チタンは産業のどこで利用されていますか？航空宇宙、医療、化学分野を支える

チタンは性能が譲れない産業で使用されています。その主な用途は、航空宇宙、医療、化学処理、海洋分野に見られ、その特性のユニークな組み合わせが、その高コストを正当化しています。

チタンを使用するという決定は、ほぼ常にその3つの決定的な特性、すなわち、非常に高い強度対重量比、優れた耐食性、そして非毒性・生体適合性によって推進されます。

チタンの使用を促進する主要な特性

チタンが日常的な用途に選ばれることはめったにありません。それは、他の金属が故障したり、著しい重量増につながったりする極限環境のための工学的な解決策です。

チタン合金は多くの一般的な鋼と同じくらいの強度を持ちますが、密度はわずか60%です。これは航空宇宙産業にとって最も重要な特性です。

航空機を軽量化することで燃費が向上し、より重いペイロードを運ぶことができます。これにより、チタンは重要な機体構造、着陸装置、高応力ファスナーの材料として選ばれています。

ジェットエンジンもまた、ファンブレードやコンプレッサーディスクなどの部品にチタンを多用しています。これらの部品は、不必要な重量を増やすことなく、巨大な回転力と高温に耐える必要があります。

チタンは自然に安定した保護酸化膜を形成するため、海水、塩素、および幅広い産業用酸による腐食に対して事実上不活性です。

これにより、攻撃的な化学物質を扱う化学処理プラントの容器、熱交換器、配管システムにとって不可欠なものとなっています。

海洋用途では、チタンは鋼がすぐに劣化する潜水艦の船体、プロペラシャフト、海水冷却システムに使用されています。

チタンは非毒性であり、人体に拒絶されません。その表面は骨が成長し付着することを可能にし、これは骨統合として知られるプロセスです。

これにより、股関節や膝の置換術、歯科インプラント、骨ネジ、ペースメーカーケースなど、医療用インプラントのゴールドスタンダードとなっています。

また、強靭で軽量、耐食性があり、繰り返し滅菌できるため、手術器具にも使用されています。

チタンの性能は優れていますが、万能の材料ではありません。その採用は、重大な実用的および経済的な要因によって制限されています。

チタンは高価です。鉱石から金属を抽出するプロセスは複雑でエネルギー集約的であるため、原材料は鋼やアルミニウムよりも著しく高価になります。

この高い初期コストは、自動車製造や一般建設などの大量市場用途での使用に対する主な障壁となっています。

チタンの加工は非常に困難です。鋳造、溶接、機械加工には特殊な技術が必要であり、最終的な部品コストを大幅に押し上げます。

高温での反応性が高いため、不活性雰囲気下での溶接が必要であり、その靭性は工作機械に急速な摩耗を引き起こします。これらの課題には、特殊な設備と専門知識が必要です。

チタンを選択することは、その比類のない性能と高いコストのバランスを取る問題です。決定は、その用途の主要な要件にかかっています。

主な焦点が最大限の性能と最小限の重量である場合： チタンは、すべてのグラムが重要となる航空宇宙および高性能レース用コンポーネントにとって最高の選択肢です。
主な焦点が腐食環境での長寿命である場合： チタンは、メンテナンスと交換の削減によってコストを正当化する、化学処理および海洋機器のための「設置して忘れる」ソリューションを提供します。
主な焦点が人体との安全で長期的な相互作用である場合： チタンの生体適合性は、医療用インプラントおよび内部デバイスにとって議論の余地のない材料となっています。

結局のところ、チタンは故障が許されない場合や、運用上の要求が従来の金属の能力を超える場合に指定されます。