티타늄은 1791년 영국의 광물학자인 윌리엄 그레고르에 의해 발견되었다. 그레고르는 잉글랜드 콘월 지역의 자성 광물 모래를 분석하여 일메나이트를 분리해냈다.
그로부터 4년 후인 1795년, 헝가리산 루틸을 이용해 독일의 화학자 마틴 하인리 클라프로트가 이산화티타늄을 분리하였으며, 이 새로운 원소를 티타늄(Titanium)이라 명명했다.
금속 티타늄은 처음으로 1910년 매튜 A. 헌터에 의해 렌셀러 폴리테크닉 연구소에서 TiCl4와 나트륨을 가열하는 방법으로 제조되었다.
1932년, 룩셈부르크의 화학자 빌헬름 저스틴 크롤(Wilhelm Justin Kroll)은 TiCl4와 Na를 사용하여 많은 양의 티타늄을 생산했다. 제2차 세계대전 초반 그는 미국 광산국(Bureau of Mines)에서 마그네슘 대신 칼슘을 환원제로 사용해 TiCl4를 환원하면 티타늄을 상업적으로 추출할 수 있음을 입증하였으며, 이 방법은 '크롤 공정(Kroll process)'으로 알려져 오늘날까지 널리 사용되고 있다. 티타늄 금속은 1948년 미국의 듀폰(DuPont)에 의해 처음으로 상업적으로 생산되었다.
현재까지 중국, 미국, 러시아, 일본이 주요 티타늄 제품 생산국이며, 이들 국가의 생산량 합계는 세계 티타늄 생산량의 90% 이상을 차지한다.
솔직히 말해서 티타늄은 희귀 금속이 아닙니다. 지각에서 티타늄은 9번째로 풍부한 원소이며, 알루미늄, 철, 마그네슘에 이어 네 번째로 풍부한 구조용 금속입니다. 하지만 유감스럽게도 지각 내에서 티타늄 함량이 높은 광석은 드물며, 순수한 티타늄은 아직까지 자연 상태에서 발견된 적이 없습니다. 순수한 티타늄 금속을 생산하는 것이 매우 어렵기 때문에 티타늄은 항상 '비싼' 금속으로 여겨집니다. 오늘날에도 티타늄은 여전히 배치식 및 불연속적으로만 생산되며, 다른 구조용 금속과 같은 연속 생산 공정을 갖추고 있지 않습니다.
주기율표(Figure 1)에 있는 112개의 알려진 화학 원소 중 약 85%는 금속 또는 준금속입니다. 금속은 철금속과 비철금속, 경금속과 중금속 등 다양한 방식으로 분류할 수 있습니다. 티타늄은 비철금속이자 경금속입니다.
티타늄의 원자 번호는 22이며, 표준 원자량은 47.90, 밀도는 4.5g/cm³이고, 융점은 최대 1725℃에 이릅니다. 티타늄은 이형성 동소체로서, 882.5℃ 이하의 온도에서는 조밀한 육방 배열 구조인 α-티타늄을 형성하고, 882.5℃ 이상에서는 입방 중심 격자 구조인 β-티타늄으로 전이됩니다.
금속의 성질은 주로 격자 내 원자들 사이의 금속 결합에 의해 결정되며, 이는 격자 내에서 자유롭게 이동할 수 있는 가전자 전자가 전기 전도성과 같은 전형적인 금속적 특성을 유도한다는 것을 의미합니다. 또한 격자 내 원자의 미끄러짐에 의한 소성 변형이나 불순물 원자의 도핑을 통해 합금화될 수 있습니다. 순수 티타늄에 다른 금속 원소를 첨가하여 상온(또는 고온) 기계적 성질과 내식성을 향상시킨 것을 티타늄 합금이라 합니다.
티타늄 및 티타늄 합금은 비강도가 높고 부식 저항성이 뛰어난 두 가지 뛰어난 특성을 가지고 있습니다.
특정 강도 는 재료의 강도와 밀도 간의 관계를 측정하는 지표이다. 일반적으로 인장 강도로 표현되는 재료의 강도를 그 밀도로 나눈 비율로 정의된다. 특별강도(Specific Strength)는 단위 질량당 재료의 하중 지지 능력을 평가하는 데 사용되며, 경량 고강도 구조 설계 시 중요한 파라미터이다. 티타늄 합금은 가볍고 특별강도(Specific Strength)가 높아 항공우주 산업에서 특히 널리 사용된다.
부식 방지 부식 저항성은 재료가 화학적 또는 전기화학적 반응에 저항하는 능력을 의미하며, 이러한 반응은 재료의 열화, 손상 또는 부식을 유발할 수 있다. 부식 저항성은 특히 혹독한 환경이나 부식성 매체에 노출되는 응용 분야에서 재료 과학에서 매우 중요한 특성이다. 티타늄 합금의 부식 저항성은 표면에 밀도 높고 자가 치유 기능을 갖춘 산화물 박막을 형성할 수 있기 때문이다. 이 불활성화 막 덕분에 티타늄 합금은 스테인리스강보다 약 100배 높은 부식 저항성을 갖는다. 해양 공학 분야에서 티타늄 합금은 '해양 금속'으로 알려져 있으며, 경량성, 고강도 및 우수한 부식 저항성 특성으로 인해 점차 스테인리스강을 대체하고 있다.
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