ไทเทเนียมเป็นโลหะที่ได้รับการยอมรับว่ามีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง^{[ 18 ]}เป็นโลหะที่แข็งแรง มีความหนาแน่น ต่ำ มีความยืดหยุ่น สูง (โดยเฉพาะใน สภาพแวดล้อมที่ปราศจาก ออกซิเจน ) ^{[ 12 ]}มีความมันวาว และมีสีขาวเหมือนโลหะ^{[ 20 ]}เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง (1,668  °C หรือ 3,034  °F) บางครั้งจึงถูกอธิบายว่าเป็นโลหะทนความร้อนแต่ความจริงแล้วไม่ใช่เช่นนั้น^{[ 21 ]}เป็นโลหะพาราแมกเนติก และมีค่าการนำ ไฟฟ้าและความร้อนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ^{[ 12 ]}ไทเทเนียมเป็นตัวนำยิ่งยวดเมื่อถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตที่ 0.49  K ^{[ 22 ] [ 23 ]}

ไทเทเนียมเกรด บริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (บริสุทธิ์ 99.2%) มี ความแข็งแรงดึงสูงสุดประมาณ 434 MPa (63,000 psi ) เท่ากับโลหะผสมเหล็กเกรดต่ำทั่วไป แต่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ไทเทเนียมมีความหนาแน่นมากกว่าอะลูมิเนียม 60% แต่มีความแข็งแรงมากกว่า โลหะผสมอะลูมิเนียม 6061-T6ที่ใช้กันทั่วไปถึงสองเท่า^{[ 17 ]}โลหะผสมไทเทเนียมบางชนิด (เช่นBeta C ) มีความแข็งแรงดึงมากกว่า 1,400 MPa (200,000 psi) ^{[ 24 ]}อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมจะสูญเสียความแข็งแรงเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า430 °C (806 °F ⁾ [ ^{25 ]}      

ไทเทเนียมไม่แข็งเท่าเหล็กบางเกรดที่ผ่านการอบชุบความร้อน ไม่เป็นแม่เหล็ก และเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้า ที่ไม่ดี การกลึงต้องใช้ความระมัดระวัง เนื่องจากวัสดุอาจเกิดรอยขีดข่วนได้หากไม่ใช้เครื่องมือที่คมและวิธีการระบายความร้อนที่เหมาะสม เช่นเดียวกับโครงสร้างเหล็ก โครงสร้างที่ทำจากไทเทเนียมมีขีดจำกัดความล้าที่รับประกันอายุการใช้งานที่ยาวนานในการใช้งานบางประเภท^{[ 20 ]}

โลหะเป็นอัลโลโทรปไดมอร์ฟิกของรูป แบบ α ที่บรรจุแน่นหกเหลี่ยมซึ่งเปลี่ยนเป็น รูปแบบ β ลูกบาศก์ศูนย์กลางตัว (แลตติส) ที่อุณหภูมิ882 ° C (1,620 °F) ^{[ 25 ] [ 26 ]}ความร้อนจำเพาะของรูปแบบ α เพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านนี้ แต่จะลดลงและคงที่ค่อนข้างคงที่สำหรับรูปแบบ β โดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิ^{[ 25 ]}  

เช่นเดียวกับอะลูมิเนียมและแมกนีเซียมพื้นผิวของโลหะไทเทเนียมและโลหะผสมของมันจะเกิดออกซิเดชันทันทีเมื่อสัมผัสกับอากาศเพื่อสร้าง ชั้น พาสซิเวชัน บาง ๆ ที่ไม่มีรูพรุน ซึ่งปกป้องโลหะส่วนใหญ่จากการเกิดออกซิเดชันหรือการกัดกร่อนเพิ่มเติม^{[ 12 ]}เมื่อเริ่มก่อตัว ชั้นป้องกันนี้จะมีความหนาเพียง 1–2 นาโนเมตรแต่จะเติบโตอย่างช้า ๆ จนมีความหนาถึง 25 นาโนเมตรในสี่ปี^{[ 28 ]}ชั้นนี้ทำให้ไทเทเนียมมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากกรดออกซิไดซ์ได้ดีเยี่ยม แต่จะละลายในกรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง กรดไฮโดรคลอริกร้อน และกรดซัลฟิวริกร้อน^{[ 29 ]}  

ไทเทเนียมสามารถทนต่อการกัดกร่อนจากกรดซัลฟิวริกและ กรดไฮโดรคลอริกเจือจาง ที่อุณหภูมิห้อง สารละลายคลอไรด์ และกรดอินทรีย์ส่วนใหญ่ได้^{[ 13 ]}อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมจะถูกกัดกร่อนโดยกรดเข้มข้น^{[ 30 ]}ไทเทเนียมจะลุกไหม้ในอากาศปกติที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลว ดังนั้นการหลอมโลหะจึงเป็นไปได้เฉพาะในบรรยากาศเฉื่อยหรือสุญญากาศเท่านั้น^{[ 13 ]}ที่อุณหภูมิห้อง ไทเทเนียมค่อนข้างเฉื่อยต่อฮาโลเจนแต่จะรวมตัวกับคลอรีนและโบรมีน อย่างรุนแรง ที่550 °C (1,022 °F)เพื่อสร้างไทเทเนียมเตตระคลอไรด์และไทเทเนียมเตตระโบร ไมด์ ตามลำดับ^{[ 29 ]}  

ไทเทเนียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ง่ายที่อุณหภูมิ 1,200 °C (2,190 °F)ในอากาศ และที่610 °C (1,130 °F)ในออกซิเจนบริสุทธิ์ ก่อให้เกิดไทเทเนียมไดออกไซด์ [ ^{18 ] ออกไซด์}นี้ยังเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างไทเทเนียมกับออกซิเจนบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิห้องและความดัน25 บาร์ (2,500 kPa) [ ^{29 ] ไทเทเนียม}เป็นหนึ่งในธาตุไม่กี่ชนิดที่เผาไหม้ในก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ800 °C (1,470 °F)เพื่อสร้างไทเทเนียมไนไตรด์ซึ่งทำให้เกิดการเปราะ^{[ 31 ]}       

ไทเทเนียมเป็น ธาตุ ที่มี มากเป็นอันดับที่เก้า ในเปลือกโลก (0.63% โดยมวล ) ^{[ 32 ]}และเป็นโลหะที่มีมากเป็นอันดับที่เจ็ด พบได้ในรูปออกไซด์ในหินอัคนี ส่วนใหญ่ ในตะกอนที่ได้จากหินอัคนีเหล่านั้น ในสิ่งมีชีวิต และในแหล่งน้ำธรรมชาติ^{[ 12 ] [ 13 ]}จากหินอัคนี 801 ชนิดที่วิเคราะห์โดยสำนักงานสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา พบ ว่า 784 ชนิดมีไทเทเนียมเป็นส่วนประกอบ สัดส่วนของไทเทเนียมในดินอยู่ที่ประมาณ 0.5–1.5% ^{[ 32 ]}

แร่ที่มีไทเทเนียมเป็นส่วนประกอบทั่วไปได้แก่อนาเทสบรูไคต์อิลเมไนต์เพ อ ร์ รอ ฟสไกต์รูไทล์และไททาไนต์ (สฟีน) ^{[ 28 ]}อะคาโอไกต์เป็นแร่ที่หายากมากซึ่งประกอบด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์ ในบรรดาแร่เหล่านี้ มีเพียงรูไทล์และอิลเมไนต์เท่านั้นที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ แต่ถึงกระนั้นก็ยังหาได้ยากในปริมาณมาก มีการขุดแร่เหล่านี้ประมาณ 6.0 และ 0.7 ล้านตันในปี 2011 ตามลำดับ^{[ 33 ]}แหล่งแร่อิลเมไนต์ที่มีไทเทเนียมจำนวนมากพบได้ในออสเตรเลียแคนาดาจีนอินเดียโมซัมบิกนิวซีแลนด์นอร์เวย์เซียร์ราลีโอเนแอฟริกาใต้และยูเครน^{[ 28} ] ปริมาณ สำรองรวมของอนาเท ส อิลเมไนต์ และรูไทล์คาดว่า ^จะเกิน 2 พันล้านตัน^{[ 33 ]}

ความเข้มข้นของไทเทเนียมในมหาสมุทร อยู่ที่ประมาณ 4 พิโคโมลาร์  ที่อุณหภูมิ 100 °C ความเข้มข้นของไทเทเนียมในน้ำคาดว่าจะน้อยกว่า 10 ⁻⁷ M ที่ pH 7 ชนิดของไทเทเนียมในสารละลายในน้ำยังคงไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดเนื่องจากความสามารถในการละลายต่ำและขาดวิธีการทางสเปกโทรสโกปีที่มีความไวสูง แม้ว่าจะมีเพียงสถานะออกซิเดชัน 4+ เท่านั้นที่เสถียรในอากาศ ไม่มีหลักฐานใดบ่งชี้ถึงบทบาททางชีวภาพ แม้ว่าสิ่งมีชีวิตที่หายากบางชนิดจะทราบกันว่าสะสมไทเทเนียมในความเข้มข้นสูง^{[ 34 ]}

ไทเทเนียมมีอยู่ในอุกกาบาตและตรวจพบในดวงอาทิตย์และดาวประเภท M ^{[ 13 ]} (ประเภทที่เย็นที่สุด) ที่มีอุณหภูมิพื้นผิว3,200 °C (5,790 °F) [ ^{35 ] หิน}ที่นำกลับมาจากดวงจันทร์ระหว่าง ภารกิจ Apollo 17ประกอบด้วย TiO 2 12.1% [ ^{]ไทเทเนียมธรรมชาติ}พบได้เฉพาะในหินที่ได้รับแรงดันระหว่างประมาณ 2.8 ถึง 4.0 กิกะปาสคาลบนโลก^{[ 36 ]}แต่ได้รับการระบุในนาโนคริสตัลบนดวงจันทร์^{[ 37 ]}   

ไทเทเนียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทป เสถียร 5 ชนิด ได้แก่^46Ti , ^47Ti , ^48Ti , ^49Tiและ^50Tiโดย^48Tiเป็นไอโซโทปที่มีปริมาณมากที่สุด (73.8% ของปริมาณตามธรรมชาติ ) มีการระบุไอโซโทปกัมมันตรังสี 23 ชนิด^{[ b ]}ซึ่งไอโซโทปที่เสถียรที่สุด ได้แก่^44Tiมีครึ่งชีวิต 63 ปี, 45Ti 184.8 นาที , ^51Ti 5.76 นาที และ^{52Ti 1.7}นาที ไอโซโทป กัมมันตรังสี อื่นๆ ทั้งหมด มีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 33 วินาที โดยส่วนใหญ่น้อยกว่าครึ่งวินาที^{[ 19 ] [ 11 ]}

ไอโซโทปของไทเทเนียมมีตั้งแต่^39Tiถึง^{66Ti [ 39} ] ^{[ 38 ]}โหมดการสลายตัวหลัก สำหรับ ^{ไอโซโทป}ที่เบากว่า^46Tiคือการปล่อยโพซิตรอน (ยกเว้น^44Tiซึ่งเกิดการจับอิเล็กตรอน ) ทำให้เกิดไอโซโทปของสแกนเดียมและโหมดหลักสำหรับไอโซโทปที่หนักกว่า^50Tiคือการปล่อยเบต้าทำให้เกิดไอโซโทปของวานาเดียม [ ^{19 ] ไทเทเนียม}จะกลายเป็นกัมมันตรังสีเมื่อถูกกระแทกด้วยดิวเทอรอนโดยปล่อยโพซิตรอนและรังสีแกมมาแข็ง เป็นหลัก ^{[ 13 ]}

ออกไซด์ที่สำคัญที่สุดคือ TiO2 มีอยู่ในรูปผลึกที่ สำคัญ 3 รูปแบบ ได้แก่ อนาเทส บรูไคต์ และรูไทล์ ทั้งสามชนิดเป็นของแข็งไดอะแมกเนติกสีขาว แม้ว่าตัวอย่างแร่บางชนิดอาจมีสีเข้ม เช่นรูไทล์พวกมันมีโครงสร้างพอลิเมอร์ซึ่ง Ti ถูกล้อมรอบด้วย ลิแกนด์ ออกไซด์ 6 ตัว ที่เชื่อมต่อกับศูนย์กลาง Ti อื่นๆ^{[ 44 ]}

โดยทั่วไป คำว่าไททาเนตหมายถึงสารประกอบไททาเนียม(IV) เช่นแบเรียมไททาเนต (BaTiO3 ซึ่งมีโครงสร้างแบบเพอร์รอฟสไกต์ วัสดุนี้แสดง คุณสมบัติ ทางไฟฟ้าแบบเพียโซและใช้เป็นตัวแปลงสัญญาณในการแปลงเสียงเป็นไฟฟ้า[ ^{18 ] แร่}ธาตุหลายชนิดเป็นไททาเนต เช่น อิลเมไนต์ (FeTiO3 ไพลินและทับทิมที่ มี ลักษณะเป็นประกาย คล้าย ดาว (starism) เกิดจากการมีสิ่งเจือปนของไททาเนียมไดออกไซด์^{[ 28 ]}

ออกไซด์ที่ลดลง ( ซับออกไซด์ ) ของไทเทเนียมหลายชนิด ที่รู้จัก โดยส่วนใหญ่ เป็นไทเทเนียมไดออกไซด์ ที่มี สัดส่วน ทางเคมีลด ลง ซึ่งได้จาก การพ่นพลาสมาในบรรยากาศ Ti₃O₅ ซึ่งอธิบายว่าเป็นชนิด Ti(IV)-Ti(III) เป็นสารกึ่งตัวนำสีม่วงที่ผลิตขึ้นโดยTiO₂ด้วยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง^{[ 45 ]}และใช้ในอุตสาหกรรมเมื่อพื้นผิวจำเป็นต้องเคลือบด้วยไอระเหยของไทเทเนียมไดออกไซด์: มันระเหยเป็น TiO บริสุทธิ์ ในขณะที่ TiO₂ เป็นส่วนผสมของออกไซด์และตกตะกอนเป็นสารเคลือบที่มีดัชนีหักเหแปรผันได้^{[ 46 ]}นอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักในชื่อTi₂O₃ ซึ่งมี โครงสร้าง คอรันดัมและซึ่งมีโครงสร้างร็อคซอลต์มักจะไม่เป็นสัดส่วนทางเคมีก็ตาม^{[ 47 ]}

อัลคอกไซด์ของไทเทเนียม(IV) ที่เตรียมโดยการบำบัด TiCl ด้วยแอลกอฮอล์เป็นสารประกอบที่ไม่มีสีซึ่งจะเปลี่ยนเป็นไดออกไซด์เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ มีประโยชน์ในอุตสาหกรรมสำหรับการตกตะกอน TiO แข็ง ผ่านกระบวนการโซล-เจลไทเทเนียมไอโซโพรพ อกไซ ด์ใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ไครัลผ่าน อีพอกซิเดชัน ของSharpless ^{[ 48 ]}

ไทเทเนียมก่อตัวเป็นซัลไฟด์หลายชนิด แต่มีเพียงเท่านั้นที่ได้รับความสนใจอย่างมาก มีโครงสร้างเป็นชั้นและถูกใช้เป็นแคโทดในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมเนื่องจาก Ti(IV) เป็น"แคตไอออนแข็ง" ซัลไฟด์ของไทเทเนียมจึงไม่เสถียรและมีแนวโน้มที่จะไฮโดรไลซิ สเป็นออกไซด์พร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจนซัลไฟด์^{[ 49 ]}

ไทเทเนียมไนไตรด์ (TiN) เป็นของแข็งทนไฟที่มีความแข็งสูงมาก มีคุณสมบัติการนำความร้อน/ไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และมีจุดหลอมเหลวสูง^{[ 50 ]} TiN มีความแข็งเทียบเท่ากับแซฟไฟร์และคาร์บอรันดัม (9.0 บนมาตราโมห์ ) [ ^{51 ] และ}มักใช้เคลือบเครื่องมือตัด เช่นดอกสว่าน^{[ 52 ]}นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเคลือบตกแต่งสีทองและเป็นชั้นกั้นในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ [ ^{53 ] ไทเทเนียม}คาร์ไบด์ (TiC) ซึ่งมีความแข็งมากเช่นกัน พบได้ในเครื่องมือตัดและสารเคลือบ^{[ 54 ]}

ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (ไทเทเนียม(IV) คลอไรด์, TiCl ^{[ 55 ]} ) เป็นของเหลวระเหยง่ายไม่มีสี (ตัวอย่างเชิงพาณิชย์มีสีเหลือง) ซึ่งเมื่อสัมผัสกับอากาศจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสพร้อมกับการปล่อยเมฆสีขาวออกมาอย่างน่าตื่นตาตื่นใจTiCl กระบวนการ Krollในการเปลี่ยนแร่ไทเทเนียมให้เป็นโลหะไทเทเนียม นอกจากนี้ ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ยังใช้ในการผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ เช่น สำหรับใช้ในสีขาว^{[ 56 ]}มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเคมีอินทรีย์ในฐานะกรดลูอิสตัวอย่างเช่น ใน การควบแน่นอัลดอ ลของมูไคยามะ^{[ 57 ]}ในกระบวนการ van Arkel–de Boerจะ มีการสร้าง ไทเทเนียมเตตระไอโอไดด์ (TiI ) ในการผลิตโลหะไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง^{[ 58 ]}

ไทเทเนียม(III) และไทเทเนียม(II) ยังก่อตัวเป็นคลอไรด์ที่เสถียร ตัวอย่างที่โดดเด่นคือไทเทเนียม(III) คลอไรด์ (TiCl ) ซึ่งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตโพลีโอเลฟิน (ดูตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler–Natta ) และเป็นตัว รีดิวซ์ ในเคมีอินทรีย์^{[ 59 ]}

เนื่องจากบทบาทสำคัญของสารประกอบไทเทเนียมในฐานะ ตัวเร่ง ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน สารประกอบที่มีพันธะ Ti-C จึงได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้น สารประกอบออร์กาโนไททาเนียมที่พบได้บ่อยที่สุดคือไททาโนซีนไดคลอไรด์ ((C H ) TiCl ) สารประกอบที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ รีเอ ^เจนต์ของ Tebbeและรีเอเจนต์ของ Petasisไทเทเนียมสร้างสารประกอบคาร์บอนิลเช่น(C H ) Ti(CO) [ ^{60 ]}

มีการพัฒนากระบวนการหลายอย่างเพื่อสกัดไทเทเนียมและแร่ธาตุที่มีไทเทเนียมที่ใช้ได้จากแร่กระบวนการ Becherเป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้ในการผลิตรูไทล์สังเคราะห์ ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของไทเทเนียมไดออกไซด์ จากแร่อิลเมไนต์โดยการกำจัดเหล็ก^{[ 78 ]}แต่ไม่ได้นำมาใช้ในระดับ อุตสาหกรรม ^{[ 77 ]}กระบวนการคลอไรด์ผลิตไทเทเนียมเตตระคลอไรด์โดยการบำบัดแร่รูไทล์ด้วยคลอรีนและคาร์บอนที่ความร้อนสูง^{[ 42 ]}จากนั้นจึงออกซิไดซ์ผลิตภัณฑ์ด้วยเปลวไฟออกซิเจนหรือพลาสมาเพื่อผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์^{[ 79 ]}กระบวนการซัลเฟตใช้กรดซัลฟิวริก (H SO ) ในการชะล้างไทเทเนียมจากแร่อิลเมไนต์ (FeTiO ) ทำให้เกิดไททานิลซัลเฟต ( TiOSO ) ซัลเฟตนี้จะถูกแยกออกเป็นไฮเดรตสองชนิด คือTiO และH SO โดยการเติมน้ำ และน้ำนี้จะถูกกำจัดออกโดยการเติมความร้อน ซึ่งจะผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย^{[ 80 ]}

การเชื่อม ไทเทเนียม ทั้งหมดจะต้องทำในบรรยากาศเฉื่อยของอาร์กอนหรือฮีเลียมเพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากก๊าซในบรรยากาศ (ออกซิเจน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน) ^{[ 25 ]}การปนเปื้อนทำให้เกิดสภาวะต่างๆ เช่นการเปราะซึ่งลดความสมบูรณ์ของรอยเชื่อมประกอบและนำไปสู่ความล้มเหลวของข้อต่อ^{[ 95 ]}

ไทเทเนียมเป็นโลหะ ที่บัดกรีได้ยากมากโดยตรง ดังนั้นจึง ต้องเคลือบโลหะหรือโลหะผสม ที่บัดกรีได้เช่น เหล็ก ลงบนไทเทเนียมก่อนทำการบัดกรี^{[ 96 ]}โลหะไทเทเนียมสามารถขึ้นรูปได้ด้วยอุปกรณ์และกระบวนการเดียวกันกับเหล็กกล้าไร้สนิม^{[ 25 ]}

โลหะผสมไทเทเนียม

โลหะผสมไทเทเนียมทั่วไปผลิตโดยการลด ตัวอย่างเช่น คิวโปรไทเนียม (รูไทล์ที่ เติม ทองแดง ) เฟอร์โรคาร์บอนไททาเนียม (อิลเมไนต์ที่ลดลงด้วยโค้กในเตาไฟฟ้า) และแมงกาโนไททาเนียม (รูไทล์ที่มีแมงกานีสหรือแมงกานีสออกไซด์) ล้วนได้รับการลด^{[ 97 ]}

มีการออกแบบและใช้งาน โลหะผสมไทเทเนียมประมาณ 50 เกรดแม้ว่าจะมีเพียงไม่กี่สิบเกรดเท่านั้นที่หาซื้อได้ง่ายในเชิงพาณิชย์^{[ 98 ]} ASTM Internationalรับรอง โลหะและโลหะผสมไทเทเนียม 31 เกรด โดยเกรด 1 ถึง 4 เป็นเกรดบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (ไม่ผสมโลหะอื่น) เกรดทั้งสี่นี้มีความแตกต่างกันในด้านความแข็งแรงดึงตามปริมาณออกซิเจน โดยเกรด 1 มีความยืดหยุ่นมากที่สุด (ความแข็งแรงดึงต่ำที่สุด โดยมีปริมาณออกซิเจน 0.18%) และเกรด 4 มีความยืดหยุ่นน้อยที่สุด (ความแข็งแรงดึงสูงสุด โดยมีปริมาณออกซิเจน 0.40%) ^{[ 28 ]}เกรดที่เหลือเป็นโลหะผสม ซึ่งแต่ละชนิดได้รับการออกแบบมาเพื่อคุณสมบัติเฉพาะด้านความยืดหยุ่น ความแข็งแรง ความแข็ง ความต้านทานไฟฟ้า ความต้านทานการ คืบความต้านทานการกัดกร่อนเฉพาะ และการผสมผสานของคุณสมบัติเหล่านี้^{[ 99 ]}

นอกจากข้อกำหนด ASTM แล้ว โลหะผสมไทเทเนียมยังผลิตขึ้นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านการบินและอวกาศและการทหาร (SAE-AMS, MIL-T) มาตรฐาน ISO และข้อกำหนดเฉพาะของแต่ละประเทศ รวมถึงข้อกำหนดเฉพาะของผู้ใช้ปลายทางสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ การทหาร การแพทย์ และอุตสาหกรรม^{[ 100 ]}

ไทเทเนียมไดออกไซด์ ( TiO₂) ) เป็นสารประกอบที่พบมากที่สุดของธาตุนี้ โดยเป็นจุดสิ้นสุดของไทเทเนียมบริสุทธิ์ 95% ของโลก เป็นเม็ดสีที่ ^{ใช้กันอย่างแพร่หลาย [ 33 ]}นอกจากนี้ยังใช้ในซีเมนต์ อัญมณี และเป็นสารทึบแสงในกระดาษ ^{[ 109 ]}

ไทโอเม็ดสีชนิดนี้ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมี ทนต่อการซีดจางเมื่อโดนแสงแดด และมีความทึบแสงสูง ทำให้สารเคมีสีน้ำตาลหรือสีเทาซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของพลาสติกในครัวเรือนมีสีขาวบริสุทธิ์และสว่างสดใส ^{[ 14 ]}ในธรรมชาติ สารประกอบนี้พบได้ในแร่แอนาเทส บรูไคต์ และรูไทล์ ^{[ 12 ]}สีที่ทำจากไทเทเนียมไดออกไซด์สามารถทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรงและสภาพแวดล้อมทางทะเลได้ดี ^{[ 14 ]} ไทเทเนียมไดออกไซด์บริสุทธิ์มี ดัชนีหักเหสูงมากและมีการกระจายแสงสูงกว่าเพชร ^[ 13 ^]ไทเทเนียมไดออกไซด์ถูกนำมาใช้ในครีมกันแดด ^{เนื่องจากสามารถ สะท้อน}และดูดซับรังสียูวีได้ ^{[ 20 ]}

เนื่องจากโลหะผสมไทเทเนียมมี อัตราส่วน ความแข็งแรงต่อความหนาแน่น สูง ^{[ 18 ]}ความต้านทานการกัดกร่อนสูง[ ^{13 ] ความ ต้านทาน}ต่อความล้า ความต้านทานต่อการแตกร้าวสูง^{[ 110 ]}และความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูงปานกลางโดยไม่เกิดการคืบ จึงถูกนำไปใช้ในเครื่องบิน แผ่นเกราะ เรือรบ ยานอวกาศ และขีปนาวุธ^{[ 13 ] [ 14 ]}สำหรับการใช้งานเหล่านี้ ไทเทเนียมจะถูกผสมกับอะลูมิเนียม เซอร์โคเนียม นิกเกล^{[ 111 ]}วานาเดียม และธาตุอื่นๆ เพื่อผลิตชิ้นส่วนต่างๆ รวมถึงชิ้นส่วนโครงสร้างที่สำคัญอุปกรณ์ลงจอด ผนังกั้นไฟท่อไอเสีย(เฮลิคอปเตอร์) และระบบไฮดรอลิก ประมาณสองในสามของโลหะไทเทเนียมทั้งหมดที่ผลิตได้ถูกนำไปใช้ในโครงเครื่องบินและเครื่องยนต์^{[ 112 ]} โลหะผสม ไทเทเนียม6AL-4Vคิดเป็นเกือบ 50% ของโลหะผสมทั้งหมดที่ใช้ในงานเครื่องบิน^{[ 113 ]}

เครื่องบิน Lockheed A-12และSR-71 "Blackbird"เป็นเครื่องบินสองรุ่นแรกๆ ที่ใช้โครงสร้างไทเทเนียม ซึ่งปูทางไปสู่การใช้งานที่กว้างขวางมากขึ้นในเครื่องบินทางทหารและเครื่องบินพาณิชย์สมัยใหม่ ผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมจำนวนมากถูกนำไปใช้ในการผลิตเครื่องบินหลายลำ เช่น (ค่าต่อไปนี้คือปริมาณผลิตภัณฑ์ดิบที่ใช้ ซึ่งมีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่ถูกนำไปใช้ในเครื่องบินสำเร็จรูป): 116  เมตริกตันถูกใช้ในBoeing 787 , 77 ในAirbus A380 , 59 ในBoeing 777 , 45 ในBoeing 747 , 32 ในAirbus A340 , 18 ในBoeing 737 , 18 ในAirbus A330และ 12 ในAirbus A320 ^{[ 114 ]}ในการใช้งานเครื่องยนต์อากาศยาน ไทเทเนียมถูกใช้สำหรับโรเตอร์ ใบพัดคอมเพรสเซอร์ ส่วนประกอบระบบไฮดรอลิก และนาเซล^{[ 115 ] [ 116 ]}การใช้งานครั้งแรกในเครื่องยนต์เจ็ทคือสำหรับOrenda Iroquoisในช่วงทศวรรษ 1950 ^{[ 117 ] [ 118 ] [ 119 ]}

เนื่องจากไทเทเนียมทนต่อการกัดกร่อนจากน้ำทะเล จึงใช้ในการผลิตเพลาใบพัด อุปกรณ์เรือ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในโรงงานผลิตน้ำจืด [ ^{13 ] เครื่อง}ทำความร้อน-ทำความเย็นสำหรับตู้ปลาทะเล สายเบ็ดและสายนำ และมีดดำน้ำ ไทเทเนียมยังใช้ในตัวเรือนและส่วนประกอบของอุปกรณ์เฝ้าระวังและตรวจสอบที่ติดตั้งในมหาสมุทรเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการทหาร อดีตสหภาพโซเวียตได้พัฒนาเทคนิคการสร้างเรือดำน้ำที่มีตัวเรือทำจากโลหะผสมไทเทเนียม^{[ 120 ]}โดยการตีขึ้นรูปไทเทเนียมในท่อสุญญากาศขนาดใหญ่^{[ 111 ]}

ท่อไทเทเนียมเชื่อมและอุปกรณ์กระบวนการ (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ถัง ภาชนะกระบวนการ วาล์ว) ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเคมีเป็นหลักเพื่อต้านทานการกัดกร่อน โลหะผสมเฉพาะใช้ในงานขุดเจาะน้ำมันและก๊าซใต้ดินและโลหะวิทยาไฮโดรนิกเกล เพื่อความแข็งแรงสูง (เช่น โลหะผสมไทเทเนียมเบต้าซี) ความต้านทานการกัดกร่อน หรือทั้งสองอย่างอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษใช้ไทเทเนียมในอุปกรณ์กระบวนการที่สัมผัสกับสื่อกัดกร่อน เช่นโซเดียมไฮโปคลอไรต์หรือก๊าซคลอรีนเปียก (ในโรงฟอกขาว) ^{[ 121 ]}ไทเทเนียมยังใช้ในเป้าหมายการสปัตเตอร์ อีกด้วย ^{[ 122 ]}

ผงไทเทเนียมทำหน้าที่เป็น ตัวดักจับที่ไม่ระเหยและเป็นหนึ่งในวัสดุที่ทำปฏิกิริยากับแก๊สหลายชนิดที่ใช้ในการกำจัดแก๊สออกจากระบบสุญญากาศสูงยิ่งยวด^{[ 123 ]}การใช้งานนี้ปรากฏในปั๊มระเหิดไทเทเนียม^{[ 124 ]} ซึ่ง ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2504 ^{[ 125 ]}แม้ว่าโลหะนี้จะถูกนำมาใช้ในระบบสุญญากาศเป็นครั้งแรกเพื่อป้องกันไม่ให้ห้องเกิดการออกซิเดชันในการออกแบบที่สร้างโดยRaymond Herbในปี พ.ศ. 2496 ^{[ 126 ]}

ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl4 ซึ่งเป็นของเหลวไม่มีสี มีความสำคัญในฐานะสารตัวกลางในกระบวนการผลิต TiO2 ยังใช้ในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler–Natta อีกด้วย นอกจากนี้ ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ยังใช้ในการเคลือบแก้วให้เป็นสีรุ้ง และเนื่องจากมันระเหยเป็นไออย่างรุนแรงในอากาศชื้น จึงใช้ในการทำม่านควัน^{[ 20 ]}ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมหลายอย่าง ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมสามารถใช้เป็นสารทดแทนโลหะอื่นๆ ได้ เช่น นิกเกล ไนโอเบียม สแกนเดียม เงิน แทนทาลัม และทังสเตน^{[ 127 ]}

โลหะไทเทเนียมใช้ในงานยานยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแข่งขันรถยนต์และรถจักรยานยนต์ ซึ่งน้ำหนักเบา ความแข็งแรง และความแข็งแกร่งสูงเป็นสิ่งสำคัญ^{[ 128 ]} โดยทั่วไปแล้วโลหะชนิดนี้มีราคาแพงเกินไปสำหรับตลาดผู้บริโภคทั่วไป แม้ว่า รถคอร์เว็ตต์รุ่นใหม่บางรุ่นจะผลิตโดยใช้ท่อไอเสียไทเทเนียมก็ตาม^{[ 129 ]}

ไทเทเนียมใช้ในสินค้ากีฬาหลายชนิด เช่น ไม้เทนนิส ไม้กอล์ฟ ด้ามไม้ลาครอส ตะแกรงหมวกกันน็อกสำหรับกีฬาคริกเก็ต ฮอกกี้ ลาครอส และฟุตบอล รวมถึงเฟรมและชิ้นส่วนจักรยานบางชนิด^{[ 130 ]}ไทเทเนียมใช้ในกรอบแว่นตา เนื่องจากมีความทนทานและปกป้องเลนส์ได้ แม้ว่าอาจมีความยืดหยุ่นน้อยกว่าวัสดุทางเลือกอื่นๆ^{[ 131 ]}ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของไทเทเนียมเป็นประโยชน์ที่อาจเหนือกว่าวัสดุอื่นๆ สำหรับกรอบแว่นตา^{[ 132 ]}ไทเทเนียมเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเครื่องครัวและเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารสำหรับแบ็คแพ็ค เกือกม้าที่ทำจากไทเทเนียมเป็นที่นิยมมากกว่าเหล็กโดยช่างตี เหล็ก เนื่องจากมีน้ำหนักเบาและทนทานกว่า^{[ 133 ]}เครื่องมือที่มีน้ำหนักเบาและทนต่อการกัดกร่อนคุณภาพสูงบางชนิด เช่น พลั่ว ด้ามมีด และไฟฉาย ทำจากไทเทเนียมหรือโลหะผสมไทเทเนียม^{[ 134 ]}

ไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในงานสถาปัตยกรรมเป็นครั้งคราวอนุสาวรีย์ยูริ กาการิน สูง42.5 เมตร (139 ฟุต) ซึ่ง เป็นมนุษย์คนแรกที่เดินทางไปในอวกาศ รวมถึงส่วนบนของอนุสาวรีย์ผู้พิชิตอวกาศ สูง 110 เมตร (360 ฟุต)บนยอดพิพิธภัณฑ์ นักบินอวกาศ ในมอสโก ล้วนทำจากไทเทเนียม^{[ 135 ] [ 136 ]}พิพิธภัณฑ์กุกเกนไฮม์ บิลเบาและห้องสมุดมิลเลนเนียมเซอริทอสเป็นอาคารแห่งแรกในยุโรปและอเมริกาเหนือ ตามลำดับ ที่หุ้มด้วยแผ่นไทเทเนียม^{[ 112 ]}การหุ้มด้วยไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในอาคารเฟรเดอริก ซี. แฮมิลตัน ในเดนเวอร์ รัฐโคโลราโด^{[ 137 ]}    

เนื่องจากไทเทเนียมมีความแข็งแรงและน้ำหนักเบากว่าโลหะอื่นๆ (เหล็ก เหล็กกล้าไร้สนิม และอะลูมิเนียม) และเนื่องจากความก้าวหน้าในเทคนิคการแปรรูปโลหะ ทำให้มีการใช้ไทเทเนียมอย่างแพร่หลายในการผลิตอาวุธปืน การใช้งานหลักๆ ได้แก่ โครงปืนพกและกระบอกปืนลูกโม่ ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ จึงมีการใช้ไทเทเนียมในตัวเครื่องคอมพิวเตอร์แล็ปท็อปบางรุ่น (เช่น ในPowerBook G4ของApple ) ^{[ 138 ] [ 134 ]}และโทรศัพท์ (เช่นiPhone 15 Pro ) ^{[ 139 ]}

เนื่องจากความทนทาน ไทเทเนียมจึงถูกนำมาใช้ในเครื่องประดับดีไซน์บางชนิด เช่นแหวนไทเทเนียม [ ^{133 ] ความเฉื่อย}ของไทเทเนียมทำให้ไม่ก่อให้เกิดอาการแพ้และสามารถสวมใส่ได้ในสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น สระว่ายน้ำ นอกจากนี้ ไทเทเนียมยังถูกผสมกับทองคำเพื่อผลิตโลหะผสมที่สามารถวางจำหน่ายในชื่อ ทองคำ 24 กะรัตได้ เนื่องจากไทเทเนียมที่ผสมอยู่ 1% นั้นไม่เพียงพอที่จะต้องระบุค่าความบริสุทธิ์ที่ต่ำกว่า โลหะผสมที่ได้นั้นมีความแข็งใกล้เคียงกับทองคำ 14 กะรัตและมีความทนทานมากกว่าทองคำ 24 กะรัตบริสุทธิ์^{[ 140 ]}

ความทนทาน น้ำหนักเบา และความต้านทานต่อรอยบุบและการกัดกร่อนของไทเทเนียมทำให้มีประโยชน์สำหรับตัวเรือนนาฬิกา^{[ 133 ]}ศิลปินบางคนใช้ไทเทเนียมในการสร้างประติมากรรม วัตถุตกแต่ง และเฟอร์นิเจอร์^{[ 141 ]}ไทเทเนียมสามารถผ่านกระบวนการอะโนไดซ์เพื่อปรับความหนาของชั้นออกไซด์บนพื้นผิว ทำให้เกิดแถบการรบกวน ทางแสง และสีสันสดใสหลากหลาย^{[ 142 ]}ด้วยสีสันที่หลากหลายและความเฉื่อยทางเคมี ไทเทเนียมจึงเป็นโลหะที่นิยมใช้สำหรับ การ เจาะร่างกาย^{[ 143 ]}

ไทเทเนียมมีการใช้งานเพียงเล็กน้อยในเหรียญและเหรียญที่ระลึกที่ไม่หมุนเวียนโดยเฉพาะ ในปี 1999 เหรียญไทเทเนียมเหรียญแรกของโลกถูกผลิตขึ้นเพื่อการเฉลิมฉลองครบรอบสหัสวรรษของยิบรอลตาร์^{[ 144 ]}โรงกษาปณ์ Pobjoy ซึ่งเป็นโรงกษาปณ์ของอังกฤษที่ผลิตเหรียญดังกล่าว ยังคงผลิตเหรียญไทเทเนียมชุบอะโนไดซ์ต่อไป^{[ 145 ]}จนกระทั่งปิดตัวลงในปี 2023 ^{[ 146 ]}ทีมGold Coast Titansซึ่งเป็นทีมรักบี้ลีกของออสเตรเลีย มอบเหรียญไทเทเนียมบริสุทธิ์ให้กับผู้เล่นแห่งปีของทีม^{[ 147 ]}

เนื่องจากไทเทเนียมเป็นวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ (ไม่เป็นพิษและร่างกายไม่ปฏิเสธ) จึงมีการใช้งานทางการแพทย์มากมาย รวมถึงเครื่องมือผ่าตัดและวัสดุปลูกถ่าย เช่น ข้อต่อสะโพกและเบ้า ( การเปลี่ยนข้อต่อ ) และวัสดุปลูกถ่ายทางทันตกรรม [ ^{61 ] วัสดุ}ปลูกถ่ายไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดตั้งแต่ทศวรรษ 1950 และเป็นที่นิยมเนื่องจากมีอัตราการกัดกร่อนต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน และค่าโมดูลัสของยัง ต่ำ โลหะผสมไทเทเนียมที่มีอะลูมิเนียม 6% และวานาเดียม 4% ซึ่งใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยังเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับข้อต่อเทียมอีกด้วย^{[ 148 ]}

ไทเทเนียมมีคุณสมบัติในการรวมตัวกับกระดูก โดยธรรมชาติ ทำให้สามารถใช้ในรากฟันเทียมที่สามารถใช้งานได้นานกว่า 30 ปี คุณสมบัตินี้ยังมีประโยชน์สำหรับการใช้งานในรากฟันเทียมกระดูก^{[ 61 ]}ข้อดีของไทเทเนียมคือค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นที่ต่ำกว่า ทำให้มีความใกล้เคียงกับกระดูกที่อุปกรณ์ดังกล่าวตั้งใจจะซ่อมแซมมากขึ้น ส่งผลให้ภาระของโครงกระดูกกระจายอย่างสม่ำเสมอมากขึ้นระหว่างกระดูกและรากฟันเทียม ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของกระดูกน้อยลงเนื่องจากการป้องกันความเครียดและ การแตกหักของกระดูก รอบรากฟันเทียม ซึ่งเกิดขึ้นที่ขอบของรากฟันเทียมกระดูก อย่างไรก็ตาม ความแข็งของโลหะผสมไทเทเนียมยังคงมากกว่ากระดูกถึงสองเท่า ดังนั้นกระดูกที่อยู่ติดกันจึงรับภาระน้อยลงอย่างมากและอาจเสื่อมสภาพได้^{[ 149 ] [ 150 ]}รากฟันเทียมทางการแพทย์ที่เคลือบด้วยเงินและไทเทเนียมผสมกันได้รับการวิจัยว่าเป็นทางเลือกที่เป็นไปได้สำหรับรากฟันเทียมที่รับน้ำหนักได้ซึ่งต้องการพื้นผิวต้านจุลชีพ^{[ 148 ]}

ความก้าวหน้าสมัยใหม่ในเทคนิคการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุได้เพิ่มศักยภาพในการใช้ไทเทเนียมในการใช้งานด้านการปลูกถ่ายกระดูก^{[ 151 ]}การออกแบบโครงสร้างการปลูกถ่ายที่ซับซ้อนสามารถพิมพ์แบบ 3 มิติโดยใช้โลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งช่วยให้สามารถใช้งานได้เฉพาะบุคคลมากขึ้นและเพิ่มการยึดติดของกระดูกกับการปลูกถ่าย^{[ 152 ]}เนื่องจากไทเทเนียมไม่เป็นแม่เหล็กผู้ป่วยที่ปลูกถ่ายไทเทเนียมจึงสามารถตรวจได้อย่างปลอดภัยด้วยการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (สะดวกสำหรับการปลูกถ่ายระยะยาว) การเตรียมไทเทเนียมสำหรับการปลูกถ่ายในร่างกายเกี่ยวข้องกับการทำให้ไทเทเนียมสัมผัสกับ พลาสมา อาร์คที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งจะกำจัดอะตอมบนพื้นผิวออกไป เผยให้เห็นไทเทเนียมใหม่ที่ถูกออกซิไดซ์ทันที^{[ 61 ]}ไทเทเนียมถูกใช้สำหรับเครื่องมือผ่าตัดที่ใช้ในการผ่าตัดนำทางด้วยภาพรวมถึงรถเข็นคนพิการ ไม้ค้ำยัน และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ต้องการความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา^{[ 153 ]}

อนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์และการส่งมอบยาและเครื่องสำอาง^{[ 154 ]}

เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อน ภาชนะที่ทำจากไทเทเนียมจึงได้รับการศึกษาเพื่อใช้ในการจัดเก็บกากกัมมันตรังสีในระยะยาว เชื่อกันว่าภาชนะที่มีอายุการใช้งานมากกว่า 100,000 ปีนั้นเป็นไปได้หากเงื่อนไขการผลิตลดข้อบกพร่องของวัสดุให้น้อยที่สุด^{[ 157 ]}มีการพิจารณาใช้ "แผ่นป้องกันการหยด" ที่ทำจากไทเทเนียมเพื่อติดตั้งบนภาชนะประเภทอื่น ๆ เพื่อเพิ่มอายุการใช้งาน^{[ 158 ]}