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チタン

チタンは軽量で耐食性があり、強度も高い金属です。広範な産業で使用され、航空機や医療機器、スポーツ用具などに応用されます。

チタンの特徴

強度が高い
純チタンの強度が高い理由は結晶構造が六方最密充填であるため、原子間の結合が強くなることにあります。一方、チタン合金はアルミニウム、バナジウム、ニッケル、モリブデンなど他の元素を含み、結晶構造に変化をもたらすことで様々な強度が生まれます。例えば、添加元素が固溶したり、さまざまな相が形成されることで強度が増します。
軽い
強度が高いことに加え軽量です。これにより構造物や部品の重量を軽減しながら、必要な強度や耐久性を確保することができます。特に重量削減が重要な航空機や宇宙船などの航空宇宙産業では、限られたスペースで強度が必要な要素であるため非常に有効です。また、身近なものでは自転車や工具類、キャンプ用品などにも活用されています。
耐食性が高い
チタン表面に形成される酸化被膜は薄く密着しており、酸素と反応して不溶性の酸化物層を形成します。この酸化物層は、外部の腐食性環境から保護し、腐食や錆びを防ぎます。さらに塩水、酸、アルカリなどの腐食性物質に対しても長期間にわたり耐食性を維持します。そのため、海洋産業や化学工業など耐食性が重要な環境で広く使用されています。

チタンの種類

純チタン

純度が高く、主にチタンと極少量の不純物で構成されています。純チタンは耐食性があり、軽量で加工性も良いため、一般的な工業・医療用途に広く使用されています。

α-チタン合金

主にα相の結晶構造を持つチタン合金です。アルミニウムやバナジウムなどの安定化元素が添加されています。α-チタン合金は強度と耐食性が高く、航空機や自動車の構造部品、医療用インプラントなどに使用されます。

β-チタン合金

主にβ相の結晶構造を持つチタン合金です。モリブデンやニオブなどの安定化元素が添加されています。β-チタン合金は高い強度、耐熱性、加工性を持ち、航空宇宙産業やスポーツ用具などの分野で使用されます。

α-βチタン合金

α相とβ相の両方の結晶構造を持つチタン合金です。アルミニウムやバナジウム、モリブデンなどの安定化元素が組み合わされます。α-βチタン合金は高い強度、耐食性、熱耐性を兼ね備え、航空機部品や自動車部品、医療機器などに広く使用されます。

耐熱チタン合金

高温環境での耐久性が求められる用途向けに開発されたチタン合金です。ニオブやモリブデン、タングステンなどの高温強化元素が添加されます。これらの合金はガスタービンエンジン、ジェットエンジン、原子力発電所などの高温環境での利用に適しています。

バイオチタン合金

医療用途に特化したチタン合金です。生体適合性があり、骨や歯のインプラント、人工関節、歯科用具などに使用されます。一般的なバイオチタン合金には、Ti-6Al-4V ELI(Extra Low Interstitial)などがあります。

チタンの用途

航空宇宙産業

《フラップシステム》
航空機主翼の揚力と抗力を制御するために取り付けられる可動部品で、離着陸時や低速飛行時に使用されます。軽量性と強度に加え、高い疲労強度や耐食性も要求されるため、航空宇宙産業では信頼性の高いチタン合金が選択されることがあります。
《エンジン部品》
チタン合金は高温・腐食環境に耐える性質があり、エンジン内部、ジェットエンジンのタービンブレード、タービンディスク、コンプレッサーブレードなどの高温部品に使用されます。

海洋土木

《海上橋脚》
海上橋脚は、海上構造物を支える役割を果たします。チタン合金は耐水性、強度、軽量性、耐環境性などの特性があり、海上橋脚に適しています。また、耐食性に優れているため海水との長期的な接触に耐えることができます。さらに、強度が高く軽量なため、橋脚の設計や耐久性を向上させることができ、メンテナンスが難しい環境下でも安定した性能を維持します。これらの特性により、海上橋脚の信頼性と寿命を高めるためにチタン合金が使用されることがあります。

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