チタンは周期律表で原子番号22の元素である。これは、第 4 ピリオドのサブグループ要素、つまり IVB フラグです。チタンに加えて、この元素群にはジルコニウムとハフニウムも含まれています。その共通の特徴は、それが高い融点を有し、そして室温でその表面にあることである。安定した酸化膜が形成される。...
チタンは周期律表で原子番号22の元素である。これは、第 4 ピリオドのサブグループ要素、つまり IVB フラグです。チタンに加えて、この元素群にはジルコニウムとハフニウムも含まれています。その共通の特徴は、それが高い融点を有し、そして室温でその表面にあることである。安定した酸化膜が形成される。
1. チタンの10の特徴
(1)低密度、高強度、高比重
チタンの密度は4.51g / cm3で、鋼の57%です。チタンはアルミニウムの2倍以下、アルミニウムの3倍の強度があります。チタン合金の比強度(強度/密度比)は、一般的な工業用合金の中で最も大きい(表2-1参照)。チタン合金の比強度はステンレス鋼の3.5倍です。アルミニウム合金の1.3倍。マグネシウム合金の1.7倍、そのため航空宇宙産業に欠かせない構造材料です。
表2-1 チタンと他の金属との密度と比強度の比較
(2)優れた耐食性
チタンの不動態化は酸化皮膜の存在に依存し、酸化性媒体中の耐食性は還元性媒体中のそれよりもはるかに優れている。腐食の速度が高いと、媒体を減らす際に発生します。チタンは、海水、湿潤塩素、亜塩素酸塩および次亜塩素酸塩溶液、硝酸、クロム酸、金属塩化物、硫化物および有機酸などの腐食性媒体中で腐食されない。しかし、チタンと反応して水素を生成する媒体(塩酸や硫酸など)では、チタンは一般に腐食速度が大きくなります。しかし、酸に少量の酸化剤を添加すると、チタン表面にパッシベーション皮膜が形成されてしまう。したがって、チタンは、遊離塩素を含む塩酸であっても、強い硫酸 - 硝酸または塩酸 - 硝酸混合物における腐食に対して耐性がある。チタンの保護酸化膜は、少量の水や水蒸気であっても、金属が水に遭遇したときに形成されることがよくあります。チタンが水を全く含まない強い酸化環境にさらされると、チタンは急速に酸化し、激しく反応し、しばしば自発的に発火することさえあります。このような現象は、チタンと、過剰な窒素酸化物を含む発煙硝酸および乾燥塩素との反応において生じている。したがって、そのような反応を防ぐためには、一定量の水がなければなりません。
(3)良好な耐熱性
通常、アルミニウムは150°Cで元の特性を失い、ステンレス鋼は310°Cで元の特性を失い、チタン合金は依然として約500°Cで良好な機械的特性を維持します。航空機の速度が音速の2.7倍に達すると、航空機構造の表面温度は230°Cに達し、アルミニウム合金およびマグネシウム合金はもはや使用できず、チタン合金は要件を満たすことができる。チタンは耐熱性に優れており、航空エンジンコンプレッサーのディスクやブレード、航空機の後部胴体の皮膚に使用されています。
(4)良好な低温性能
一部のチタン合金(Ti-5AI-2.5SnELIなど)の強度は温度の低下とともに増加するが、可塑性はあまり低下せず、低温での使用に適した低温での延性と靭性は依然として良好である。乾燥液体水素や液体酸素ロケットエンジンや、有人宇宙船の超低温容器や貯蔵タンクとして使用できます。
(5)非磁性
チタンは非磁性であり、潜水艦の船体に使用され、地雷の爆発を引き起こさない。
(6)熱伝導率が小さい
チタンと他の金属との熱伝導率比較を表2-2に示す。
表2-2 チタンと他の金属との熱伝導率の比較
チタンの熱伝導率は小さく、鋼の1/5、アルミニウムの1/13、銅の1/25にすぎません。熱伝導率の悪さはチタンの欠点ですが、チタンのこの特徴は特定の用途で利用することができます。
(7)低弾性率
チタンと他の金属の弾性率比較を表2~3に示す。
表2-3 チタンと他の金属の弾性率の比較
チタンの弾性率は鋼の弾性率のわずか55%です。構造材料として用いた場合、弾性率が低いことが欠点である。
(8)引張強度と降伏強度が非常に近い
Ti-6AI-4Vチタン合金の引張強度は960MPaであり、降伏強度は892MPaであり、両者の差はわずか58MPaであり、表2-4を参照されたい。
表2-4 チタンと他の金属との引張強度と降伏強度の比較
(9)チタンは高温で酸化されやすい
チタンは水素や酸素との結合力が強いため、酸化や水素吸収を防ぐことに注意が必要です。チタン溶接は、汚染を防ぐためにアルゴン保護下で行う必要があります。チタンチューブおよびシートは真空下で熱処理されるべきであり、チタン鍛造品の熱処理中にマイクロ酸化雰囲気を制御するべきである。
(10) 減衰防止性能が低い
鐘は、まったく同じ形状とサイズのチタンと他の金属材料(銅、鋼)でできています。それぞれの鐘を同じ力で叩くと、チタン製の鐘が長時間振動する、つまり、鐘に与えられたエネルギーが打撃によって容易に消散しないので、チタンの減衰性能が低いと言います。
