チタン金属の10の特性
更新 : Apr. 8, 2025チタンは、化学記号Tiと原子番号22の銀白色遷移金属です。これは地球上で最も豊富な元素の1つであり、主にルチルやイルメナイトなどの鉱物に含まれています。
チタンは、その優れた耐食性、耐高温性、生体適合性により、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。航空宇宙から医療用途まで、海洋工学からハイエンドの消費者製品まで、チタンはその独自の特性により、多様で厳しい要件を満たしています。次に、チタンの上位10の特性を掘り下げて、現代の技術と産業におけるその重要性を理解します。
高強度と低密度
チタンは、主にその結晶構造(六角形の密集構造)に起因する高い強度を持っています。この構造は、力が加わったときに応力を効果的に分散し、材料の変形を防ぎます。一方、チタン原子は比較的軽く、密度は鋼の約57%であるため、単位体積あたりの質量が小さくなります。
代表的な用途:航空機のフレーム、翼桁、エンジン部品、チタン合金製の自転車フレームに使用され、軽量化と十分な強度サポートを提供します。
熱伝導率が低い
チタンは熱伝導率が低く、鉄の約1/5、アルミニウムの約1/13、銅の約1/25しかありません。これは主に、その六角形の密集した結晶構造と低い自由電子密度によるもので、熱伝導の効率を制限します。
代表的な用途:航空機や宇宙船では、胴体やエンジン部品など、断熱材が必要な部品にチタンがよく使用されます。
耐食性
チタンは耐食性に優れており、その表面には緻密な酸化皮膜が形成されているため、チタン基板を腐食から効果的に保護します。チタンは、酸化性、中性、および軽度の還元環境で非常に安定しており、空気、海水、およびほとんどの酸性およびアルカリ性溶液からの腐食に耐えることができます。ただし、フッ化水素酸、濃塩酸、濃硫酸などの腐食性の高い物質には敏感です。チタンは、摩耗後に酸化皮膜が急速に再生するため、自己修復特性も持っています。
チタンまたはチタン合金:Tiグレード1、Tiグレード2、Ti-0.2Pd、グレード7(Ti-0.2Pd)、Ti-3Al-2.5V。
代表的な用途:化学反応船、海洋機器、水中輸送パイプライン。
耐高温性
チタンは、主に融点(1668°C)が高く、高温構造安定性が高いため、高温環境でも高い強度と耐クリープ性を維持できます。チタンの高温性能は、アルミニウムやモリブデンなどのチタン合金の合金元素に依存しており、高温での結晶構造の安定性を維持し、熱応力による変形を防ぎます。
典型的な合金:Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-4Cr-4Mo-2Sn-2Zr。
代表的な用途:航空宇宙用エンジン部品、ロケット燃焼室、高温熱交換器など。
耐低温性
一部のチタン合金は、主に六角形の密集した結晶構造により、可塑性がわずかに低下するだけで、低温で強度が増加します。この構造は、脆くなる多くの金属とは異なり、-255°Cで可塑性と靭性を維持します。この特性により、チタンは極端な低温環境でも安定した機械的特性を保持することができます。
典型的な合金:Ti-5Al-2.5Sn ELI、Ti-6Al-4V ELI。
代表的な用途:深海検出器、液体水素および液体酸素ロケットエンジン用の極低温コンテナ、または有人宇宙船。
生体適合性
チタンは生体適合性に優れているため、拒絶反応を引き起こすことなくヒト組織と適合性を保つことができます。その表面の酸化チタン膜は、人間の組織に見られるカルシウム、リン、およびその他の成分と同様の化学環境を作り出し、これがチタンの生体適合性の理由です。
代表的な合金:Ti-6Al-7Nb、Ti Grade 1、Ti Grade 2、Ti-6Al-4V ELI(Grade 23)。
代表的な用途:人工股関節、膝関節、肩関節、肋骨関節、頭蓋骨、心臓弁、骨格固定クリップ。
非磁性
チタンは非磁性金属であるため、磁場の影響を受けません。これは、磁気特性を欠くその電子構造によるものです。チタンの外側の電子配置は、磁性を生成するために必要な条件を満たしていないため、外部磁場に対する応答が非常に弱いか、まったくありません。
代表的な用途:チタンは、磁場との干渉を避けるために磁気共鳴画像法(MRI)装置や、磁気安定性を維持する必要がある高精度装置でよく使用されます。
強力な耐減衰性
チタンは、主に六角形の密集した結晶構造、低い内部摩擦係数、優れた弾性と可塑性により、優れた耐減衰性を備えており、振動エネルギーを効果的に吸収および減衰します。
代表的な用途:翼、エンジン部品、ノズルなど、航空機や宇宙船の構造部品に使用され、振動や騒音を低減し、飛行安定性を高めます。
耐放射線性
チタン金属は電離放射線の吸収に優れており、放射線から効果的に遮蔽します。その格子構造と比較的高密度により、かなりの放射線エネルギーを吸収し、周囲の環境への影響を減らすことができます。
代表的な用途:原子炉の放射線防護、核廃棄物貯蔵施設の遮蔽材、高放射線環境の防護具。
引張強度は降伏強度に近いです
このチタンの特性は、降伏強度比(引張強度/降伏強度)が高いことから、チタンの成形時の塑性変形能力が限定的であることを示しています。チタンの降伏限界と弾性率の比率が高いため、成形中に大きなスプリングバックが見られます。
チタン特性参照表
| プロパティ | 値 |
|---|---|
| 原子番号 | 22 |
| 原子量 | 47.9 |
| 原子ボリューム | 10.6 W / D |
| 共有結合半径 | 1.32 オード |
| イオン化ポテンシャル | 6.8282ボルト |
| 熱中性子吸収断面積 | 5.6 納屋/原子 |
| 色 | ダークグレー |
| 密度 | 4.51 g/cm³ (0.163 lb/in³) |
| 融点 | 1668 ± 10 °C (3035 °F) |
| ソリダス/液状化 | 1725 °C (3135 °F) |
| 沸点 | 3260°C (5900°F) |
| 比熱(25°C) | 0.5223 kJ/kg K |
| 熱伝導率 | 11.4 W / m K |
| 融解熱 | 440 kJ/kg (推定値) |
| 気化熱 | 9.83MJ/kg |
| 比重 | 4.5 |
| 硬度 | 70から74 HRB |
| 引張強度 | 240 MPa (35 ksi) 以上 |
| ヤング率 | 120 GPa (17 × 10⁶ psi) |
| ポアソン比 | 0.361 |
| 線熱膨張係数 | 8.41 μm/m K |
| 電気伝導性 | 3% IACS (銅 = 100% IACS) |
| 電気抵抗率(20°C) | 提供されていません |
| 電気陰性度 | 1.5 ポーリングの |
| 電気抵抗の温度係数 | 0.0026/°C |
| 磁化率(体積、室温) | 180 ( ±1.7) × 10⁻⁶ MKS |
Chalcoはあなたにどのような製品とサービスを提供できますか?
世界的に有名な金属材料のサプライヤーとして、Chalcoはチタン製品および関連サービスの分野でも重要な地位を占めています。私たちは、材料の供給から加工サービスまで、または技術サポートからカスタマイズされたニーズまで、お客様に包括的なチタンソリューションを提供することに取り組んでいます。Chalcoはあなたの信頼できるパートナーになることができます。
チタン製品カテゴリー
- チタンバー:さまざまな仕様と合金タイプがあり、航空宇宙、医療、化学、海洋工学分野での高強度と耐食性の要求に応えます。
- チタンプレート:造船、化学機器、建築装飾に適しています。お客様のご要望に応じて処理およびカスタマイズできます。
- チタンチューブ:熱交換器、医療用インプラント、エネルギー産業で使用され、優れた耐酸化性と高温性能を提供します。
- チタンワイヤー:溶接、高精度部品製造、その他の用途に最適で、複数の表面処理オプションが利用可能です。
製品の代表的な用途
Chalcoのチタン製品とサービスは、次の分野で広く使用されています。
- 航空宇宙:軽量で高強度の航空宇宙部品を製造しています。
- 医療分野:チタン製整形外科用インプラントおよび医療機器。
- 化学および海洋工学:耐食機器の製造。
- エネルギー産業:熱交換器チューブ、原子力機器部品。
処理サービス
- 精密切断:高精度の機器を使用して、材料の形状と寸法が顧客の要件を満たしていることを確認します。
- 表面処理:チタン製品の耐久性と外観を向上させるためのサンドブラスト、研磨、酸化処理が含まれます。
- カスタム加工:さまざまな業界や用途の特定のニーズに合わせてチタン合金製品を調整します。
テクニカルサポート
- 材料選択のアドバイス:さまざまな使用シナリオと予算に基づいて、最適なチタン合金タイプを推奨します。
- 加工指導:チタン材料の加工、溶接、組み立てに関する技術指導を行い、使用効率を最適化します。
- 業界標準のコンサルティング:チタン製品がASTMやAMSなどの国際品質基準を満たしていることを確認し、お客様に高品質の保証を提供します。
