チタンは周期表の原子番号 22 の元素で、亜族元素の第 4 周期、つまり IV 族 B に属します。チタンの他にジルコニウム、ハフニウムがあり、それらの共通の特徴は融点が高いことです。室温で表面に安定な酸化膜を形成します。
チタンの10の特徴
1.小さな密度、高強度、大きな比強度
チタンの密度は4.51g/cm3で鉄の57%、重さはアルミニウムの2倍以下、強度はアルミニウムの3倍です。 チタン合金の比強度（強度/密度比）は一般的な工業用合金の中で最も大きく（表1参照）、チタン合金の比強度はステンレス鋼の3.5倍、アルミニウム合金の1.3倍、アルミニウム合金の1.7倍です。マグネシウム合金の一種であるため、航空宇宙産業には欠かせない構造材料です。
2.優れた耐食性
チタンの不動態化は酸化膜の存在に依存しており、酸化性媒体における耐食性は還元性媒体よりもはるかに優れています。 還元媒体では高い速度で腐食が発生します。 チタンは、海水、湿った塩素、亜塩素酸塩および次亜塩素酸塩溶液、硝酸、クロム酸、金属塩化物、硫化物、有機酸などの一部の腐食性媒体では腐食しません。 しかし、チタンと反応して水素を生成する媒体（塩酸や硫酸など）では、通常、チタンの腐食速度が高くなります。 しかし、酸に少量の酸化剤を添加すると、チタンの表面に不動態皮膜が形成されてしまいます。 そのため、強硫酸－硝酸や塩酸－硝酸の混合液や、遊離塩素を含む塩酸の中でもチタンは耐食性を発揮します。 チタンの保護酸化膜は、たとえ少量の水や水蒸気であっても、金属が水に接触すると形成されることがよくあります。 チタンは水分が全く存在しない強い酸化環境にさらされると、急激な酸化が起こり激しい反応が起こり、場合によっては自然発火することもあります。 このような現象は、チタンと過剰の窒素酸化物を含む発煙硝酸との反応や、チタンと乾燥塩素ガスとの反応において発生する。 したがって、この種の反応を防ぐには、特定の対策が必要です。
3. 良好な耐熱性
通常、アルミニウムは 150 ℃、ステンレス鋼は 310 ℃で元の特性が失われますが、チタン合金は約 500 ℃でも良好な機械的特性を維持します。 航空機の速度が音速の2.7倍に達すると、航空機構造の表面温度は230度に達し、アルミニウム合金やマグネシウム合金は使用できなくなり、チタン合金が要件を満たすことができます。 チタンは耐熱性に優れており、航空エンジンのコンプレッサーのディスクやブレード、航空機の後部胴体の外板などに使用されています。
4.優れた低温性能
一部のチタン合金（Ti-5AI-2.5SnELI など）の強度は温度の低下とともに増加しますが、可塑性はあまり低下せず、低温でも良好な延性と靭性を維持します。超低温での使用に適しています。 乾燥液体水素や液体酸素のロケットエンジンや、有人宇宙船の超低温コンテナや貯蔵タンクとして使用できます。
5. 磁界なし
チタンは非磁性で、潜水艦の船体に使用されており、機雷爆発を引き起こしません。
6. 熱伝導率が小さい
チタンの熱伝導率は小さく、鋼の1/5、アルミニウムの1/13、銅の1/25しかありません。 チタンは熱伝導率が悪いのが欠点ですが、チタンの特性を利用できる場合もあります。
7. 低弾性率
チタンの弾性率は鋼の55%に過ぎず、構造材料として使用する場合は弾性率が低いことが欠点となります。
8. 引張強さと降伏強さは非常に近い
Ti-6AI-4V チタン合金の引張強さは 960MPa、降伏強さは 892MPa で、両者の差はわずか 58MPa です。
9.チタンは高温で酸化しやすい
チタンは水素や酸素との結合力が強いため、酸化や水素吸収の防止に注意が必要です。 チタン溶接は、汚染を防ぐためにアルゴンの保護下で実行する必要があります。 チタン管およびシートは真空下で熱処理する必要があり、チタン鍛造品の熱処理中は微酸化雰囲気を制御する必要があります。
10. 減衰性能が低い
チタンやその他の金属素材（銅、鋼）で作られた時計と同じ形、同じ大きさで、同じ力で鐘をたたくと、チタンでできた時計の振動音、つまりエネルギーが長く持続することがわかります。時計をノックすることによって与えられる振動は消えにくいため、チタンの制振性能は低いと言えます。
チタンの3つの特別な機能
1
形状記憶機能
Ti-50%Ni (原子) 合金は、特定の温度条件下で元の形状能力を復元することができ、この材料を形状記憶合金と呼びます。
2
超電導機能
Nb-Ti合金を指します。温度が絶対零度近くまで下がると、Nb-Ti合金で作られたワイヤーは抵抗を失い、大きな電流が流れてもワイヤーは加熱せず、エネルギー消費はありません。超電導物質といいます。
3
水素貯蔵機能
多量の水素を吸蔵する能力を持つTi-50%Fe（原子）合金を指します。 Ti-Feのこの特性を利用すれば、水素を安全に貯蔵することができます。つまり、水素貯蔵には必ずしも鋼製の高圧シリンダーを使用する必要はありません。 特定の条件下では、エネルギー貯蔵材料と呼ばれる Ti-Fe からも水素が放出されることがあります。