チタンに関する6つの厳しい事実

ギリシャ神話の巨大なタイタンにちなんで名付けられたチタンは、ポンド・フォー・ポンドで地球上で最も強い金属です。 希少金属ではありませんが、採掘と生産にコストがかかるため高価です。 チタン製ゴルフクラブやチタン製潜水艦については聞いたことがあるかもしれませんが、白いケーキのアイシングにもチタンが含まれていることをご存知ですか? 頑丈な金属として有名なこの金属に関する 6 つのすばらしい事実をご紹介します。

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遡ること1791年、英国のアマチュア鉱物学者で教会牧師のウィリアム・グレガーは、コーンウォールの町近くの小川で奇妙な黒い砂を拾い上げた。 砂の一部は磁性を持っており、グレゴールはそれが酸化鉄であると判断しましたが、他の物質は謎でした。 それは確かに別の酸化物でしたが、王立地質学会の本に載っているものではありませんでした。

ドイツの化学者、マルティン・ハインリヒ・クラプロートは 1795 年にこの奇妙な酸化物を再発見し、ギリシャ神話のオリンポスの神々にちなんで、酸化チタンという神話の名前を付けました。

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18世紀後半に発見されたにもかかわらず、純チタンは1910年までその酸化物から分離されなかった。1910年、ゼネラル・エレクトリック社に勤めるアメリカの化学者マシュー・ハンターが、高温と高圧の下で酸化物から銀色の金属を剥がす方法を発見した。封印された「爆弾」の中に。

チタン合金（チタンと他の金属の混合物）は、地球上のあらゆる金属の中で最も高い強度対重量比を誇ります。 純チタンは鋼と同等の強度を持ちながら、45％軽いです。

チタンの優れた強度対重量比により、チタン合金は飛行機のエンジンや機体、ロケット、ミサイルなど、金属部品が可能な限り丈夫で軽量である必要があるあらゆる用途に最適な素材となっています。

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世界最大の旅客機であるエアバス A380 には、その巨大なエンジンのほとんどに 77 トン（70 メートルトン）のチタンが使用されています。

「ノックス法」と呼ばれる 1930 年代の冶金学的革新のおかげで、チタンの商業鍛造は 1940 年代から 1950 年代に本格化しました。 最初の用途は軍用機と潜水艦 (アメリカ製とロシア製) で、その後 1960 年代には民間航空機にも使用されました。

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腐食は、ほとんどの金属を時間をかけてゆっくりと破壊する電気化学プロセスです。 空気中または水中で金属が酸素にさらされると、酸素が電子を奪い、金属の「酸化物」と呼ばれるものを生成します。 最も一般的な腐食性酸化物の 1 つは酸化鉄、別名錆です。

しかし、すべての酸化物が下地の金属を腐食にさらすわけではありません。 チタンが酸素と接触すると、その表面に二酸化チタン (TiO2) の薄い層が形成されます。 この酸化物層は実際に、ほとんどの酸、アルカリ、汚染、塩水によって引き起こされる腐食から下地のチタンを保護します。

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チタンの自然な耐腐食性は、航空機だけでなく、腐食性の高い塩水にさらされる海底部品にも理想的な素材です。 船のプロペラはほとんどの場合チタンで作られており、船の内部バラストや配管システム、海水にさらされる船内のハードウェアも同様です。

チタンを腐食から保護する同じ二酸化チタンの薄い層により、チタンは人体に埋め込むのに最も安全な材料になります。 チタンは完全に「生体適合性」があり、無毒、非アレルギー性であり、人間の組織や骨と融合することもできます。

チタンは、骨や関節のインプラント、頭蓋プレート、歯科インプラントの根元、義眼や義耳用のペグ、心臓弁、脊椎固定術、さらには尿道スティントにも最適な外科用材料です。 研究によると、チタン インプラントは体の免疫システムを刺激して、チタン表面に直接骨を成長させます。これはオッセオインテグレーションと呼ばれるプロセスです。

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人工股関節置換術や骨折した骨のピンにチタンが最適であるもう 1 つの理由は、チタンは有名な高い強​​度重量比を備えているため、インプラントの軽量化に加えて、人間の骨とまったく同じ弾性を示すことです。

20 世紀後半に純チタンの価格が下落すると、メーカーはこの不思議な金属のさらなる商業用途を模索し始めました。 チタンは軽量で強度があるため、スポーツ用品に最適です。

グレート ビッグ バーサとして知られるキャロウェイの巨大ドライバーなど、最初のチタン ゴルフ クラブが 1990 年代半ばに店頭に並びました。 このクラブはスチールやウッドのドライバーに比べて高価でしたが、その成功により他のスポーツメーカーもチタンに手を付けるようになりました。

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現在では、テニスラケット、ラクロスのスティック、スキー板、自転車のフレーム、野球のバット、ハイキングや登山用具、キャンプ用品、さらにはプロの競走馬用の蹄鉄など、重量、強度、耐久性が重要となるあらゆるスポーツ用品にチタンが使用されています。

毎年生産される 630 万トン (570 万トン) のチタンのうち、金属に鍛造されるのはわずか 5% です。 大部分は二酸化チタンに変化します。二酸化チタンは、チタンを自然に腐食から保護するのと同じ材料です。 二酸化チタンは、ホワイトケーキのアイシングを含む、塗料、化粧品、医薬品、食品の無毒な漂白顔料として世界中で使用されています。

かつては白い絵の具は鉛ベースの顔料で染色されていましたが、鉛の健康への影響が知られると、二酸化チタンが使われるようになりました。 チタンベースの顔料にはいくつかの優れた特性があることが判明しました。

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住宅塗装業者は、耐腐食性があり、長持ちするため、チタンベースの白色塗料を選択します。 酸化チタンは非常に屈折率が高く、ダイヤモンドよりも優れた自然な輝きを放ち、特に明るい白色を生み出します。 酸化チタンは赤外線も反射するため、画像をぼかす赤外線を分散させるために太陽天文台の外装には常にチタンベースの塗料が使用されています。

建築家のフランク・ゲーリーは、ビルバオの見事なグッゲンハイム美術館の外装を覆うためにチタンを選択しました。この美術館は、さまざまな光の条件下で色と輝きが変化する 33,000 枚のチタン パネルで覆われています。