Elements シリーズに関する知識: チタン - ブログ

チタン: 鋼鉄のように強く、アルミニウムのように軽い-そしてそれはあなたの体の中にもあります
チタン合金の骨は生涯体内に残ることができ、オールチタン製の飛行機は音速の 3 倍で飛行できます。{0}}この金属は-鋼鉄より軽く、アルミニウムより強い-が、歯磨き粉、日焼け止め、膝の中に隠れています。
この金属はチタンです。法外に高価というわけではありません。それは非常に珍しいことです。

I. 重量はスチールの半分、硬度はアルミニウムの 2 倍
チタンの密度は 4.51 g/cm3 で、これは鋼の 56%、アルミニウムの 1.6 倍です。純チタンの強度は中-炭素鋼と同等ですが、チタン合金（最も古典的なのはTi{11}}6Al-4Vで、業界では「チタン64」として知られています）は強度を900～1,170 MPaまで押し上げ、高強度合金鋼と同等のレベルに達します。-。比強度、つまり単位重量あたりに耐えられる荷重の点で、チタンは他の金属を上回ります。

さらに注目すべき点は、この高い強度が靭性を犠牲にしていないことです。多くの高強度鋼は強いですが、脆いこともよくあります。-しかし、チタン合金は、-200 度の液体窒素中でも良好な靭性と耐破壊性を維持し、アルミニウム合金とは異なり、400 度を超える高温でも急激に軟化することはありません。 4 K 付近の液体ヘリウムの低温から約 500 度の航空機エンジンタービンの高温まで、チタン合金は全温度範囲にわたって大きな性能ギャップを示しません。
次に耐食性を考えます。緻密な TiO2 パシベーション層がチタンの表面に自然に形成されます。厚さはわずか数ナノメートルですが、基板にしっかりと接着された保護鎧のように機能します。たとえこの層に傷がついたとしても、急速に再酸化して修復されるので、腐食の兆候はほとんど見えなくなります。{2} 20年間海水に浸したまま放置されたチタン合金は、取り出したときに拭いても輝き続けます。濃硫酸、硝酸、塩素ガス、有機酸などの媒体も重大な腐食を引き起こすのが困難です。唯一の弱点はフッ化水素酸 (HF) です。フッ化物イオンはチタン表面の酸化皮膜を直接溶解し、チタン基材を露出させて腐食を引き起こします。

これらすべてを考慮すると、チタンは法外に高価であるに違いないと思われるかもしれません。しかし、チタンは地殻内で9番目に存在量が多く、銅、亜鉛、鉛よりも豊富です。では、なぜ依然としてステンレス鋼よりも 5 ～ 10 倍も高価なのでしょうか?クロールプロセスはバッチ式-でエネルギーを大量に消費する方法であるため、-一般家庭の 3 年間分の電力に相当する 1 トンのスポンジチタンを生産するには、約 36,000 キロワット-時間の電力が必要です。{7}}さらに、チタンは加工時の熱伝導率が非常に悪いため、刃先全体に熱が集中し、鋼を切削する場合に比べて数倍の速さで工具が摩耗します。チタンの価格が高いのは、原材料自体が原因ではなく、その加工コストが高いことが原因です。

II.ソ連から密輸されたチタンは音速の3倍で飛行できる米国偵察機の製造に使用された
1964 年に初飛行した SR-71 "ブラックバード" 偵察機は、アメリカ空軍が運用する長距離、高-高度、高速-戦略偵察機でした。この航空機には、チタン合金構造やターボジェット / ラムジェット可変サイクルエンジンなど、当時の最先端技術が豊富に組み込まれており、熱障壁の突破に成功した最初の運用可能なジェット航空機でした。-高度 24,000 メートルを音速の 3.2 倍で巡航する能力があり、-その速度は当時発射されたソ連の防空ミサイルでは追いつけないほどでした。運用の歴史を通じて、敵の航空機や対空ミサイルによって撃墜されることはありませんでした。この航空機の最も厳重に守られている秘密の 1 つはその材質にあります。機体の 93% はチタン合金で作られています。

Ⅲ．あなたは毎日チタンを摂取し塗布していますが、それに気づいていない可能性があります
世界中で採掘されるチタン鉱石のうち、金属チタンに還元されるのはわずか約 5% です。残りの 95% は二酸化チタン (TiO2) に変換され、チタンホワイトとも呼ばれます。
二酸化チタンは地球上で最も重要な白色顔料です。非常に高い屈折率を持ち、可視スペクトル内の白色光の散乱効率を最大化します。 1 キログラムの二酸化チタンは約 8 ～ 10 平方メートルの表面積を覆うことができ、不透明で純粋な白色を与えます。二酸化チタンがなければ、部屋の白い壁は灰色になり、歯磨き粉は透明になり、プラスチックのパイプは自然な黄褐色が現れ、顔に塗られた日焼け止めは脂っこくて透明な膜のように見えてしまいます。-
あなたが食べるM&M'sキャンディーの滑らかな白いコーティングには二酸化チタンが含まれています。スキムミルクは二酸化チタンを使用して白くし、より全乳のように見せます。錠剤の白いコーティングも二酸化チタンから作られています。トイレに行った後に使用するトイレットペーパーの白色も-白色度の高いブランドを使用している場合--は、二酸化チタンのおかげである可能性が高くなります。

IV.人体に移植すると、骨は積極的に融合します。
チタン合金を人体に埋め込んだ場合、通常の金属のように拒絶されることはありません。代わりに、周囲の骨と徐々に「融合」します。この現象は医学ではオッセオインテグレーションとして知られています。
これを可能にするチタンの能力の鍵は、その表面に非常に緻密な酸化物層が形成されることにあります。この層は安定しており、人体組織を刺激せず、骨細胞がその表面に安全に付着して増殖し、徐々に新しい骨組織を形成します。
対照的に、多くの金属は移植後に緩み、腐食、または拒絶反応を起こしやすいのに対し、チタン合金はより優れた生体適合性と長期安定性を備えています。-このため、人工関節、骨プレート、ネジ、歯科インプラントなどの医療用途に広く使用されています。
簡単に言えば、チタンは骨に「強制的に」埋め込まれるわけではありません。むしろ、骨は喜んでそれを受け入れます。

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