Titanium Metal? Everything About This Magical Metal

티타늄이란 무엇입니까?

1. 티타늄의 정의 및 기본 성질

티타늄(Titanium)은 원자번호 22번의 원소로, 화학기호는 Ti이다. 밀도가 상대적으로 가볍고 강도가 좋은 전이금속입니다. 티타늄 금속은 티탄나이트(ilmenite), 금홍석(rutile)과 같은 광물의 형태로 자연적으로 존재합니다. 이는 지각에서 9번째로 풍부한 원소이며, 일반적으로 산화물 형태로 발생합니다.

티타늄 금속은 수많은 우수한 물리적, 화학적 특성을 보유하고 있어 다양한 응용 분야에 이상적인 선택입니다. 첫째, 티타늄 금속은 밀도가 입방센티미터당 약 4.5g으로 강철이나 니켈과 같은 다른 금속보다 가볍습니다. 이로 인해 티타늄 금속은 항공우주, 자동차 산업 등 경량 설계가 필요한 분야에 널리 사용됩니다.

Secondly, titanium metal exhibits excellent strength. Despite its low density, it has strength comparable to many commonly used metals. This makes titanium metal highly favored in applications requiring high strength and corrosion resistance, such as aerospace engine components and artificial joints.

2. 티타늄 금속의 역사와 발견

티타늄 금속은 18세기 후반에 처음 발견되었습니다. 1801년 영국의 화학자 그레고르(Gregor)는 일메나이트(ilmenite)라는 광물에서 티타늄 원소를 발견했습니다. 그 후, 다른 화학자들은 티타늄 금속을 연구하기 시작했고 다양한 광석에서 티타늄을 발견했습니다.

1840년 독일의 화학자 마틴 하인리히 클라풀로스(Martin Heinrich Klapoulos)가 처음으로 티타늄 금속을 추출하고 금속 이름을 붙였습니다. “티탄” 그리스 신화에 나오는 거대 타이탄에게 경의를 표하기 위해. 그러나 티타늄 금속이 산업에서 널리 사용되기 시작한 것은 1940년대부터였습니다. 야금 기술의 발전과 비용 절감으로 티타늄 금속은 점차 다양한 응용 분야에서 중요한 재료가 되었습니다.

3. 티타늄의 특징

일반적으로 티타늄 금속은 다음과 같은 주요 특성을 가지고 있습니다.

3.1 좋은 내식성: 티타늄 금속은 바닷물과 산성 용액을 포함한 다양한 화학물질로 인한 부식에 저항할 수 있습니다. 이는 해양 엔지니어링 및 화학 산업에 이상적인 선택입니다.

3.2 생체적합성: 티타늄 금속은 인체 조직과 우수한 생체적합성을 나타내어 인공관절 및 치과용 임플란트 제조에 널리 사용됩니다.

3.3 우수한 고온 특성: 티타늄은 섭씨 1,668도(화씨 3,034도) 정도의 높은 융점을 갖고 있으며, 티타늄 금속은 고온에서도 우수한 기계적 특성과 안정성을 유지하므로 항공기 엔진, 가스 터빈과 같은 고온 환경에서 중요합니다.

3.4 고강도 및 저밀도: 티타늄 금속은 밀도가 낮음에도 불구하고 강도가 높고 강도와 밀도 비교가 뛰어납니다. 이로 인해 티타늄은 항공우주 장치, 자동차 부품 및 기타 경량화가 필요한 제품을 제조하는 데 이상적인 소재입니다.

3.5 우수한 열 전도성: 티타늄 금속은 열 전도성이 좋아 고성능 라디에이터, 쿨러 및 기타 제품 제조에 유리합니다.

티타늄 금속 생산 및 가공

1. 티타늄 금속의 추출 및 제조방법

추출 방법: 티타늄 금속의 추출은 주로 클라우스(Claus)법과 염소화법의 두 가지 방법으로 이루어진다. 클라우스법은 산화티타늄 광석을 환원시켜 보다 순도 높은 티타늄 금속을 얻기 위해 가장 일반적으로 사용되는 방법이다. 염소화법칙은 산화티타늄과 염소가스를 반응시켜 염화티타늄을 생성한 후, 환원반응을 통해 티타늄 금속을 얻는 것입니다.

정화 과정: 티타늄 금속을 얻은 후 순도와 성능을 향상시키기 위해 일련의 정제 공정이 필요합니다. 이러한 공정에는 진공 용융, 기상 산화 방법 및 플라즈마 방법이 포함됩니다.

2. 가공 기술: 단조, 압연 및 성형

단조: 티타늄 금속은 기계적 및 구조적 특성을 향상시키기 위해 열간 또는 냉간 단조가 가능합니다. 열간 단조는 변형이 크고 형상이 복잡한 부품에 적합하고, 냉간 단조는 소형 부품 및 정밀 부품 가공에 적합합니다.

구르는: 티타늄 금속은 열간 압연 및 냉간 압연을 통해 생산되어 판, 스트립 및 파이프와 같은 제품을 제조할 수도 있습니다. 열간압연은 더 큰 크기와 두께의 제품을 얻을 수 있고, 냉간압연은 더 높은 표면 품질과 치수 정밀도를 얻을 수 있습니다.

조형: 티타늄 금속은 다이캐스팅, 사출성형, 3D 프린팅 등의 공정을 통해 다양한 형태의 부품 및 제품을 제조하는 데에도 사용될 수 있습니다. 이러한 성형 공정은 복잡한 모양과 구조를 가진 부품을 제조하는 데 적합합니다.

순수 티타늄과 티타늄 합금의 차이점

Pure Titanium

It is also called industrial pure titanium or commercial pure titanium. It is graded according to the content of impurity elements. It has excellent stamping process performance and welding performance, is not sensitive to heat treatment and tissue type, and has a certain strength under satisfactory plasticity conditions. Its strength mainly depends on the content of interstitial elements oxygen and nitrogen. The properties of 99.5% industrial pure titanium are: density P=4.5g/cm3, melting point 1800°C, thermal conductivity λ=15.24W/(M.K), tensile strength σ b=539MPa, elongation: δ =25% , area shrinkage ψ=25%, elasticity modulus E=1.078×105MPa, hardness HB195

Titanium Alloy

티타늄을 기본으로 하고 다른 원소를 첨가한 합금입니다. 그것은 발견된 지 불과 60~70년밖에 되지 않은 비교적 젊은 금속입니다. 티타늄 합금 재료는 경량, 고강도, 저탄성, 고온 저항 및 내식성의 특성을 가지고 있습니다. 주로 항공우주 엔진, 로켓, 미사일 및 기타 부품에 사용됩니다. 티타늄에는 두 개의 동형 결정이 있습니다. 티타늄은 녹는점이 1720°C인 이성질체입니다. 882°C보다 낮을 때 밀집된 육각형 결정 격자 구조를 가지며 이를 알파 티타늄이라고 합니다. 882°C 이상에서는 신체 중심 구조를 가지고 있습니다. 베타 티타늄이라고 불리는 입방 격자 구조는 위의 두 가지 티타늄 구조의 서로 다른 특성을 활용하고 적절한 합금 원소를 첨가하며 상 변태 온도와 상 함량을 점차적으로 변화시켜 서로 다른 구조의 티타늄 합금을 얻습니다.

티타늄 등급

1 학년

이는 산업적으로 순수한 티타늄의 네 가지 등급 중 첫 번째 등급입니다. 이 등급 중 가장 부드럽고 유연성이 가장 좋습니다. 이는 최대의 성형성, 우수한 내식성 및 높은 충격 인성을 제공합니다. 1등급은 용이한 성형성을 요구하는 모든 용도에 선택되는 재료이며 일반적으로 다음과 같이 사용됩니다. 티타늄 판 그리고 티타늄 튜브.

2학년

다양한 가용성과 폭넓은 가용성으로 인해 2등급 티타늄은 상업용 순수 티타늄 산업의 "일꾼"으로 알려져 있습니다. 1등급 티타늄과 품질은 동일하지만 약간 더 강합니다. 둘 다 부식에 똑같이 강합니다. 이 등급은 우수한 용접성, 강도, 연성 및 성형성을 제공합니다. 이로 인해 2등급 티타늄 로드 및 플레이트는 건설, 발전 및 의료 산업과 같은 다양한 응용 분야에서 가장 먼저 선택됩니다.

3학년

이 등급은 상업적으로 순수한 티타늄 등급 중에서 가장 적게 사용되지만 그렇다고 해서 가치가 떨어지는 것은 아닙니다. 3등급은 1등급과 2등급보다 강하며 연성은 비슷하고 성형성은 약간 낮습니다. – 하지만 이전 모델보다 더 높은 기계적 성능을 가지고 있습니다. 3등급은 항공우주, 화학 처리, 해양 산업 등과 같이 적당한 강도와 1차 내식성을 요구하는 용도에 사용됩니다.

4학년

이는 상업적으로 순수한 티타늄의 네 가지 유형 중 가장 강한 것으로 간주됩니다. 또한 내식성, 성형성, 용접성이 우수한 것으로 알려져 있습니다. 일부 동체 구성 요소, 극저온 용기, 열 교환기 및 고화질이 필요한 기타 응용 분야에 사용됩니다.

7학년

합금으로 만들기 위해 격자간 원소 팔라듐을 첨가했다는 점을 제외하면 기계적, 물리적으로 2등급과 동일합니다. 7등급은 용접성과 가공성이 뛰어나며 모든 티타늄 합금 중에서 가장 내식성이 뛰어납니다. 따라서 주로 화학 공정 및 생산 장비의 구성 요소로 사용됩니다.

11학년

내식성을 높이기 위해 소량의 팔라듐을 첨가하여 합금으로 만든 점을 제외하면 1등급과 매우 유사합니다. 이러한 내식성은 염화물 환경에서 틈새 부식을 방지하고 산을 감소시키는 데 사용될 수 있습니다. 다른 유용한 특성으로는 최적의 연성, 냉간 성형성, 유용한 강도, 충격 인성 및 탁월한 용접성이 있습니다. 이 합금은 특히 부식이 필요한 곳에서 1등급과 동일한 티타늄 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

5학년

Known as the “workhorse” of titanium alloys, Ti6Al-4V or Grade 5 titanium is the most commonly used of all titanium alloys. It accounts for 50% of the world’s total titanium consumption. Its usability lies in its many benefits. Ti6Al-4V can be heat treated to increase its strength. It can be used in welded structures at service temperatures up to 600°F. The alloy combines high strength with light weight, useful formability and high corrosion resistance. The availability of Ti6AI-4V makes it the best alloy for use in multiple industries such as aerospace, medical, marine and chemical processing industries.

23학년

Ti 6AL-4V ELI or Grade 5 ELI grade is a higher purity form of Ti 6Al-4V. It can be made into coils, strands, wires or flat wires. It is the first choice for any situation where high strength, light weight, good corrosion resistance and high toughness are required. It has excellent damage tolerance to other alloys. These advantages make Ti 6Al-4V ELI grade the ultimate dental and medical titanium grade. Due to its biocompatibility, good fatigue strength and low modulus, it can be used in biomedical applications such as implantable components.

12학년

고온에서 뛰어난 강도를 제공하는 내구성이 뛰어난 합금입니다. 12등급 티타늄은 300 시리즈 스테인레스강과 유사한 특성을 가지고 있습니다. 합금은 프레스 성형, 하이드로포밍, 스트레치 성형 또는 낙하 중량법을 사용하여 열간 또는 냉간 성형될 수 있습니다. 다양한 방식으로 형성할 수 있는 능력으로 인해 많은 응용 분야에서 유용하게 사용됩니다. 합금의 높은 내식성은 틈새 부식이 우려되는 제조 장비에도 매우 중요합니다.

9학년

순수 티타늄에 알루미늄 약 3%, 바나듐 약 2.5%를 첨가하여 만들어졌습니다. 이 합금은 일반적으로 우수한 내식성, 고강도 및 우수한 용접 특성을 가지고 있습니다. Gr9 티타늄 합금은 항공우주, 조선, 화학 장비 및 기타 분야, 특히 고온 및 부식성 환경에서 고성능 재료가 필요한 분야에서 널리 사용됩니다. Gr9 티타늄 합금의 특성으로 인해 다양한 부품 및 부품을 제조하는 데 사용할 수 있는 이상적인 구조 재료입니다.

티타늄의 응용 시장

1. 항공우주

티타늄 금속은 항공기 동체, 엔진 블레이드 등과 같은 항공기 구조물 및 엔진 부품 제조에 널리 사용됩니다.
가볍고 고강도 특성을 통해 항공기의 무게를 줄이고, 연료 효율성을 향상시키며, 항공기 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있습니다.

2. 의료

티타늄 금속은 뼈 임플란트, 인공 관절, 치아 복원 장비 등 의료 기기를 제조하는 데 사용됩니다.
티타늄의 생체 적합성과 내식성은 의료 분야에서 가장 이상적인 재료 중 하나입니다.

3. 자동차 산업

자동차 제조에서 티타늄은 배기 시스템, 서스펜션 구성 요소 및 차체 구조와 같은 경량 구성 요소를 만드는 데 사용됩니다.
경량화 설계로 자동차의 연비, 동력성능, 안전성을 향상시킬 수 있습니다.

4. 해양공학

해양 공학에 티타늄 금속을 적용하려면 담수화, 해양 탐사 및 해저 파이프라인이 필요합니다.
내식성과 해수 부식에 대한 저항성은 티타늄을 해양 환경에 이상적인 소재로 만듭니다.

5. 스포츠용품 제조업

티타늄은 골프 클럽, 자전거 프레임, 테니스 라켓과 같은 고급 스포츠 용품을 만드는 데 사용됩니다.
고강도, 경량 및 내식성은 티타늄 제품에 탁월한 성능과 내구성을 제공합니다.

6. 산업

티타늄 금속은 업계에서 화학 장비, 석유 시추 도구 및 동력 전달 장비를 제조하는 데 사용됩니다.
고온 내구성과 내식성은 티타늄 금속을 열악한 산업 환경에서 사용하기에 유망합니다.

티타늄에 관한 몇 가지 흥미로운 사실

1. The chemical symbol of titanium is Ti, the atomic number is 22.
2. Titanium is the 9^th most abundant element in the Earth’s crust.
3. The name titanium comes from the Titans in Greek mythology.
4. Titanium does not occur in nature as a metal.
5. Titanium is the only metal that can bond and grow with human bones.
6. The natural color of titanium is silvery white.
7. Titanium is not magnetic.
8. Titanium has a high melting point, about 1,668 degrees Celsius (3,034 degrees Fahrenheit)
9. Titanium won’t rust.
10. Titanium is non-toxic.
11. China is the largest titanium producer in the world.