원소의 특성: Ti(타이타늄)

이번시간에 알아볼 소재는 타이타늄입니다. 이번 아이폰 15 pro에서도 사용되는 소재이고 영화 아이언맨에서도 사용되었던 소재이지만, 보통 일반인에게는 낮설게 느껴지는 소재입니다. 오늘은 이 소재에 대해 간단한 정보들과 주로 어디에 쓰이고 있는지 알아보고자 합니다.
 

아이폰 15 pro(출처: Apple: https://www.apple.com/kr/shop/buy-iphone)

1. 기본 정보:

타이타늄은 원자 번호 22를 가진 화학 원소로, 은색의 전이 금속입니다. 그 이름은 그리스 신화의 티탄들을 기리기 위해 지어졌으며, 1791년에 영국의 윌리엄 그레고리에 의해 처음 발견되었습니다.
 

2. 물리화학적 특성:

타이타늄은 낮은 밀도와 높은 강도를 가지며, 이 말을 한마디로 이야기 하면, 비강도가 높다고 이야기 할 수 있습니다. 타이타늄 합금은 금속 중에서는 굉장히 비강도가 높은 편에 속합니다. 또한, 타이타늄은 상온뿐만 아니라, 고온에서도 높은 부식 저항성을 유지합니다. 이러한 특성은 타이타늄을 우주선, 제트 엔진, 철도 차량 등과 같은 다양한 산업 분야에 많이 사용되는 이유이기도 합니다.
 

3. 기계적 특성:

타이타늄은 상업적으로 순수한 형태[CP-Ti(commercial pure titanium)]에서 150에서 500 MPa (63,000 psi)의 항복 강도와 300에서 900MPa정도의 인장강도를 가집니다.(하지만 이것도 냉간 압연이냐 열처리를 뭘 하고 어떤 공정을 거쳤냐에 따라 달라집니다..) 이는 일반적인 저급 강철 합금과 동등하며, 알루미늄보다 두 배 이상 강합니다.
 

4. 존재 및 추출:

타이타늄은 루틸과 일멘타이트와 같은 몇 가지 광물에서 발견되며, 이들은 지구의 껍질과 리소스피어에 넓게 분포되어 있습니다. 이 금속은 거의 모든 생물, 물, 암석, 토양에서 발견됩니다. 타이타늄은 주로 Kroll 및 Hunter 공정을 통해 주요 광석에서 추출됩니다.(Hunter는 최초로 순수 타이타늄 공정에 성공, Kroll은 대량 생산에 성공함.)
 

5. 화합물 및 용도:

타이타늄의 가장 흔한 화합물인 이산화 타이타늄은 강력한 광촉매로 사용되며, 흰색 색소의 제조에 사용됩니다. 타이타늄은 다양한 요소와 합금을 형성하여 항공우주, 군사, 산업 공정, 자동차, 농업, 의료 보철물, 정형 외과 임플란트, 치과 및 치과기구, 치과 임플란트, 스포츠 용품, 보석, 휴대폰 등에 사용됩니다.
 

6. 타이타늄의 활용

타이타늄 합금은 높은 인장강도/밀도 비, 높은 내식성, 피로 저항성, 크랙 저항성, 그리고 상당히 높은 온도에서도 응력에 대한 저항성이 강하고, 생체적합성이 뛰어나, 다음과 같은 분야에서 많이 사용이 됩니다. 
- 철강 산업에서의 사용
- 항공우주 및 해양 산업에서의 사용(항공기, 방어판, 해군 함선, 우주선, 미사일)
- 우주 탐사에서의 사용:
 
이렇게 이번 시간에는 타이타늄 금속에 대해서 알아봤습니다. 다음번에 기회가 된다면, 타이타늄의 대표적인 합금이고, 아이폰 15 Pro에서 사용되었다는 Ti-6Al-4V(Ti gr.5)에 대해 알아보도록 하겠습니다.