티타늄 금속 이해 : 특성, 등급 및 일반적인 용도

티타늄은 현대 세계에서 가장 놀라운 금속 중 하나입니다. 고강도, 가벼운 특성 및 부식에 대한 놀라운 저항으로 유명한 티타늄은 항공 우주에서 의학에 이르기까지 산업에서 필수화되었습니다. 그러나 인기가 높아지고 있음에도 불구하고 많은 사람들 이이 금속을 독특하게 만드는 이유 또는 일상 생활에서 어떻게 사용되는지 완전히 이해하지 못합니다.

이 기사에서는 티타늄 금속을 자세히 살펴볼 것입니다. 우리는 그 속성, 이용 가능한 다양한 등급 및 독특한 특성으로부터 이익을 얻는 많은 실제 응용 프로그램을 살펴볼 것입니다.

티타니늄이란 무엇입니까?

티타늄은 지각에서 자연스럽게 발견되는 은빛 회색 금속입니다. 지구상에서 9 번째로 풍부한 요소이지만 광석에서 추출하는 복잡성으로 인해 20 세기까지 널리 사용되지 않았습니다. 철 또는 알루미늄과 같은 금속과 달리 티타늄은 자연에서 순수한 형태로 발생하지 않습니다. 일반적으로 Rutile 및 Ilmenite와 같은 미네랄에서 발견됩니다.

티타늄이 눈에 띄게 만드는 것은 열과 부식에 대한 강도, 체중 및 저항의 특별한 조합입니다. 강철보다 약 40% 가볍지 만 강하고 경우에 따라 더 강합니다. 이로 인해 티타늄은 과도한 체중없이 내구성이 필요한 산업에서 가장 좋아하는 재료로 만들었습니다.

티타늄 금속의 주요 특성

티타늄이 왜 그렇게 귀중한 재료인지 이해하려면 핵심 물리적 및 화학적 특성을 조사하는 것이 중요합니다.

1. 높은 강도 대 중량 비율
티타늄은 비슷한 강도를 가지기 때문에 종종 강철과 비교됩니다. 그러나 무게는 훨씬 적습니다. 이것은 강도가 중요한 응용 분야에 이상적인 선택이지만 항공기 나 스포츠 장비와 마찬가지로 추가 무게가 바람직하지 않습니다.

2. 우수한 부식성
티타늄은 공기에 노출 될 때 표면에 얇은 산화물 층을 형성하여 부식으로부터 보호합니다. 이것은 해수, 염소 및 일부 산과 같은 가혹한 환경에서 사용하기에 적합합니다.

3. 생체 적합성
티타늄은 무독성이며 인간 조직과 반응하지 않습니다. 그렇기 때문에 인공 관절, 치과 임플란트 및 수술 도구와 같은 의료 임플란트에서 일반적으로 사용되는 이유입니다.

4. 높은 융점 , 티타늄은 강도를 잃지 않고 고온을 처리 할 수 있습니다.
1,660 ° C (3,000 ° F) 이상의 용융점을 갖는 이로 인해 엔진 부품, 열 방패 및 극한 열이 관련된 기타 응용 분야에 적합합니다.

5. 비자 성 및 낮은 열 팽창
티타늄은 비자 성이며 열에 노출 될 때 팽창률이 낮습니다. 이 안정성은 전자 및 정밀 기기에 유용합니다.

일반적인 티타늄 등급과 그 의미

티타늄은 한 가지 크기에 맞는 재료가 아닙니다. 의도 된 사용에 따라 티타늄은 약간 다른 특성을 가진 다양한 등급으로 처리됩니다. 이 등급은 주로 으로 분류됩니다. 상업적으로 순수한 (CP) 티타늄 및 티타늄 합금 .

상업적으로 순수한 티타늄 등급 (1 ~ 4 학년) :
이 등급에는 99% 이상의 티타늄이 포함되어 있으며 주로 부식 저항이 최우선 순위 인 경우 주로 사용됩니다.

• 1 학년 : 가장 부드럽고 가장 연성 등급. 화학적 가공 탱크와 같은 형성이 필요한 응용에 이상적입니다.

• 2 학년 : 1 학년보다 약간 강하지 만 여전히 고도로 형성 가능합니다. 항공 우주 및 해양 성분에 널리 사용됩니다.

• 3 학년 : 더 높은 강도와 덜 형성 가능. 산업 및 해양 환경에서 사용됩니다.

• 4 학년 : CP 등급 중 가장 강력합니다. 항공기, 해양 및 의료 시스템에서 일반적입니다.

티타늄 합금 (5 학년, 7, 9 등) :
이들은 특정 품질을 개선하기 위해 알루미늄 및 바나듐과 같은 다른 요소와 티타늄의 혼합물입니다.

• 등급 5 (TI-6AL-4V) : 가장 일반적으로 사용되는 티타늄 합금. 탁월한 강도, 부식성 및 용접 성을 제공합니다. 항공기 엔진, 의료 임플란트 및 스포츠 용품에 사용됩니다.

• 7 학년 : 팔라듐이 함유되어있어 더 많은 부식 저항이 추가됩니다. 화학 가공에 사용됩니다.

• 9 학년 (TI-3AL-2.5V) : 중간 정도의 강도를 가진 가벼운 합금. 자전거 프레임 및 항공 우주 튜브에서 일반적입니다.

각 등급은 강도, 형성성, 용접 성 및 부식성 사이의 균형을 제공합니다. 올바른 것을 선택하는 것은 응용 프로그램의 정확한 요구에 따라 다릅니다.

티타늄 금속의 일반적인 사용

티타늄의 다양성은 많은 산업에서 사용할 수 있습니다. 다음은 가장 일반적인 응용 프로그램 중 일부입니다.

1. 항공 우주 및 항공
항공 우주 산업은 탁월한 강도 대 무게 비율과 고온에 대한 저항으로 인해 티타늄을 수용 한 최초의 사람들 중 하나였습니다. 항공기 프레임, 제트 엔진, 랜딩 기어 및 미사일 부품에 사용됩니다. 가벼운 특성은 연료 효율과 전반적인 성능을 향상시키는 데 도움이됩니다.

2. 의료 산업
생체 적합성 덕분에 티타늄은 의료 분야에서 가장 좋아합니다. 인공 고관절, 무릎 및 치과 임플란트는 신체 조직이나 체액과 반응하지 않기 때문에 사용됩니다. 수술 도구와 뼈 나사는 또한 티타늄의 내구성 및 멸균 기능의 혜택을받습니다.

3. 해양 응용
Titanium의 부식 저항, 특히 바닷물에서는 해양 응용 분야에 적합합니다. 배수화 공장의 보트 부품, 프로펠러 샤프트, 수중 도구 및 열교환 기에 사용됩니다.

4. 내 부식이 심각한 관심사 인 화학 플랜트와 같은 환경에서의 화학적 처리
- 티타늄은 배관, 탱크 및 열교환 기에 사용됩니다. 그것은 다른 금속을 빠르게 마모시키는 강산 및 기타 부식성 물질을 견딜 수 있습니다.

5. 자동차 및 모터 스포츠
티타늄은 강철 또는 알루미늄에 비해 비싸지 만 고성능 차량은 밸브, 배기 및 서스펜션 시스템과 같은 부품에 사용합니다. 중량 절약 및 내구성은 성능 에지를 제공합니다.

6. 건축과 아트
티타니엄은 세련된 외관과 긴 수명으로 인해 현대 건축에서 점점 더 많이 사용됩니다. 빌바오의 구겐하임 박물관과 같은 상징적 인 건물에는 티타늄 클래딩이 있습니다. 예술가들은 또한 조각품과 보석에 그것을 사용하여 저자 극성이고 시각적으로 인상적이기 때문에 그것을 사용합니다.

7. 산업 및 소비재는 프리미엄 느낌과 내구성을 추가합니다.
고급 시계 및 안경에서 골프 클럽 및 테니스 라켓과 같은 스포츠 장비에 이르기까지 가벼운 특성으로 인해 확장 된 사용이 편안합니다.

장점과 한계

티타늄은 많은 장점을 제공하지만 그 한계를 인식하는 것이 중요합니다.

장점 :

• 매우 강력하면서도 가볍습니다

• 대부분의 환경에서 부식에 저항합니다

• 비 독성 및 생체 적합성

• 고온을 잘 처리합니다

• 완성 된 형태로 미적으로 매력적입니다

제한 사항 :

• 강철 또는 알루미늄보다 비싸다

• 특수 장비없이 기계 및 용접하기가 어렵습니다

• 제한된 공급망과 더 긴 리드 타임

• 스트레스가 적거나 저렴한 응용 프로그램에 항상 필요한 것은 아닙니다

티타늄이 진정으로 최선의 재료 선택 일 때의 이해는 성능 요구와 예산 제약 사이의 균형에 달려 있습니다.

결론

티타늄 메탈은 광범위한 산업에 서비스를 제공하는 타의 추종을 불허하는 고성능 재료입니다. 항공기 및 의료 임플란트에서 해양 장비 및 화학 처리, 강도, 부식 저항 및 생체 적합성으로 인해 필수 불가결합니다.

그러나 올바른 티타늄 등급을 선택하고 그 기능을 이해하는 것은 최적의 성능과 가치를 달성하는 데 중요합니다. 기술 발전과 생산이 더욱 효율적으로되면서 티타늄은 더욱 접근 가능하고 널리 퍼질 가능성이 높습니다.