티타늄의 특성 및 응용

티타늄은 주기율표에서 22번째 원소이며 지각에서 9번째로 풍부한 원소이자 4번째로 풍부한 금속 원소입니다. 그것이 발견되는 광물은 충적 및 화산 형성에서 발생하며 퇴적물에는 일반적으로 일메나이트, 루틸, 류코센, 지르콘 등과 같은 2~12%의 중광물이 포함되어 있습니다. 지각의 24%를 차지하는 티타늄을 함유하고 있습니다. 그러나 그것은 화학적 조합으로만 자연에서 발생합니다. 가장 흔한 것은 산소와 철입니다. 중국은 규모 면에서 가장 먼저 티타늄 매장량을 보유하고 있습니다. 쓰촨성 Panzhihua에 있는 바나듐 티타노-자철광은 어마어마한 양(약 15억 톤, 중국 매장량의 97%를 차지함)이 있습니다.

티타늄은 매우 연성이 있고(특히 무산소 환경에서) 광택이 나는 금속성 흰색인 저밀도의 일종의 강한 금속입니다. 그것은 많은 독특한 속성을 즐깁니다.

물리적 특성

강도 대 중량 비율. 주어진 재료의 강도 대 중량비는 재료의 강도를 재료의 질량(일반적으로 지구에서 무게라고도 함)으로 나눈 것입니다. 더 정확히 말하면 비강도는 재료의 강도를 밀도로 나눈 값입니다. 그리고 티타늄은 높은 강도 대 중량비로 인정받고 있습니다. 이 금속은 강철만큼 강하고 45% 더 가볍지만 알루미늄보다 2배 강하지만 60% 더 무겁습니다. 이 비율은 항공 우주 및 기타 응용 분야에 매우 이상적입니다.

열과 전기의 열악한 전도체. 티타늄의 융점은 3,034°F 또는 1,668°C입니다. 상대적으로 높은 융점으로 인해 내화 금속으로 유용합니다. 또한, 티타늄은 다른 금속에 비해 상자성이며 열을 잘 전달합니다. 또한 전기 및 열전도율이 상당히 낮습니다. 따라서 극한의 온도 변화에서 크기가 거의 변하지 않습니다. 그러나 티타늄은 임계 온도인 0.49K 이하로 냉각될 때 초전도체입니다.

인장 강도. 티타늄의 극한 인장 강도는 약 434MPa(63,000psi)로 일반적인 저급 강철 합금과 동일합니다.

밀도. 티타늄의 밀도는 cm3당 4.5g으로 철보다 훨씬 적습니다. 이것이 티타늄 합금이 항공우주 산업에서 중요한 이유입니다.

피로강도. 내구성 강도라고도 하는 피로 강도는 재료가 주어진 주기 동안 파손 없이 견딜 수 있는 가장 높은 응력을 나타냅니다. 티타늄 합금은 106-107 사이클에 이르는 매우 높은 사이클 피로 강도를 가지고 있습니다.

화학적 특성

내식성. 티타늄은 높은 수동성(수동성은 전기화학적 반응성의 손실로 금속의 부식 속도를 감소시킴)을 가지고 있습니다. 따라서 대부분의 무기산 및 염화물에 대해 높은 수준의 내식성을 나타냅니다. 티타늄 금속 및 그 합금의 표면은 공기에 노출되는 즉시 산화되어 벌크 금속을 추가 산화 또는 부식으로부터 보호하는 얇은 비다공성 패시베이션 층을 형성합니다.

독성. 또한 인체 조직 및 뼈와 생물학적으로 호환되는 무독성이며 의료용 임플란트 제품에 이상적인 소재입니다.

내산성. 티타늄은 묽은 황산 및 염산, 염화물 용액 및 대부분의 유기산에 의한 공격을 견딜 수 있습니다. 그러나 티타늄은 농축된 산에 의해 부식됩니다.

티타늄의 이러한 독특한 특성으로 인해 다양한 응용 분야에 이상적인 금속이 됩니다.

항공우주

티타늄은 "항공 우주 금속"으로 간주됩니다. 2006년까지 미국에서 티타늄 금속의 73%가 여전히 항공 우주 건설에 사용되었다고 합니다. 위에서 언급했듯이 티타늄은 강철만큼 강하지만 45% 더 가볍고 고온에서도 매우 높은 인장 강도, 높은 내식성 및 극한의 온도를 견딜 수 있는 능력이 특징입니다. 따라서 티타늄은 주로 항공기, 발전소용 파이프, 장갑판, 우주선, 미사일 등에 사용된다. 예를 들어, 보잉 777의 최대 빈 작동 중량은 약 304000파운드 또는 137.8미터톤입니다. 그 엄청난 무게 중 59미터 톤이 티타늄으로 제작되었습니다.

선박

금속은 농축된 산에는 용해되지만 물에는 용해되지 않습니다. 티타늄 한 장을 바닷물에 4000년 동안 담그면 복사기 종이 한 장 정도의 깊이까지만 부식됩니다. 따라서 티타늄은 담수화 플랜트에서 프로펠러 샤프트, 리깅 및 열교환기를 만드는 데 사용됩니다. 해수 수족관, 낚싯줄, 리더 및 다이버를 위한 히터 냉각기' 칼. 티타늄은 또한 과학 및 군사용 해양 배치 감시 및 모니터링 장치의 하우징 및 구성 요소에도 사용됩니다.

의료

티타늄은 생물학적으로 인체와 호환되므로 신체가 거부하려고 하지 않습니다. 그것은 또한 영구적인 구조를 만들기 위해 신체의 뼈와 통합되는 자연적인 능력을 가지고 있습니다. 이것은 넓은 범위에 유용합니다.