チタンとは?材料の分類から特徴までご紹介!

チタン(チタン合金)は、「強度」「軽さ」「耐食性」「耐熱性」を備えた材料です。以前は比較的高価であったため、航空機や宇宙航空機産業・原子力発電関連など限られた分野において利用されていました。しかし、近年では、製造コストの低減化が進んだことにより、チタンの需要は年々高まっています。
今回は、チタンの材料に関する分類から特徴まで、まとめてご紹介いたします。

1.チタンとは?

チタン及びチタン合金が工業的に幅広く実用化されるようになったのは、1940年代後半から、1950年代後半にかけてからです。したがって、金属材料としては、Ni基超耐熱合金とともに工業化の歴史は比較的浅い材料です。

「強度」「軽さ」「耐食性」「耐熱性」を備えるチタン合金は、以前は比較的高価であったため、航空機や宇宙航空機産業・原子力発電関連など限られた分野において利用されていました。しかし、近年では、製造コストの低減化が進んだことにより、チタンの需要は年々高まっています。

 

2.チタン材料の分類

チタン材料は、大きく汎用材料特殊材料の2種類に分類されます。


汎用材料としてのチタン

汎用材料とは、鋼やアルミニウム材料と同様に、板、棒、鍛造品などの製品に加工され、構造材料、容器材料、配管材料などとして使用される材料です。汎用材料は下記の3種類に分類されます。

・商業的に純度の高いチタン(純チタン、CPチタン)
・耐食性に有効な元素を微量添加した耐食性チタン合金
・強度や加工性を改善させるために積極的に合金元素を添加したチタン合金

 

特需材料としてのチタン

一方、特殊材料とは、特定の目的に特殊な性能を有したチタン材料であり、上記の汎用材料とは区別されます。特殊材料は下記の2種類に分類されます。

・CPチタンより純度の高い高純度チタン(薄膜形成用スパッタリングターゲット材)
・機能性チタン合金(超伝導材料、形状記憶合金、軽量耐熱合金、超弾塑性合金など)

 

チタンの特性

チタンの特性として「耐食性」「耐熱性」「強度」「軽さ」の4つが挙げられます。

「耐食性」

表面に形成される不動態皮膜により、硝酸や塩素イオンを含む環境では、プラチナと同等以上の耐食性を示す。

「耐熱性」

溶融点は純チタンで1,668度とステンレス鋼(SUS304)の溶融点1,400度と比較しても、非常に耐熱性が高い。

「強度」

アルミニウムと比較した場合、質量は60%程重いものの約2倍の強度を誇る。

「軽さ」

質量は鋼鉄の45%、銅の約半分と非常に軽い。

 

チタン加工における問題点

これらのように優れた材料特性を持つチタンですが、その加工は非常に難しいものとして知られています。

こちらのコラムでは、チタン加工における5つの問題点をまとめてご紹介しております。

>>チタンの加工はなぜ難しいのか?

 

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