הפוך לעמוד הבית
מכון התקנים הישראלי  מכון התקנים הישראלי
wfeo  World Federation
of Engineering Organizations
מנורה מבטחים פיננסים   מנורה מבטחים פיננסים
הבנק הבינלאומי הראשון  הבנק הבינלאומי

שערי
חליפין
שינוי אחרון: 19.5.2017
יחידות מטבעהשער
סל המטבעות
דולר3.593
אירו4.002
ליש"ט4.664
100 יין3.224

יום עיון בנושא: טיטניום באדריכלות, בבניה, בתעשייה ובשתלים בגוף האדם
מאת: רועי שני

בשנת 1997 נחנך מוזיאון הגוגנהיים בבילבאו שבספרד. המוזיאון תוכנן על-ידי האדריכל האמריקאי-יהודי פרנק גרי, אשר בחר להשתמש בטיטניום למעטפת המוזיאון. הבחירה של גרי במעטפת הטיטניום למבנה שהפך לאחד המבנים האדריכליים החשובים של הדור האחרון, העלתה לסדר היום המקצועי את השימוש בטיטניום כחומר אדריכלי, הנדסי ורפואי. יום העיון שנערך ביוזמת הפורום הישראלי לקורוזיה באגודת מהנדסי הכימיה וכימאים בלשכת המהנדסים, התמקד ביתרונות ובחסרונות של הטיטניום וסגסוגותיו כחומר הנדסי המשמש למגוון רחב של יישומים.

יום העיון נפתח במסכת ברכות ועדכונים על ידי יו"ר הפורום הישראלי לקורוזיה, אינג' נחום נוה, וכן ע"י יו"ר אגודת מהנדסי כימיה וכימאים, ד"ר אליק גרויסמן.

את ההרצאה הראשונה, שעסקה בבחירת מתכות ליישומים אדריכליים, העביר פרופ' נעם אליעז מהתוכנית לחומרים וננו-טכנולוגיות בבית הספר להנדסה מכאנית של אוניברסיטת תל אביב. בהרצאתו סקר פרופ' אליעז את התכונות של המתכות השונות המשמשות באדריכלות, למשל, פלדה, נחושת ואלומיניום, והשווה אותן עם אלו של הטיטניום. מתכות משמשות כחומר אדריכלי נוכח היותן חזקות, עם קשרים כימיים מתכתיים, המאפשרים לאלקטרונים לנוע בחופשיות מה שמקנה להן מוליכות חשמלית ותרמית. בהשוואה לשאר המתכות, הטיטניום הינו מתכת קלה וחזקה בעלת סבילות לסדקים (מה שהופך אותה לבחירה טובה בסביבות עם רעידות אדמה), אטומה לאור ומבריקה. המוליכות החשמלית של הטיטניום אינה גבוהה, מה שמעלה את היעילות האנרגטית של המבנה. היתרון המשמעותי של הטיטניום הוא שעל פני שטח הטיטניום מייצרת באופן טבעי שכבת מגן המכונה "תחמוצת הטיטניום", אשר מספקת הגנה טבעית מפני קורוזיה.

בתמונה משמאל:
פרופ' נועם אליעז, בית הספר להנדסה מכאנית, אוניברסיטת תל-אביב

פרופ' אליעז הרצה בהמשך יום העיון על נושא נוסף, הטיטניום בשימוש שתלים בגוף האדם ובעיות קורוזיה. בנוסף ליישומים אדריכליים, הטיטניום וסגסוגותיו משמשים גם בשדה הרפואה לייצור משתלים אורטופדיים, דנטליים וסטנטים לבביים. אחת הסיבות המרכזיות שטיטניום מתאים ליישומים רפואיים היא שמודול האלסטיות שלו דומה לזה של העצם, מה שמקטין את הסיכון ליצירת לחץ על העצם וגרימת נזק מכאני. כמו כן, לפני השטח של הטיטניום תכונה מיוחדת והם מעודדים בניית עצם מסביב לה - מה שמחזק את החיבור של המשתל לגוף. יתרונותיו של הטיטניום בשדה הרפואי רבים, ועליהם נמנים תכונתו כחומר קל, אינרטי ביולוגית וכימית, בעל מוליכות חשמלית ותרמית יחסית נמוכה, יציב תרמודינמית ואינו מתחמם מחשיפה לשדות מגנטיים. עם זאת, החסרונות של הטיטניום ליישומים ביו -רפואיים הם מחירו הגבוה, מגבלות בקצב הייצור והקושי בעיבוד שבבי. כמו כן, תהליכי קורוזיה בטיטניום עלולים לשחרר לגוף חומרים מסוכנים. בעיה זו נפתרה כאשר פותחו סגסוגות טיטניום חדשות שאינן מסכנות את האדם.

האדריכל שמחה אפק (שפק) סקר במסגרת יום העיון את ההיבטים האדריכליים בשימוש בטיטניום במוזיאון גוגנהיים בבילבאו. את הרצאתו פתח אפק בהצגת מקרה של "בית רוטשילד" בחיפה (אודיטוריום חיפה). מבנה זה, אשר תוכנן בשנות השבעים, אמור היה להיבנות עם חיפוי אלומיניום. אולם, נוכח הרפורמה בתכנון ובניה ההחלטות הופקעו מידי האדריכלים והמהנדסים והועברו לידיהם של עסקנים פוליטיים, אשר התנגדו נחרצות לחיפוי המתכת בטענה שהמבנה יראה כמו "קופסת פח". במקום אלומיניום חופה המבנה בפסיפס קרמי שהתבלה במהרה, נשר על המדרכה, והותיר את המבנה מוזנח. לאחר 20 שנים השקיעה עריית חיפה במימון חיפוי האלומיניום אשר משווה למבנה מראה קליל.
הגוגנהיים בבילבאו משתרע על פני 25 אלף מ"ר, ועלות הקמתו מוערכת בכ-100 מיליון דולר. חיפוי הטיטניום באתר הינו בעובי 0.38 מילימטר, והרכבתו נעשתה בשיטה שדומה להרכבת רעפים, מה שמאפשר התכווצות והתפשטות בהתאם לתנאי מזג האוויר. השימוש בטיטניום משלב אפקטים חזותיים שונים, למשל אפקט מקומט, וכן החזרת אור, ברק, ואפקטים שונים של תאורה בשעות החשיכה.
בתמונה מימין: האדריכל שמחה אפק (שפק)

ההרצאה העוקבת ניתנה על ידי ד"ר עוז גולן, מאפקה - המכללה האקדמית להנדסה בתל אביב, ועסקה ביישומי הטיטניום - שיקולי תכונות החומר בתוכן מכאני. השימוש בטיטניום הינו בלעדי במגוון יישומים, למשל, החלק הקר של מנוע סילון, ברגים שונים, רכבי חלל וגופי מטוסים, שתלים בגוף ואביזרי יוקרה כמו שעונים. הטיטניום הינו חומר קל אך יקר, ומחירו פי 80 מברזל. היתרונות של טיטניום הם ראשית, חוזק ביחס למשקלו הקל, שכבת התחמוצת הדקיקה שאינה משפיעה על הולכת החום, עמידות טובה בסביבה ימית, גבול התעייפות ומאמץ גבוהים, חוזק התעייפות גבוה והתפשטות תרמית יעילה. עם זאת, העיבוד השבבי של הטיטניום הינה מלאכה לא פשוטה, וזאת בגלל ההולכה הנמוכה. אפקט הקצה הוא קצב שיבוב מאוד איטי - מה שמעלה את זמן העבודה ומחירו.
בתמונה מימין: ד"ר עוז גולן, מאפקה-המכללה האקדמית להנדסה בתל אביב

ד"ר יוסף ריסקין, יועץ קורוזיה, הרצה אודות עמידות של טיטניום בפני קורוזיה בסביבות המכילות כלורידים בתעשיה הכימית. מי הים הינה סביבה עתירת כלור, אשר באופן כללי מגדיל את הנטיה של מתכות לקורוזיה. פלדה, למשל, תפתח קורוזיה בסביבה זו בתוך 5-10 שעות, אך הטיטניום עמיד בהרבה. עמידות הטיטניות היא אודות לשכבת התחמוצת, ועל אף שמדובר במתכת מאוד אקטיבית טיטניום הינה המתכת מתאימה והעמידה ביותר לסביבה עתירת כלורידים. למרות שריתוך טיטניום גורם לירידה בעמידות לקורוזיה, עדיין בהשוואה למתכות אחרות טיטניום נותר עמיד דיו גם במצב מרותך כנגד קורוזיה בסביבה ימית.

בתמונה משמאל:  ד"ר יוסף ריסקין, יועץ קורוזיה

ההרצאה אודות השימוש בטיטניום בבתי הזיקוק, ניתנה על ידי ד"ר אליק גרויסמן, יו"ר אגודת מהנדסי כימיה וכימאים וכן מהנדס בבתי הזיקוק בחיפה. עד למעבר לטיטניום, מחליפי החום בבתי זיקוק ברחבי העולם היו עשויים פלדה ונתכי נחושת. כל הנתכים הציגו בלאי מוגבר כתוצאה מתהליכי קורוזיה - מה שהביא להופעת חורים במחליפי החום ודרש עבודות תחזוק והחלפה רבות. השימוש הראשון במחליפי חום עשויים מטיטניום נערך בארה"ב בשנת 1967, אשר הראה כי גם לאחר 30 שנים הבלאי היה זניח בהשוואה למתכות אחרות. אט אט הוכנס הטיטניום לבתי זיקוק נוספים ברחבי העולם, ולבתי הזיקוק בחיפה בשנת 1993. בכל 4 שנים נערכת בדיקה, והטיטניום מציג עמידות ותועלת מאוד גבוהה בהשוואה למתכות אחרות.
בתמונה מימין: ד"ר אליק גרויסמן, יו"ר אגודת מהנדסי כימיה וכימאים בלשכה

אינג' נחום נוה, יו"ר הפורום הישראלי לקורוזיה ומומחה לקורוזיה והגנה קתודית, נשא ביום העיון שתי הרצאות. הרצאתו הראשונה עסקה בהתנהגות מתכות באתר מוזיאון גוגנהיים בבילבאו. אינג' נוה סקר את השתלשלות ההתרחשויות סביב היווצרות כתמים על גבי הטיטניום בגוגנהיים בבילבאו. עם היווצרות הכתמים טען אדריכל המבנה, פרנק גרי, כי מדובר בשיירי חומר סיליקוני למניעת שריפות. אך מכיוון שהכתמים נוצרו רק בצד אחד של המבנה - הצד שפונה לנהר- אנשי מקצוע סברו כי לסביבה הרטובה יש קשר לכתמים. באותה תקופה לערך פורסם ביפן מחקר אשר בחן קורוזיה של מבני טיטניום, והמסקנה שהגיעו החוקרים היא שגשם חומצי פוגע בשכבת הציפוי הטבעית של הטיטניום, מה שגורם להכתמה. נדמה כי הלחות בצד הפונה לנהר של הגוגנהיים גורמת לשינויים בעובי התחמוצת, מה שגורם לשינויים בצבע.
בתמונה משמאל: אינג' נחום נוה, מומחה לקורוזיה והגנה קתודית

ההרצאה השניה של אינג' נוה התמקדה בטיטניום וסגסוגותיו במגע עם מי ים ובאווירה ימית. הנושא חשוב נוכח שימוש נפוץ במתכות במבנים השוכנים באזורים אלו, למשל בתי מלון, אסדות קידוח, מגורים ותעשיה. הבעיות העיקריות נוגעות למליחות, תכולת החמצן הגבוהה, שחיקה מהגלים והחול, טיפות מים ולחות. כל אלו מביאים לתנאי קורוזיה גבוהים. פלדות בלתי מחלידות (פלב"מ) מאוד רגישות לסביבה זו, אולם טיטניום אינו ניזוק באווירה ימית וכמעט שאינו מפתח קורוזיה בסביבה זו. כמו כן, הטיטניום חסין מפני קורוזית מאמצים במים, וכן לקורוזית נקיקים בטמפ' של עד 82 מעלות צלסיום.

את יום העיון חתם ד"ר בוריס מורבין, יו"ר הפורום לפליטה אקוסטית בענף בדיקות לא הורסות, בהרצאה אודות תכונות, התפתחות ודיאגנוסטיקה של קורוזיית מאמצים בריתוכי טיטניום. מיכלי לחץ מטיטניום משמשים בכל המערכות המוטסות לחלל: טילים, מעבורות, לווינים ועוד, וקיימת חשיבות רבה למנוע כשלים שעלולים להסתיים באסון. ניתן לבחון את מצב הסדקים וסוגי הקוריוזיות המתפתחות במיכלי טיטניום בעזרת שיטת הפליטה האקוסטית. פליטה אקוסטית הינה תכונה טבעית של חומרים וכאשר מתפתח פגם משתחרר גל מתח המתפשט לאורך המבנה, ובעזרת חיישנים יעודיים ניתן לנתח את גלי הקול ולהשתמש במידע למגוון אפליקציות, כמו איתור דליפות בצנרת ובמיכלים הטמונים באדמה, איתור סדקים במיכלי לחץ מטיטניום, סוגי קורוזיה שונים, ועוד. מכיוון שהמרחק בין החיישנים ידוע, וגם מהירות התפשטות גלי הקול ידועה, ניתן להעריך היכן נמצא הפגם, סוג הפגם, רמת הסיכון, כיצד הוא מגיב לשינוי בתנאי המאמץ, קצב התפתחותו ועוד. השימוש בשיטה מגוון ומיושם החל מתחום הרפואה ועד לתחום החלל, כאשר רוב הפעילות הינה בתחום התעשייה, מכיוון שהניטור נערך תוך כדי עבודה ואין צורך להשבית את המתקן או הכלי.
בתמונה משמאל: ד"ר בוריס מורבין, יו"ר הפורום לפליטה אקוסטית בענף בדיקות לא הורסות

בתמונה: טיטניום באדריכלות, בבניה, בתעשייה ובשתלים בגוף האדם, בית המהנדס ת"א, 22.5.12 


שלח לחבר
שתף





 

 

 

 

 

 
Google