1. 티타늄 속성

주기율표 제4A족에 속하는 금속원소
원소기호 : Ti 
원자번호 : 22 
원자량 : 47.90 
녹는점 : 1675℃ 
끓는점 : 3260℃ 
비중 : 4.50(20℃) 

티타늄이라고도 한다. 1789년 영국의 W.그레거가 콘월 지방에서 산출된 사철(砂鐵)에서 새로운 산화물을 추출하였다. 그 후 95년 독일의 M.H.클라프로트는 헝가리산 금홍석(金紅石)에서 새로운 금속원소를 발견하고 그리스 신화에 나오는 신(Titanes)의 이름을 따서 티탄이라고 하였다. 순금속은 1910년 M.A.헌터에 의해 처음으로 단리(單離)되었다.

【존재】 예전에는 희유원소로 생각했던 일도 있으나, 지각(地殼) 속에서의 존재도가 높아 클라크수 0.46으로 제9위이며, 마그네슘에 이어서 크다. 매우 널리 분포하며, 토양 속에는 보통 약 0.6 %의 산화티탄이 존재한다. 또, 지각의 화성암 속에도 소량 함유되어 있다. 주요 광석은 루틸(금홍석) ·티탄철석 ·판티탄석 ·예추석(銳錐石) ·회티탄석 등이다. 또 사철 속에는 티탄철석이 함유되어 있다.

2. 티타늄 개요

은백색 금속으로, 순수한 것은 전성(展性)·연성(延性)이 있고, 가열에 의해서 단련할 수 있으며, 내부식성(耐腐蝕性)이 있기 때문에 공업상 중요한 금속이다.

결정은 α형과 β형의 2종이 있는데, α형은 상온에서 안정하다. α형은 육방정계(六方晶系)에 속하며, 882℃ 이상에서는 등축정계(等軸晶系)인 β형이 된다. 굳기 4.0으로 차가울 때는 극히 취약하여 가루로 만들 수도 있으며 적열(赤熱)상태에서는 선으로 만들 수 있다.

강도는 탄소강과 거의 같고, 자중(自重)에 대한 강도비는 철의 약 2배, 알루미늄의 약 6배이다. 또, 열전도율·열팽창률이 작고, 400℃ 이하에서는 강도의 변화가 작다. 공기 중에서는 안정하나, 산소 속에서 강열하면 산화티탄이 된다. 할로겐과 가열하면 반응하고, 산에는 철보다 잘 녹지 않는다. 바닷물 속에서는 백금에 이어서 내식성(耐蝕性)이 강하다. 많은 금속과 합금을 만든다.

티타늄은 지구지각의 0.6%를 차지하고 있어서 4번째로 풍부한금속 자원이다.원광석중에서 공업적 가치가 있는것은 금홍석(rutlle, TIO2. -60% Ti)과 티탄 철강(llmenlte, TIO2. Feo. - 20% Ti)이다.


3. 티타늄의 특성 및 용도

티타늄의 특성		용도
뛰어난 내식성	티타늄의 내부식성은 특별히 주목 할 만하다. 금속의 내부식 저항은 분해하기 어려운 산화물의 보호피막을 형성 함으로서 생기게 된다. 티타늄의 부식은 균일하며 움푹 파여진 증거 또는 국부화된 그 밖의 심한 발생현상은 거의 없다. 정상적으로 응력부식, 피로부식, 입간부식 혹은 전기부식을 받지 않는다. 티타늄의 부식저항은 스테인레스 강이나 동합금과 비교해서 여러 사용조건에서도 우수하며 특히 해수에는 백금에 필적할만한 내식성을 가지고 있다. 따라서 티타늄은 고온, 고압, 강부식성 환경에서는 불가결의 재료로서 사용되고 있다. 특히 염소이온에 강하여 해수에 대해 완전한 내식성을 가진다.	열교환기, 건재
무독성	티타늄은 심장밸브, 인공 뼈 등 신체 조직의 이식에 사용될 만큼 인체에 무해한 금속으로 최근에 의료 및 장신구 분야에 널리 쓰이고 있다.	인공뼈, 치근, 심장변
경량	비중은 철과 알루미늄의 중간이며, 스테인레스의 60%정도 가볍다.	항공기 엔진
고강도	순수티타늄30~75kgf/㎟(275~735 Mpa), 티타늄 합금 60~160kgf/㎟(620~1800MPa)의 인장강도이며, 500℃까지 실용금속중 최대 비강도를 갖는다.
풍부한 탄성	스테인레스의 약 50%인 세로 탄성 계수	골프 클럽 헤드. 용수철
저온 무변화	순수 티타늄 및 티타늄 합금 모두 극저온에서도 취화하지 않는다.	액체 산소 탱크
낮은 열전도율	알루미늄의 약 8%인 열전도율로 스테인레스와 같다.	금속용탕용 치공구
온도 상승 용이	스테인레스의 약 60%인 열용량	냄비,프라이팬
적은 열수축률	스테인레스의 약 50%인 열 팽창률	건재,반도체 제조장치
높은 전기저항	동의 30배의 전기저항으로 저항용접성이 뛰어나다.	지붕재등의 심 용접
자성이 극히 약함	투자율 1.00005	전자기기(스텝퍼)등
초전도 특성	Ti-Nb계 합금으로 발현	초전도 발전기,자기부상열차
인체 친화성	체내에서의 이온의용출이 적다. 독성이 적다.	인공뼈, 치근, 심장변
인체 친화성	메탈 알레르기에서 대해서 뛰어난 억제효과	손목시계,넥크리스
수소흡장특성	Ti-Fe계 합금으로 발현	수소 가스 공급 장치
방사능 반감기가 짧다	철,니켈,크롬 보다 반감기가 짧다.	방사성 폐기물 처리,격납용기
불연성	불연재로 인정(인정 번호NM-8596)	건재
고급 이미지	고급 카메라나 PC등의케이스에사용	고급카메라, PC케이스
착색성이 좋다	양극 산화 처리에 의해 발색가능	모뉴먼트
화학적 활성	화학적으로 활성이어서 산소나 질소와 반응하기 쉽다.
내마모성	순수티타늄은 쉽게 마모되지 않는다. HV(비커스 경도)는 JIS1종은 110 이하다. JIS2종은 110 ~ 155, JIS60종(6-4합금)은 280 이상하다.

규격		화학성분(%)							기계적 성질
JIS	ASTM	TITANIUM	Fe	C	O	Al	V	Pd	인장강도 (㎏f/㎟)	내력 (㎏f/㎟)	신율(%)
1종	Grade1	Min99.8	Max0.2	Max0.1	Max0.15				28~42	≥17	≥27
2종	Grade2	Min99.7	0.25	0.1	0.2				35~52	≥22	≥23
3종	Grade3	Min99.6	0.25	0.1	0.3				49~63	≥35	≥18
5종	Grade5	Min88	0.4	0.1	0.2	5.5~6.75	3.5~4.5		≥91	≥77	≥10
11종	Grade11	Min99	0.2	0.1	0.15			0.12~0.25	28~42	≥17	≥27

구분	등급	특징	주요용도
Pure	Grade 1	낮은 강도, 연하고 연성이 있으므로 프레스성형(특히 Deep drawing)용으로 적합	판형 열변환기
Titanium	Grade 2	대부분의 화학 및 일반공업용으로 가장 많이 사용되는 Pure Titanium 강도, 용접성의 최적 조합	파이프
순수 티타늄	Grade 3	고강도	튜브 열교환기, 내압성 외판
순수 티타늄	Grade 4	Spring과 접점(Contact point)용으로 사용되는 경한 Grade	항공
Titanium	Grade 5	가장 많이 생산되는 Titanium Alloy	항공, 해저, 초기 생체용으로 사용,AL의 치매유발, V의 세포독성 문제로 현재 인체 사용 불가
Alloy	(Ti-6AI-4V)	고장력과 내피로성을 주기 위하여 알루미늄(AL)과 바나듐(V)을 넣은 합금, 고강도, 높은 내열성	항공, 해저, 초기 생체용으로 사용,AL의 치매유발, V의 세포독성 문제로 현재 인체 사용 불가
티타늄 합금	Grade 7(Ti-0.15Pd)	내식성 증강을 위하여 소량의 팔라듐(Pd)을 넣은 합금. 높은 내부식	화학
티타늄 합금	Grade 9(Ti-3AI-2.5V)	고강도+높은 내부식	해지, 수압 파이프
티타늄 합금	Grade 11	Grade 7과 유사	해저 탐사
티타늄 합금	Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni)	Pure Titanium보다 고내열성	튜브 열교환기, 내압성 외판
티타늄 합금	Grade 23(Ti-6AI-4V ELI)	ELI란 Extra Low Interestitial의 약자로, O, Fe, C등의 원소(침입형 고용 원소)를 극도로 적게 한 재료이다.	생체 의료용 재료 (치과용 인공치아, 임플란트, 인공관절, 인공뼈, 골 plate 등