【2023年版】チタン メーカー6社一覧

チタンとは

チタンとは、原子番号22の化学記号Tiで表される銀白色の光沢を持ち軽量で強靭な金属です。

非常に耐食性が高く熱に強いことから、航空産業や自動車産業などの高度な技術分野で広く使用されています。また、生体適合性があり、人工関節や歯科インプラントなどの医療器具にも使用されています。

一方で、非常に強靭であるため、加工には専門的な技術が必要です。空気中の酸素と反応して表面に酸化物の皮膜を形成するので、溶接や加工時には特別な対策を行います。

チタンの使用用途

以下はチタンの代表的な使用用途の一部です。

• 航空機
  フレームや翼、ランディングギア、エンジン部品トなど
• 自動車
  エンジン部品や排気システム、サスペンション、ホイールなど
• 医療機器
  人工関節、歯科インプラント、外科用具、手術用具、医療装置など
• エレクトロニクス
  スマートフォンやタブレットの筐体、電子部品の接触端子、電子回路基板など
• 化学産業
  化学プラントや石油・ガス産業での配管、反応槽、ボルト、ナットなど
• スポーツ用品
  自転車のフレーム、テニスラケット、ゴルフクラブ、釣り竿など
• 製造業
  工具や機械部品、金型、プレス成形部品など
• エネルギー産業
  火力発電所や原子力発電所の熱交換器、配管、タービンブレードなど

チタンの性質

1. 軽量で高強度

チタンは軽量でありながら強度が非常に高い金属です。チタンの密度は約4.5 (g/cm³) 、鉄の密度は約7.9 (g/cm³) で、鉄の約半分の質量です。 六方最密充填構造を持つ金属なので、この構造が強度に関係しています。なお、六方最密充填構造とは、原子や分子が六方最密充填と呼ばれる配置で密に詰まった構造です。

2. 耐腐食性

チタンは耐腐食性に優れ、酸やアルカリや海水などの化学的環境にも耐えられる材料です。主な理由として、まずチタンは空気中の酸素と反応し、薄い酸化被膜を形成することが挙げられます。この酸化被膜は非常に頑丈であり、酸やアルカリ、海水などの腐食性物質からチタンの表面を保護します。

また、チタンは化学的に安定な性質を持つ金属です。酸やアルカリ、海水などの化学的な環境に晒されても、チタンの結晶構造や特性により変質や腐食が起こりにくくなっています。さらに、酸素イオンの透過性が低いため、酸化被膜がより安定的に形成され、耐腐食性が向上します。

他の金属と接触した場合にも、電気化学的な反応が起こりにくい特性があることも理由の1つです。これにより、腐食の進行を抑える効果があります。

3. 耐熱性

チタンは融点が1,668℃と高く、高温下でも安定した物性を持ちます。また、チタンの酸化皮膜は高温下でも安定しており、熱酸化による劣化が少ないため、高温環境での使用に適した材料です。

理由として、まずチタンは高温下での酸化に対しても耐性があることが挙げられます。酸素や窒素、水素、炭素などの高温のガスに触れてもチタンの表面に酸化皮膜が形成されるため、内部の金属部分を保護できます。

また、高温腐食に対しても耐性があり、酸やアルカリ、海水、溶融塩などの高温で腐食性のある物質に対してもチタンの表面に形成される酸化皮膜が保護するため、長期間にわたって使用可能です。

さらに、高温下でも強度を維持できるので、高温環境での機械的な部品に使用されます。高温でのクリープ (塑性変形) に対しても耐性があり、長期間にわたる使用にも耐えられます。

4. 耐摩耗性

チタンの耐摩耗性が高い理由は、チタンの表面に形成される酸化被膜が要因です。空気中の酸素と反応して表面に酸化チタンの被膜を形成しますが、この被膜は非常に硬くて耐摩耗性が高いため、チタンの材料自体が摩耗しても被膜が剥がれることで表面を再生します。

また、チタンは非常に強靭であり強度が高く、物理的な衝撃や力にも耐えられます。

チタンの種類

チタンには多くの種類がありますが、以下はその一部です。

1. 酸化チタン

白色の粉末状物質で光触媒や塗料、食品添加物、紙・プラスチックの着色剤、紫外線吸収剤などに使用されます。

2. チタンカーバイド

チタンと炭素を合金化したもので硬度が高く、切削加工用の切削工具や精密部品に使用されます。

3. 窒化チタン

チタンと窒素を合金化したもので、硬度が高くて耐摩耗性や耐腐食性があります。コーティング素材や切削工具、軸受などに使用されます。

4. チタンシリコンカーバイド

チタンとケイ素と炭素の三元素から成る化合物で、高温下での強度が高くて耐熱性に優れています。航空機のエンジン部品や原子力発電所の制御棒や高速列車のブレーキディスクなどに使用されます。

チタンのその他情報

1. 低熱伝導性

チタンの結晶構造は六方最密充填構造を持っていて原子が密に詰まって配置されているため、熱エネルギーが原子間で効率的に伝導されることが制限されます。

また、チタンの原子間の結合は比較的強く、原子間の振動やエネルギー伝達が制限されるので、熱エネルギーが効果的に伝導されることが妨げられ、チタンの熱伝導性が低くなります。

2. 非磁性

純チタンや一般的なチタン合金では非磁性が一般的であり、磁気特性がほとんど見られません。ただし、一部のチタン合金には磁性が存在する場合があります。

3. 酸化耐性

チタンは高温環境下でも酸化しにくい性質を持ちます。通常の酸素や空気中では、チタン表面が酸素と反応してチタン酸化物 (酸化チタン) の酸化被膜を形成し、この酸化被膜は非常に薄くて強固で密着性があり、酸化被膜の形成によりチタンの表面は酸素や他の酸化物から保護されます。

4. 生体適合性

チタンは、生体適合性に優れた金属です。表面に形成される酸化被膜が重要な役割を果たしています。酸化被膜は非常に薄くて強固な保護層であり化学的に安定していて、生体組織との相互作用を促進し、細胞や骨組織の成長を助けます。

また、チタンは人体の組織や生物と接触しても、ほとんどの場合で反応が起こらず、体内での影響や副作用が極めて少ないです。そのため、アレルギー反応や炎症を引き起こすリスクが低い金属といえます。

5. 軟化現象

チタンは高温での使用にも耐えますが、長時間高温環境下にさらされると軟化現象が発生することがあります。この現象はチタンの結晶構造が変化して強度が低下することで起こります。