チタン入門
前回の記事では、チタンとは何か、そしてその開発の歴史についてご紹介しました。1948年、アメリカのデュポン社がマグネシウム法を用いてチタンスポンジを製造し、これがチタンスポンジの工業生産の始まりとなりました。チタン合金は、その高い強度、優れた耐食性、そして高い耐熱性から、様々な分野で幅広く利用されています。
チタンは地殻中に豊富に存在し、銅、亜鉛、錫といった一般的な金属よりもはるかに多く、9番目に多い元素である。チタンは多くの岩石、特に砂や粘土に広く含まれている。
チタンの特性
● 低密度。チタン金属の密度は4.51 g/cm³です。
● 高強度。アルミニウム合金の1.3倍、マグネシウム合金の1.6倍、ステンレス鋼の3.5倍の強度を持ち、金属材料の王者です。
● 高い耐熱性。使用温度はアルミニウム合金よりも数百度高く、450～500℃の高温環境下でも長時間使用可能です。
●優れた耐食性。酸、アルカリ、大気腐食に強く、特に孔食や応力腐食に対して強い耐性を持つ。
●優れた低温性能。チタン合金TA7は侵入型元素が非常に少なく、-253℃でも一定の塑性を保持します。
●化学的に活性。高温下で化学的に活性であり、空気中の水素、酸素、その他の気体不純物と容易に反応して硬化層を形成する。
● 非磁性で無毒。チタンは非磁性金属であり、非常に強い磁場でも磁化されず、無毒で、人体組織や血液との適合性も高いため、医療分野で広く使用されています。
● 熱伝導率と弾性率が小さい。熱伝導率はニッケルの約1/4、鉄の約1/5、アルミニウムの約1/14であり、各種チタン合金の熱伝導率はチタンの約50%低い。チタン合金の弾性率は鋼の約1/2である。
チタンおよびチタン合金の工業用途
1航空宇宙分野におけるチタン材料の応用
チタン合金は、低密度かつ高比強度といった優れた特性を持ち、航空宇宙構造物にとって理想的な材料です。航空宇宙分野では、チタン合金は機体断熱パネル、エアダクト、尾翼、圧力容器、燃料タンク、締結部品、ロケットシェルなどの製造に用いられています。
2. 海洋分野における応用。
チタンは酸素との親和性が高い化学的に活性な元素です。空気中に置かれると、酸素と反応して表面に緻密な二酸化チタン（TiO2）の保護膜を形成し、チタン合金を外部環境から保護します。チタン合金は優れた耐食性を持ち、酸、アルカリ、酸化性媒体中で化学的に安定しています。その耐食性は既存のステンレス鋼やほとんどの非鉄金属よりも優れており、プラチナにも匹敵します。特に米国とロシアでは船舶に広く使用されており、チタン合金の研究は明らかに世界をリードしています。
3. 化学産業における応用
産業におけるチタンの応用
チタンは耐食性に優れており、化学薬品などの腐食性媒体で使用される最も重要な構造材料の一つです。ステンレス鋼、ニッケル基合金、その他の希少金属の代わりにチタン合金を使用することで、運転コストを効果的に削減し、設備の寿命を延ばし、製品の品質を向上させ、エネルギーを節約することができます。中国の化学工業におけるチタン合金材料は、主に蒸留塔、反応器、圧力容器、熱交換器、フィルター、計測機器、タービンブレード、ポンプ、バルブ、パイプライン、塩素アルカリ製造用電極などに使用されています。
チタンおよびチタン合金の生命への応用
1.医療マーケティングにおける応用
医療市場で使用されるチタン材料
チタンは医療用途に理想的な金属材料であり、生体適合性にも優れています。整形外科用インプラント、医療機器、義肢、人工臓器などに幅広く使用されています。また、日常生活においても、チタン製の鍋、フライパン、カトラリー、魔法瓶などが人気を集めています。
3. 宝飾業界における応用
ジュエリーに用いられるチタン
金やプラチナといった貴金属と比較して、新しい宝飾素材であるチタンは、価格面で絶対的な優位性を持つだけでなく、他にも多くの利点がある。
①軽量で、チタン合金の密度は金の27％です。
②チタンは耐食性に優れている。
③優れた生体適合性。
④チタンは着色することができる。
⑤チタンは硬度が高く、変形しにくい。
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投稿日時：2022年7月18日