre que não é possível encontrar um nome para um novo fóssil que indique as suas propriedades peculiares e características (em que situação me encontro actualmente), penso que é melhor escolher tal denominação como não significa nada de si mesmo, e assim não pode dar origem a quaisquer ideias erradas. (como Lavoisier tinha sugerido) Em consequência disto, como fiz no caso do Urânio, vou pedir emprestado o nome desta substância metálica à mitologia, e em particular aos Titãs, os primeiros filhos da terra. Por conseguinte, chamo a este novo género metálico Titânio”
Iolating Titanium revela-se problemático com muitos cientistas, incluindo o próprio Klaproth a tentar e a falhar. Mas, em 1887, 94 anos após a descoberta inicial de Gregor, o titânio metálico foi isolado por Lars Nilson e Otto Pettersson, que atingiram uma pureza de 95%. O seu método utilizando sódio foi posteriormente refinado no processo de caçador.
Henry Moissan conseguiu uma pureza de 98% utilizando um forno eléctrico em 1896. O produto estava fortemente contaminado com interstícios (oxigénio, azoto e carbono), o que o tornava frágil. A alta afinidade do titânio com o nitrogénio a altas temperaturas foi documentada em 1908.
Finding a method of preventing Titanium bonding with nitrogen was critical. Em 1910 Matthew A. Hunter alcançou 99,9% de pureza em colaboração com a General Electric no Instituto Politécnico Rensselaer. A Ilmenite foi reduzida através do processo do cloreto para fazer tetracloreto de titânio. Depois, utilizando o que é agora conhecido como Processo Hunter, reagiu o TiCl4 com sódio num alto-forno evacuado a 700-800 graus Celsius.
O Processo Kroll desenvolvido por William J. Kroll no Luxemburgo nos anos 30 deslocou o Processo Hunter. A utilização de magnésio em vez de sódio reduziu o custo do processo, o que ajudou à entrada generalizada do titânio no mercado aeroespacial após a Segunda Guerra Mundial. A fiabilidade do titânio depende inteiramente da sua cadeia de fornecimento; melhorias incrementais viram a pureza do titânio utilizado na indústria aeroespacial melhorar mais de 100 vezes entre 1950 e 2010.
O mais pequeno defeito na produção de titânio pode ter consequências terríveis. Sendo o desastre aéreo Sioux de 1989 um desses exemplos, o acidente ocorreu quando o motor de titânio furou no voo 232 da companhia aérea norte-americana. A resultante “falha incontrolada do motor” imobilizou os sistemas hidráulicos do avião e os seus reforços. A tripulação foi forçada a improvisar, usando o impulso dos dois motores restantes do avião para rolar e lançar o avião em direcção ao aeroporto de Sioux City. Receberam elogios pelas suas acções na investigação do National Transportation Safety Board dos Estados Unidos. Sobreviveram 185 das 296 pessoas a bordo. A fenda em questão surgiu de uma inclusão “alfa dura” na liga Ti 6al 4V, que tinha crescido em tamanho durante os aviões 18 anos de serviço.
O risco de fractura do Titanium pode ser reduzido através da gestão da sua mecânica e microestrutura. As alterações foram implementadas pela primeira vez pela indústria nos anos 70. A FAA mandatou uma mudança de Argon Remelting para a refusão de duplo arco de vácuo em 1972. O raciocínio para tal foi que o vácuo ajuda a remover o oxigénio dissolvido melhorando a qualidade do lingote, embora não seja suficiente para remover as inclusões alfa duras como as do furo do motor do voo 232. A crise petrolífera da OPEP de 1973 foi um factor que contribuiu para a absorção em massa de Titânio na indústria. O custo crescente do combustível fez com que as melhorias de eficiência do titânio tornassem o metal mais desejável.
Em meados da década de 1980, foram introduzidas novas melhorias com a mudança para o triplo VAR de fusão, que é agora o padrão mínimo para o metal de titânio utilizado na indústria aeroespacial. A investigação sobre o acidente de Sioux de 1989 viu mais esforços a nível da indústria nos anos 90 para melhorar o processo de produção em toda a linha, desde a manipulação, soldadura com eléctrodos e vácuo, e fugas de água; as fugas são particularmente problemáticas durante o processo de Kroll, onde o oxigénio reage no derretimento causando inclusões alfa duras que não podem ser facilmente removidas através do VAR.
Uma solução para este problema foi o processo de fusão do crânio também conhecido como Electron Beam Cold Hearth Remelting, patenteado nos anos 80 e largamente utilizado nos anos 2000, é uma alternativa à terceira etapa do processo de fusão tripla. Ao contrário do VAR, ele super aquece os defeitos alfa duros da fusão do metal e permite que as matérias-primas contaminadas sejam reimpostas num lingote de alta qualidade, formam-se impurezas na superfície do lingote e podem ser facilmente removidas. O processo é útil porque permite que as aparas residuais, criadas e contaminadas pela maquinagem do metal, sejam novamente fundidas e que os seus contaminantes sejam removidos e utilizados em aplicações de alta qualidade.
Kroll previu que a electrólise substituiria o seu próprio processo pioneiro dentro de 15 anos. 80 anos depois, Chen, Fray, e Farthing desenvolveram o método necessário na Universidade de Cambridge no final dos anos 90. Espera-se que o processo FFC Cambridge reduza consideravelmente o custo de fabrico do titânio, permitindo que o minério de óxido purificado de um metal seja electrolisado no metal ou liga desejada. O processo é semelhante ao actualmente utilizado no alumínio, mas o ponto de fusão mais elevado de Ti torna a questão mais desafiante. Pode saber mais sobre o titânio na nossa página de propriedades.
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