Оправы из титана

Его исключительная прочность, легкость, коррозионная стойкость и гипоаллергенность сделали титан одним из наиболее перспективных материалов для изготовления очковых оправ.

Титан называют металлом третьего тысячелетия. Его исключительная прочность, легкость, коррозионная стойкость и гипоаллергенность сделали титан одним из наиболее перспективных материалов для изготовления очковых оправ. За последние десять лет практически все ведущие производители оправ включили модели из титана в свои коллекции, и увеличение количества титановых моделей идет по нарастающей. В предлагаемой вашему вниманию статье мы расскажем об истории открытия и удивительных свойствах этого металла

Немного истории

Если бы титану пришлось заполнять анкету, то в графе «Меняли ли вы фамилию?» он был бы вынужден указать, что до 1795 года назывался «менаккином». Именно так назвал в 1791 году английский химик и минералог Вильям Макгрегор новый элемент, который был открыт им в минерале менакканите. Но, видимо, это имя пришлось элементу не по вкусу, и при первой же возможности (а она представилась в 1795 году, когда немецкий химик Мартин Клапрот вторично открыл элемент - на этот раз в минерале рутиле) он сменил его на красивое, ко многому обязывающее имя «титан». Это название было заимствовано из древнегреческой мифологии: титанами именовались могучие сыновья Урана (неба) и Геи (земли). Спустя два года выяснилось, что Макгрегор и Клапрот открыли один и тот же элемент, за которым с тех пор и утвердилось гордое имя «титан». 

Однако открыть элемент - это еще не значит выделить его в чистом виде. Эту задачу пытались решить многие известные химики XIX века: английский ученый Волластон, швед Берцелиус, русский химик Кириллов (получивший в 1887 году довольно чистый продукт, содержащий всего около 5 процентов примесей), соотечественники Берцелиуса Нильсон и Петерсон, а также французский химик Анри Муассан (в его титане содержалось всего 2 процента примесей). Наконец, в 1910 году американский химик Хантер, усовершенствовав способ Нильсона и Петерсона, сумел получить несколько граммов еще более чистого титана.

Итак, титан был получен. Но чистым он все-таки мог считаться с большой натяжкой, так как содержал несколько десятых долей процента примесей. Всего несколько десятых, но их можно было назвать «ложкой дегтя в бочке меда». Примеси делали титан хрупким, непрочным, не поддающимся механической обработке. О нем пошла дурная слава как о бесполезном металле, не пригодном ни для каких целей. Однако двуокись титана нашла применение в лакокрасочной промышленности, заменив в составе белил вредные соединения свинца. И лишь в 1925 году голландские ученые ван Аркель и де Бур разложением четыреххлористого титана на раскаленной вольфрамовой проволоке получили особенно чистый титан. Вот тогда-то и оказалось, что утверждения о хрупкости титана не выдерживают никакой критики, поскольку металл, полученный ван Аркелем и де Буром, обладал очень высокой пластичностью: его можно было ковать на холоде, как железо, прокатывать в листы, ленту, проволоку и даже в тончайшую фольгу. Теперь гордое имя, которое носил элемент, никому уже не казалось, как прежде, ироническим - перед титаном открылась широкая дорога в мир техники.

Уникальные свойства титана

Словно в благодарность за освобождение из плена примесей, титан начал изумлять ученых чудесными свойствами. Выяснилось, например, что титан, который почти вдвое легче железа, оказался прочнее многих марок стали. По удельной прочности титану нет равных среди промышленных металлов. Даже такой металл, как алюминий, уступил ряд позиций титану: титан всего в полтора раза тяжелее алюминия, но зато в шесть раз прочнее. И что особенно важно, титан сохраняет прочность при высоких температурах (до 500 °С, а при добавке легирующих элементов - до 650 °С), в то время как прочность большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300 °С. Титан - очень твердый металл: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза - железа и меди. Чем выше предел текучести металла, тем лучше детали из него сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести титана в 18 раз выше, чем у алюминия, и в 2,5 раза выше, чем у железа. Неудивительно, что, когда перед авиаконструкторами встал вопрос, какому металлу доверить преодоление звукового барьера, выбор пал на титан. Из этого металла были сделаны ответственные наружные части первого в мире сверхзвукового пассажирского самолета ТУ-144, а также многие другие авиационные узлы и детали - от двигателя до болтов и гаек. По мнению американских специалистов, только в результате замены в одном из типов истребителя стальных болтов двигателя на титановые его вес снижается чуть ли не на сто килограммов. 

Одно из замечательных свойств титана - его необычная устойчивость к коррозии, этого злейшего врага металлов. На пластинке из титана за десять лет пребывания в морской воде не появилось бы и следа ржавчины (за такой срок от железной пластинки остались бы лишь воспоминания!). Да что там какой-то десяток лет: расчеты показывают, что если бы этот эксперимент начался тысячу лет назад, например, когда проходило крещение Руси, то к нашему времени коррозия смогла бы проникнуть вглубь титана всего на 0,02 миллиметра. Не мудрено поэтому, что судостроители, гидростроители, конструкторы глубоководных аппаратов проявляют к титану не меньшую симпатию, чем авиаконструкторы и химики. Высокая коррозионная стойкость титана - вот объяснение, почему создатели обелиска, установленного в Москве на проспекте Мира и увековечившего покорение человеком космического пространства, выбрали именно этот металл в качестве облицовочного материала. Титан получил широкое применение и в производстве твердых сплавов для режущих инструментов, в производстве рам для велосипедов и клюшек для гольфа, а также многих других полезных вещей.

До самого последнего времени титан совершенно необоснованно относили (а порой и сейчас относят) к редким металлам. В действительности же лишь немногие элементы распространены в природе больше, чем титан. Количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы таких металлов, как медь, цинк, свинец, золото, серебро, платина, хром, вольфрам, ртуть, молибден, висмут, сурьма, никель и олово, вместе взятых. Высокая цена - вот что в какой-то мере тормозило потребление титана. Собственно говоря, этот «порок» не врожденный, а обусловлен лишь тем, что титан чрезвычайно трудно извлекать из руд. Если принять относительную стоимость титана в концентрате за единицу, то после длинного и сложного технологического пути, который преодолевает титан в процессе превращения в готовую продукцию (тонкий лист), его стоимость возрастает в 500-600 раз.

Применение титана для производства очковых оправ

Первые оправы из титана были выпущены двадцать лет тому назад и сразу завоевали признание на оптическом рынке благодаря исключительной прочности (на 30 процентов прочнее стали), легкости (в среднем на 45 процентов легче оправ из других металлов) и способности удерживать форму, что сводило до минимума необходимость периодической выправки в процессе ношения. Как правило, они были предназначены для мужчин, которые могли оценить эту техническую новинку по достоинству. Титановые оправы считались высокотехнологичным видом продукции, что было связано со сложностями производственного процесса из-за высокой твердости и прочности этого металла. Оправы производили методами экструзии и прессования, что накладывало некоторые ограничения на разнообразие в дизайне. Большие ограничения возникали и при гравировке оправ, так как применяемые инструменты быстро приходили в негодность из-за твердости титана. Серьезные проблемы возникали при пайке, окрашивании и нанесении покрытий, так как были необходимы специальные условия производства и отсутствие кислорода. Нередко для улучшения адгезии декоративных покрытий производители наносили подслой никеля, в результате чего титановые оправы теряли свое важное преимущество - гипоаллергенность. 

Совершенствование технологического процесса производства титановых оправ и создание нового оборудования повлекли за собой значительное разнообразие в дизайне. После внедрения нового (не содержащего никель) адгезионного подслоя значительно расширилась и цветовая палитра. Теперь титановые оправы имеются в коллекциях, предназначенных женщинам и детям, и при изысканном филигранном дизайне и малом весе они по-прежнему сохраняют высокую прочность. Например, в коллекции «Giorgio Armani» производства компании «Luxottica» появились титановые оправы (на основе 100-процентного титана) весом менее трех граммов. Интересные титановые оправы в новой коллекции «Line 3» представила компания «Sama»: они имеют покрытие на основе порошка турмалиновых опалов. Как заявили представители компании, подобное покрытие защищает от вредной радиации мобильных телефонов.

Стараясь улучшить свойства титана, ученые начали создавать на его основе новые сплавы, которые (при сохранении всех преимуществ этого материала) обладают большей гибкостью. Оказалось, что сплавы титана с никелем обладают очень интересными свойствами, которые с успехом могут быть применены в очковых оправах. В 1961 году было случайно обнаружено, что титаноникелевый сплав обладает памятью, то есть после деформации возвращается к своей исходной форме. Рамка оправы из такого сплава может быть согнута под прямым углом и после снятия напряжения примет исходный вид. Это является существенным преимуществом для носящих очки, так как подобные оправы могут держать исходную форму, не требуя выправки и не разрушаясь. Как правило, оправы из металлов «с памятью» из-за своей исключительной долговечности пользуются наибольшим спросом у мужчин, в то время как для женщин определяющим при выборе является дизайн.

Не так давно появился металл нового поколения, получивший название «бета-титан». Как и его предшественник, бета-титан, состоящий из титана (75 процентов), ванадия (15 процентов) и алюминия (10 процентов), обладает гипоаллергенностью, легкостью и коррозионной стойкостью. В то же время при сохранении формы и высокой прочности он более гибок и допускает производство более тонких «невидимых» оправ, которые в настоящее время пользуются большим спросом. Бета-титан применяется для производства оправ многими ведущими производителями - «Charmant», «Safilo» (в коллекциях «Polo Ralph Lauren» и «Safilo»), «Luxottica», «Modo», «Silhouette» (заушники и крепежные элементы оправ в коллекции «Titan Minimal Art»), «Marchon» (коллекция «Flexon») и другими. Стоимость оправ из бета-титана на 10-30 процентов выше, чем оправ на основе чистого титана, что связано с дополнительными расходами на получение сплава и на сложный процесс пайки. В качестве примера приведем данные компании «Luxottica», которая ежедневно выпускает 60 000 штук металлических оправ, из которых всего 2 300 штук - из титана и его сплавов, однако для их производства задействована половина всех производственных помещений.

В ответ на потребительский спрос ведущие мировые производители оправ вкладывают значительные средства в развитие и расширение производства, ведут поиск возможностей усовершенствовать дизайн и отделку оправ из титана, а это значит, что на оптическом рынке появятся еще более легкие, надежные и удобные оправы.

Чем обусловлена высокая стоимость титановых оправ

Хотя титан достаточно распространен в земной коре, выделение чистого металла из руды связано с большими технологическими сложностями, поэтому чистый титан в три раза дороже никеля и монеля.

 

Обычные прессы, применяемые для производства оправ из других металлов, не подходят для обработки прочного и твердого титана. Для него требуются более мощные прессы.
Инструменты, применяемые для окончательной обработки титановых оправ, в двадцать раз чаще требуют заточки, чем при работе с оправами из других металлов.

Пайка титановых оправ требует применения специального дорогостоящего оборудования.

 

Ольга Щербакова, Веко#6(50)
Другие статьи по теме
Все
Очки для водителей с прогрессивными линзами
Какие очковые линзы наилучшим образом подходят для вождения ...
Подробнее
Солнцезащитные очки "Ray-Ban" - Легенда, которая живет и побеждает
Это практически единственная «оптическая» марка, которая ста...
Подробнее
Природные мотивы и материалы в актуальных коллекциях очков
В нашем сегодняшнем модном обзоре представлены самые интерес...
Подробнее
Сервисы