티타늄은 주기율표에서 원자번호 22번의 원소로, 아족원소의 4번째 주기, 즉 IV B족에 티타늄 외에 지르코늄, 하프늄 등이 있으며 이들의 공통적인 특징은 융점이 높다는 점, 상온에서 표면에 안정된 산화막을 형성합니다.
티타늄의 10가지 특성
1. 작은 밀도, 고강도, 큰 비강도
티타늄의 밀도는 4.51g/cm3로 강철의 57%이며, 티타늄은 알루미늄의 2배 미만의 무게를 가지며, 강도는 알루미늄의 3배입니다. 티타늄 합금의 비강도(강도/밀도 비율)는 일반 산업용 합금 중에서 가장 크며(표 1 참조), 티타늄 합금의 비강도는 스테인레스강의 3.5배, 알루미늄 합금의 1.3배, 알루미늄 합금의 1.7배입니다. 마그네슘 합금이므로 항공우주산업의 필수 구조재료입니다.
2. 우수한 내식성
티타늄의 부동태는 산화막의 존재에 따라 달라지며, 산화 매체에서의 내식성은 환원 매체보다 훨씬 우수합니다. 환원 매체에서는 높은 부식 속도가 발생합니다. 티타늄은 바닷물, 젖은 염소, 아염소산염 및 차아염소산염 용액, 질산, 크롬산, 금속 염화물, 황화물 및 유기산과 같은 일부 부식성 매체에서 부식되지 않습니다. 그러나 티타늄과 반응하여 수소를 생성하는 매체(예: 염산 및 황산)에서 티타늄은 일반적으로 부식 속도가 높습니다. 그러나 산에 소량의 산화제를 첨가하면 티타늄 표면에 부동태막이 형성됩니다. 따라서 강황산-질산 또는 염산-질산의 혼합물에서도, 유리염소를 함유한 염산에서도 티타늄은 내식성을 가집니다. 티타늄의 보호 산화막은 소량의 물이나 수증기라도 금속이 물에 닿으면 형성되는 경우가 많습니다. 티타늄이 물이 전혀 없는 강한 산화 환경에 노출되면 급속한 산화가 일어나 격렬한 반응이 일어나며 심지어 자연발화도 일어나는 경우가 많습니다. 이러한 현상은 티타늄과 과량의 질소산화물을 함유한 발연 질산, 티타늄과 건조 염소 가스의 반응에서 발생했습니다. 따라서 이런 종류의 반응을 방지하려면 특정 a가 있어야 합니다.
3. 내열성이 좋다.
일반적으로 알루미늄은 150°C에서 원래의 특성을 잃은 310°C의 스테인레스강과 약 500°C에서 티타늄 합금은 여전히 우수한 기계적 특성을 유지합니다. 항공기 속도가 음속의 2.7배에 도달하면 항공기 구조의 표면 온도가 230도에 도달하고 알루미늄 합금과 마그네슘 합금을 사용할 수 없으며 티타늄 합금이 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 티타늄은 내열성이 뛰어나 항공기 엔진 압축기의 디스크와 블레이드, 항공기 후방 동체의 표피에 사용됩니다.
4.좋은 저온 성능
일부 티타늄 합금(예: Ti-5AI-2.5SnELI)의 강도는 온도가 낮아짐에 따라 증가하지만 가소성은 크게 감소하지 않으며 저온에서도 여전히 우수한 연성과 인성을 유지합니다. , 초저온에서 사용하기에 적합합니다. 건식 액체수소 및 액체산소 로켓 엔진에 사용하거나 유인 우주선의 초저온 용기 및 저장 탱크로 사용할 수 있습니다.
5. 자기장이 없음
티타늄은 비자성이므로 잠수함 선체에 사용되며 지뢰 폭발을 일으키지 않습니다.
6. 작은 열전도율
티타늄의 열전도율은 강철의 1/5, 알루미늄의 1/13, 구리의 1/25로 작습니다. 열전도율이 낮은 것이 티타늄의 단점이지만 경우에 따라서는 티타늄의 이러한 특징을 활용할 수도 있습니다.
7. 낮은 탄성률
티타늄의 탄성률은 강철의 55%에 불과하며, 구조재로 사용 시 탄성률이 낮은 것이 단점입니다.
8. 인장 강도와 항복 강도는 매우 가깝습니다.
Ti-6AI-4V 티타늄 합금의 인장강도는 960MPa, 항복강도는 892MPa로 둘 사이의 차이는 58MPa에 불과합니다.
9. 티타늄은 고온에서 산화되기 쉽습니다.
티타늄은 수소, 산소와 강한 결합력을 갖고 있어 산화방지와 수소흡수 방지에 주의가 필요합니다. 티타늄 용접은 오염을 방지하기 위해 아르곤 보호하에 수행되어야 합니다. 티타늄 튜브 및 시트는 진공 하에서 열처리되어야 하며, 티타늄 단조품의 열처리 시 미세 산화 분위기를 제어해야 합니다.
10. 낮은 감쇠 성능
티타늄과 기타 금속 재료(구리, 강철)를 사용하여 동일한 모양과 크기의 시계를 사용하면 각 종을 두드리는 동일한 힘으로 티타늄으로 만든 시계가 진동하는 소리, 즉 에너지가 오래 지속되는 것을 알 수 있습니다. 시계를 두드려서 생기는 충격은 쉽게 사라지지 않기 때문에 티타늄의 감쇠 성능이 낮다고 합니다.
티타늄의 세 가지 특별한 기능
1
형상기억 기능
Ti-50%Ni(원자) 합금은 특정 온도 조건에서 원래의 형상 능력을 복원할 수 있으며 이를 형상 기억 합금이라고 합니다.
2
초전도 기능
Nb-Ti 합금을 말합니다. 온도가 절대 영도에 가깝게 떨어지면 Nb-Ti 합금으로 만든 와이어가 저항을 잃고 큰 전류가 통과하며 와이어가 가열되지 않고 에너지 소비가 없습니다. Nb-Ti 초전도 물질이라고 합니다.
3
수소 저장 기능
다량의 수소를 흡수하는 능력을 지닌 Ti-50%Fe(원자) 합금을 말합니다. Ti-Fe의 이러한 특징을 이용하면 수소를 안전하게 저장할 수 있다. 즉, 수소저장 시 꼭 강철제 고압 실린더를 사용할 필요는 없다. 특정 조건에서는 에너지 저장 물질로 불리는 Ti-Fe에서도 수소가 방출될 수 있습니다.