チタンとはなにか
チタンとは、軽く丈夫で、人に優しい金属です。
ここではチタンについての一般的特徴について説明します。
＜軽い＞
チタンの重量は、鉄と比べおよそ6割程度で比較的軽い金属となります。
チタンの軽さ（詳細）
各種金属－比重データ
| 材種 | 純チタン (TP340) | チタン合金 (6Al-4V) | 普通鋼 (SPCC) | ステンレス鋼 (SUS304) | アルミ合金 (A5052P) | マグネシウム (AZ31) | 銅 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 比重 | 4.51 | 4.43 | 7.86 | 7.9 | 2.8 | 1.77 | 8.93 |
| チタンとの 比較 | — | 1倍 | 1.74倍 | 1.75倍 | 0.6倍 | 0.4倍 | 2倍 |
※数字は参考値となります。
比重で比較すると、鉄より軽く、アルミより重いことがわかります。
比重は体積当りの重量を表し、上記は同一体積での重さの比較を示す。
＜強い＞
引張強さでは、チタン合金は普通鋼のおよそ３倍となり、機械的強度に優れ、
また耐食性では酸や塩水に対して安定で、強い耐食性を有します。
チタンの丈夫さ（詳細）
各種金属－引張強さ・比強度の比較
| 材種 | 純チタン (TP340) | チタン合金 (6Al-4V) | 普通鋼 (SPCC) | ステンレス鋼 (SUS304) | アルミ合金 (A5052P) | マグネシウム (AZ31) | 銅 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 引張強度 (N/mm2) | 393 | 999 | 315 | 588 | 212 | 250 | 213 |
| 引張強度の 比較 | — | 2.5倍 | 0.8倍 | 1.5倍 | 0.54倍 | 0.64倍 | 0.54倍 |
※数字は参考値となります。
引張強度を比較すると、チタン合金が非常に高い強度を持っていることがわかります。
| 材種 | 純チタン (TP340) | チタン合金 (6Al-4V) | 普通鋼 (SPCC) | ステンレス鋼 (SUS304) | アルミ合金 (A5052P) | マグネシウム (AZ31) | 銅 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 比強度 | 87.1 | 225.5 | 40.1 | 74.4 | 75.7 | 141.2 | 23.9 |
| 比強度の比較 | — | 2.6倍 | 0.46倍 | 0.85倍 | 0.87倍 | 1.62倍 | 0.27倍 |
※数字は参考値となります。
比強度とはここでは重量比強度を指し、同一重量での引張強さの比較を示します。
比強度でもチタン合金が優れており、軽さの割りに丈夫な金属であることがわかります。
＜人に優しい＞
チタンは金属アレルギーを起こしにくく、
生体親和性が高いため、人体内に使用しても悪さをしない性質となっています。
鉄に比べ、熱伝導率が小さいため、触った瞬間ヒヤっとしないのもポイントです。
チタンの優しさ（詳細）
チタンと金属アレルギー：
チタンは空気中の酸素と反応し酸化皮膜を形成するため、金属イオンが汗などに溶け出さず
金属アレルギーを起こしにくい、とされています。生体親和性：
チタンは骨と拒否反応を起こすことなく結合することができ、
この現象を「オッセオインテグレーション」といい、他の金属にない特徴です。
大腿骨の人工骨頭や歯科インプラントなどにおいて骨と安定した固定ができます。チタンはなぜヒヤッとしないのか：
チタンは空気中の酸素と反応し酸化皮膜を形成するため、金属イオンが汗などに溶け出さず
金属アレルギーを起こしにくい、とされています。生体親和性：
チタンは骨と拒否反応を起こすことなく結合することができ、
この現象を「オッセオインテグレーション」といい、他の金属にない特徴です。
大腿骨の人工骨頭や歯科インプラントなどにおいて骨と安定した固定ができます。チタンはなぜヒヤッとしないのか：
| 材種 | 純チタン (TP340) | チタン合金 (6Al-4V) | 普通鋼 (SPCC) | ステンレス鋼 (SUS304) | アルミ合金 (A5052P) | マグネシウム (AZ31) | 銅 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 熱伝導率 (w/m・K) | 17.0 | 7.5 | 60.4 | 16.0 | 137.0 | 159.0 | 385.0 |
| 熱伝導率の 比較 | — | 0.4倍 | 3.6倍 | 0.9倍 | 8倍 | 9.4倍 | 22.6倍 |
※数字は参考値となります。
チタン合金の熱伝導率が小さく、熱の移動がおきにくいことを示しています。
また純チタンとステンレスの比較では大きな差がないこともわかります。
しかし下記に示すように容積比熱ではステンレスよりも純チタンのほうが値が小さく
より少ない熱量で温まりやすく、手から熱が奪われにくいと言えます。
| 材種 | 純チタン (TP340) | チタン合金 (6Al-4V) | 普通鋼 (SPCC) | ステンレス鋼 (SUS304) | アルミ合金 (A5052P) | マグネシウム (AZ31) | 銅 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 比熱 (J/kg・K) | 0.519 | 0.585 | 0.460 | 0.502 | 0.961 | 1.004 | 0.385 |
| 容積比熱 (J/m3・K) | 2340 | 2591 | 3615 | 3965 | 2690 | 1777 | 3438 |
| 容積比熱の 比較 | — | 1.1倍 | 1.5倍 | 1.7倍 | 1.1倍 | 0.7倍 | 1.4倍 |
