航空宇宙産業で使用されるチタン

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チタンはスチールよりも密度が低い。剛性は鋼鉄より低いが、アルミニウムよりかなり高い。これらの特性は、多くの用途にチタンを理想的なものにしている。高性能の自転車フレームやゴルフクラブはチタン製です。アルミニウムを4％含むチタンは、体内組織への耐性が高く、腐食に強く、丈夫で硬すぎないため、人工関節などの外科用インプラントに人気があります。この記事では、チタンが航空宇宙産業でどのように使用されているかについてお話します。

Blackbird metal

チタンは非常に一般的な金属ですが、合金開発は1940年代後半まで始まりませんでした。一般的な鉱石であるTiO2は、炭化物が生成されるため、単純に炭素で還元することができなかった。そこで、間接的な化学的方法が発見された。まず酸化チタンが塩素ガスと反応して塩化チタンを生成し、炭素が酸素を運び去る。次に塩化チタンをマグネシウムで還元する。これらの反応には高温が必要である。この金属が利用できるようになっても、その応用にはまだ障害があった。溶けたチタン金属は大気中の酸素や窒素と反応するため、既存の鍛造や機械加工技術に代わる不活性雰囲気での新しい加工法が必要だった。多量の酸素はチタンストリップを脆くし、より鉱石に近くなるが、0.3％の酸素を含むチタンは強く、純チタンよりも曲げにくい。これらの金属をわずかに多く含むと、ジェットエンジンに適した硬い金属になる。

1950年代以降、チタン合金は航空宇宙産業で急速に発展してきた。この用途は主に、チタン合金の優れた総合的機械特性、低密度、優れた耐食性を利用したもので、航空宇宙フレームの材料には高い引張強度、良好な疲労強度、破壊靭性が要求されるからである。チタン合金の優れた高温引張強さ、クリープ強さ、高温安定性は、ジェットエンジンへの使用にも適している。

チタン合金は、現代の 航空機や エンジンの主要な構造材料のひとつである。航空機の重量を減らし、構造効率を向上させることができる。宇宙船のペイロードは航空機に比べて比較的小さいため、その構造の軽量化はさらに重要である。チタン合金は初期のアポロ計画やマーキュリー計画で使用されており、燃料タンクや衛星ポッドはチタン合金の典型的な用途である。チタン合金は、軽量、高強度、燃料に対する長期的な化学的安定性から、高強度鋼よりも有利である。例えば、Ti-3Al-2.5V合金は低温用途のために開発され、宇宙での極低温条件下でも良好な靭性と塑性を保っています。

まとめ

航空宇宙産業で使用されるチタンについての理解を深めていただく一助となれば幸いです。チタン製品についてより詳しくお知りになりたい場合は、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ （SAM）を訪問されることをお勧めします。

スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）は、チタン製品の世界的なサプライヤーであり、チタン材料の製造・販売において20年以上の経験を持ち、顧客の研究開発および生産ニーズに応える高品質な製品を提供しています。そのため、SAMはお客様のお気に入りのチタンサプライヤー、ビジネスパートナーになると確信しております。

著者について

Chin Trento

イリノイ大学で応用化学の学士号を取得。彼の学歴は、多くのトピックにアプローチするための幅広い基盤となっている。スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）で4年以上にわたり先端材料の執筆に携わる。彼がこれらの記事を書く主な目的は、読者に無料で、しかも質の高いリソースを提供することである。誤字、脱字、見解の相違など、読者からのフィードバックを歓迎する。

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