1. Perbedaan Kinerja Titanium Murni dengan Tingkat Kemurnian Berbeda
1.1 Sifat Mekanik
Kekuatan dan Kekerasan
Titanium komersial-dengan kemurnian rendah (titanium CP Kelas 3/Kelas 4): Dengan kandungan pengotor yang lebih tinggi (misalnya, kandungan oksigen hingga 0,35% pada Kelas 4), atom interstisial (O, N, C) bertindak sebagai "zat pengeras" yang merusak kisi titanium, sehingga secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan. Titanium CP kelas 4 memiliki kekuatan tarik 550–650 MPa dan kekerasan Brinell 150–180 HB, yang hampir dua kali lipat kekuatan titanium Kelas 1. Namun, hal ini mengakibatkan berkurangnya keuletan, dengan perpanjangan putus hanya 10–15%.
Titanium komersial-dengan kemurnian sedang (titanium CP Kelas 2): Dengan kandungan pengotor yang seimbang (kandungan oksigen ~0,25%), produk ini mencapai keseimbangan-antara kekuatan dan keuletan, dengan kekuatan tarik 345–450 MPa, perpanjangan 18–25%, dan merupakan grade yang paling banyak digunakan dalam aplikasi teknik umum.
Titanium-kemurnian tinggi (kemurnian lebih besar dari atau sama dengan 99,9%): Dengan konten pengotor (total elemen interstisial<0.05%) minimized, the lattice structure remains highly regular, resulting in extremely low strength (tensile strength ~200–250 MPa) and hardness (Brinell hardness <100 HB). However, it exhibits exceptional ductility, with elongation at break exceeding 30%, and can even be cold-formed into ultra-thin sheets or fine wires without cracking.
Ketahanan Kelelahan dan Dampak
Titanium CP dengan kemurnian-rendah (Grade 3/4) memiliki kekuatan lelah yang lebih tinggi (hingga 200–250 MPa untuk 10⁷ siklus) karena kekuatannya yang meningkat, namun ketangguhan benturannya buruk (energi benturan Charpy<20 J at room temperature) because impurities cause stress concentration and reduce crack resistance.
High-purity titanium has lower fatigue strength (~100–120 MPa) but superior impact toughness (Charpy impact energy >40 J pada suhu kamar), karena tidak adanya cacat-yang disebabkan oleh pengotor memungkinkan material menyerap lebih banyak energi selama deformasi atau benturan.
1.2 Sifat Fisik
Konduktivitas Termal dan Listrik
Kotoran dalam pembawa panas titanium dengan kemurnian rendah (fonon dan elektron bebas), menyebabkan konduktivitas termal yang lebih rendah (18–20 W/(m·K) untuk Kelas 4) dan konduktivitas listrik (1,8–2,0 MS/m).
Titanium dengan kemurnian-tinggi memiliki hamburan elektron dan fonon yang minimal, dengan konduktivitas termal yang ditingkatkan hingga 25–30 W/(m·K) dan konduktivitas listrik hingga 3,0–3,5 MS/m, sehingga lebih cocok untuk aplikasi yang memerlukan transmisi termal atau listrik yang stabil.
Stabilitas Termal dan Titik Leleh
Pengotor dalam titanium dengan kemurnian{0}}rendah menurunkan suhu rekristalisasinya (hingga 500–550 derajat ) dan menyebabkan butiran menjadi kasar pada suhu tinggi, sehingga mengurangi stabilitas struktur-suhu tinggi.
Titanium-kemurnian tinggi memiliki suhu rekristalisasi yang lebih tinggi (600–650 derajat ) dan mempertahankan struktur butiran yang halus dan seragam pada suhu tinggi (hingga 400 derajat ), memastikan kinerja yang konsisten dalam kondisi-suhu tinggi-jangka panjang.
1.3 Ketahanan Kimia dan Korosi
Ketahanan Korosi Umum
Semua kualitas titanium murni membentuk lapisan pasivasi TiO₂ yang padat dan dapat pulih sendiri, sehingga memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap sebagian besar asam (kecuali HF pekat) dan basa. Namun, tingkat pengotor mempengaruhi kualitas film pasivasi:
Titanium-kemurnian rendah (Grade 4) dapat membentuk daerah kaya pengotor-lokal yang melemahkan lapisan pasivasi, menyebabkan korosi lubang di lingkungan-klorida tinggi (misalnya, air laut dengan salinitas tinggi).
Titanium-kemurnian tinggi membentuk film pasivasi-bebas cacat yang seragam, dengan tingkat korosi<0.001 mm/year in 10% H₂SO₄ at room temperature and near-zero corrosion in most ultra-pure chemical media.
Kerentanan Penggetasan Hidrogen
Pengotor seperti besi dan karbon dalam titanium{0}}dengan kemurnian rendah mempercepat penyerapan hidrogen, menyebabkan penggetasan hidrogen pada suhu di atas 200 derajat , yang menyebabkan patah getas akibat tekanan. Titanium dengan kemurnian-tinggi memiliki penyerapan hidrogen (kandungan hidrogen) yang minimal<0.001%) and is immune to hydrogen embrittlement even in high-temperature hydrogen-containing environments.
1.4 Kinerja Pemrosesan
Kemampuan Mesin Pengerjaan Dingin
Daktilitas tinggi-titanium dengan kemurnian tinggi memungkinkan penarikan, pengecapan, dan pemintalan dingin yang dalam, memungkinkan produksi komponen berbentuk-kompleks (misalnya, tabung-berdinding tipis dengan ketebalan dinding<0.1 mm). In contrast, low-purity Grade 4 titanium has poor cold formability and requires intermediate annealing during processing to avoid cracking.
Kemampuan las
Titanium dengan-kemurnian tinggi memiliki kandungan pengotor yang rendah, sehingga menghilangkan risiko retak las yang disebabkan oleh pengotor-dan membentuk sambungan las dengan sifat mekanis yang hampir sama dengan logam dasar. Titanium dengan kemurnian-rendah dapat menghasilkan fase intermetalik yang rapuh (misalnya, TiC, TiN) di zona las, sehingga mengurangi ketangguhan sambungan sebesar 30–40%.
2. Aplikasi Utama Titanium-Kemurnian Tinggi
2.1 Industri Semikonduktor dan Elektronik
Peralatan Pengolahan Wafer: Titanium-dengan kemurnian tinggi digunakan untuk membuat komponen ruang pengendapan uap kimia (CVD), pengetsaan, dan penanaman ion. Kandungan pengotornya yang rendah mencegah kontaminasi wafer silikon, sementara ketahanan korosinya tahan terhadap etsa agresif (misalnya campuran HF/HNO₃).
Komponen Elektronik Vakum: Digunakan untuk membuat katoda tabung elektron, bahan pengambil, dan substrat-film tipis. Konduktivitas listrik dan stabilitas termalnya yang tinggi memastikan emisi elektron dan pembuangan panas yang stabil di lingkungan-vakum dan-suhu tinggi.
Substrat Papan Sirkuit Cetak (PCB).: Foil titanium ultra-tipis-kemurnian tinggi berfungsi sebagai substrat konduktif fleksibel untuk PCB-frekuensi tinggi, karena tidak mengganggu transmisi sinyal dan memiliki ketahanan lelah yang sangat baik pada pembengkokan berulang kali.
2.2 Teknik Biomedis
Implan-Presisi Tinggi: Untuk aplikasi khusus seperti implan koklea, elektroda neurostimulasi, dan stent mikrovaskuler, biokompatibilitas dan keuletan titanium{0}}dengan kemurnian tinggi (tanpa pengotor sitotoksik) dan keuletan memungkinkannya diproses menjadi struktur fleksibel berskala mikro yang beradaptasi dengan pergerakan jaringan manusia tanpa menyebabkan peradangan atau penolakan.
Komponen Alat Kesehatan: Ini digunakan pada ujung instrumen bedah, penyangga implan gigi, dan selubung sensor diagnostik, yang ketahanannya terhadap korosi pada cairan tubuh (darah, air liur) dan kerentanan magnetis yang rendah (kompatibel dengan pemindaian MRI) merupakan keunggulan penting.
2.3 Dirgantara dan Penerbangan
Sistem Propulsi Dirgantara: Titanium dengan-kemurnian tinggi digunakan untuk pelapis tangki bahan bakar kriogenik dan komponen pipa oksigen cair/hidrogen cair di mesin roket. Kerentanan dan keuletannya terhadap penggetasan hidrogen yang rendah pada suhu kriogenik (-253 derajat ) mencegah retak akibat siklus termal yang ekstrem, sementara kemurnian kimianya menghindari reaksi dengan propelan.
Bagian Struktur Satelit: Untuk komponen satelit yang ringan dan berpresisi{0}}tinggi (misalnya, penyangga antena, panel kontrol termal), koefisien ekspansi termal yang stabil (10,8×10⁻⁶/ derajat ) dan kemurnian tinggi memastikan stabilitas dimensi dalam fluktuasi suhu ruang yang ekstrem.
2.4 Industri Kimia dan Nuklir
Pemrosesan Kimia Ultra-Murni: Dalam produksi bahan kimia dengan-kemurnian tinggi (misalnya, zat antara farmasi, reagen-elektronik), reaktor titanium-kemurnian tinggi, dan saluran pipa mencegah pelepasan kotoran ke dalam produk, memastikan kepatuhan terhadap standar kemurnian yang ketat (misalnya, USP Kelas VI untuk obat-obatan).
Komponen Reaktor Nuklir: Digunakan untuk pelapis batang bahan bakar reaktor riset dan wadah moderator neutron. Penampang serapan neutronnya yang rendah (mengurangi kehilangan neutron) dan ketahanan terhadap korosi oleh cairan pendingin natrium atau asam borat menjadikannya ideal untuk aplikasi nuklir.
2.5 Manufaktur Bahan Tingkat Lanjut
Paduan Utama Paduan Titanium: Titanium-dengan kemurnian tinggi berfungsi sebagai bahan dasar untuk memproduksi paduan titanium-berperforma tinggi (misalnya, Ti-6Al-4V ELI untuk penggunaan medis), karena kandungan pengotornya yang rendah memastikan sifat mekanik dan biokompatibel paduan tersebut konsisten.
Teknologi-Film Tipis dan Pelapisan: Target sputtering titanium dengan kemurnian-tinggi digunakan dalam penyimpanan film titanium untuk sel surya, pelapis optik, dan lapisan magnetik hard disk drive (HDD), dengan kemurnian yang seragam menjamin adhesi dan kinerja film.
