마법의 금속 과학을 풀어보세요

"그리스 신화에 등장하는 거대한 타이탄의 이름을 딴 티타늄은 지구상에서 가장 강한 금속입니다. 여러분도 아마 인생의 어느 시점에서 티타늄에 대해 들어보셨을 것입니다. 현재 가격으로는 비싸지만 희귀한 금속은 아닙니다. - 단지 채굴하고 생산하는 데 비용이 많이 들 뿐입니다.

티타늄으로 만든 인공 관절, 골프 클럽, 잠수함에 대해 알고 계시겠지만, 화이트 케이크 프로스팅에서도 티타늄이 발견된다는 사실을 알고 계셨나요? 자, 여기 이 유명한 튼튼한 금속에 관한 흥미로운 이야기가 있습니다!

01이 "신성한" 금속은 20세기까지 단조되지 않았습니다.

1791년 초 영국의 아마추어 광물학자이자 교회 목사인 윌리엄 그레고르(William Gregor)는 콘월 마을 근처의 개울에서 이상한 검은 모래를 발견했습니다. 이 검은 모래 중 일부는 자성이었고 Gregor는 이것이 산화철이라고 결론을 내렸지만 다른 물질은 미스터리였습니다. 물론 또 다른 산화물이었음에 틀림없지만 당시 왕립지질학회 교과서에는 없었다.
산화티타늄 분말

1795년 독일의 화학자 마틴 하인리히 클라프로트(Martin Heinrich Klaproth)는 이 이상한 산화물을 재발견하고 그리스 신화에 등장하는 올림픽 이전 신들의 이름을 따서 티타늄 산화물이라고 명명했습니다.{1}} 순수 티타늄은 18세기 말에 발견되었지만 1910년이 되어서야 미국 제너럴 일렉트릭(General Electric)의 화학자인 매튜 헌트(Matthew Hunt)가 티타늄을 산화물로부터 분리할 수 있었고, 1910년 헌트는 봉인된 "폭탄"에서 고온 및 고압에서 산화물로부터 은빛 금속을 제거하는 방법을 알아냈습니다.

02 지구상에서 가장 가볍고 가장 강한 금속입니다.

순수 티타늄은 지구상의 모든 금속 중 강도-대-중량 비율이 가장 높습니다. 강철만큼 강하면서도 45% 더 가볍습니다.
티타늄 고정 장치

이러한 뛰어난 강도-대-중량 비율로 인해 티타늄 및 티타늄 합금(티타늄과 기타 금속의 혼합물)이 비행기 엔진과 동체, 로켓, 미사일, 심지어 우주선에 사용되는 재료로 선택되었습니다. 현대 산업에서는 금속 부품 없이는 작동할 수 없는 모든 장비에 최대한 견고하고 가벼운 소재를 공급해야 합니다.

03 티타늄은 부식에 더 강합니다.

부식은 시간이 지남에 따라 대부분의 금속을 천천히 파괴하는 전기화학적 과정입니다. 금속이 공기 중이나 수중에서 산소에 노출되면 산소는 전자를 붙잡고 금속의 "산화물"이라고 부르는 것을 생성합니다. 일반적인 부식성 산화물 중 하나는 산화철 또는 녹입니다.

그러나 모든 산화물이 밑에 있는 금속을 부식시키는 것은 아닙니다. 예를 들어, 티타늄은 이산화티타늄(TiO2)의 얇은 층으로 덮여 있으며, 이는 실제로 갈바닉 부식, 미생물 부식, 응력 부식을 포함한 모든 유형의 부식으로부터 기본 티타늄을 보호합니다.
티타늄의 자연적인 내식성은 항공기뿐만 아니라 부식성이 높은 해수에 노출되는 해저 부품에도 이상적인 소재입니다. 선박 프로펠러는 선박의 내부 밸러스트 및 배관 시스템과 해수에 노출되는 선상 하드웨어와 마찬가지로 거의 독점적으로 티타늄으로 만들어집니다.

04 티타늄은 머리부터 발끝까지 인체 모든 부위에 이식이 가능합니다.

티타늄을 부식으로부터 보호하는 얇은 이산화티타늄 층은 인체에 이식해도 안전합니다. 티타늄은 완전히 '생체적합성'을 갖고 있습니다. 즉, 독성이 없고-알레르기나 거부 반응을 일으키지 않으며 인체 조직 및 뼈와 융합될 수도 있습니다.
티타늄 두개골 플레이트

티타늄은 뼈 및 관절 임플란트, 두개골 판, 치과 임플란트 뿌리, 인공 눈 및 귀걸이, 심장 판막, 척추 융합 및 요도 협착에 탁월한 수술 재료입니다. 연구에 따르면 티타늄 임플란트는 신체의 면역체계가 티타늄 표면에서 직접 뼈를 성장시키도록 촉발하는 것으로 나타났습니다. 이 과정은 골융합이라고 알려져 있습니다.
티타늄 고관절

티타늄은 인체 임플란트를 더 가볍게 만드는 탁월한 강도-대-비율과 인체 뼈와 동일한 탄력성 때문에 고관절 교체 및 골절 핀에 사용됩니다.

05 스포츠 장비에서 티타늄의 역할

20세기 후반에 순수 티타늄 가격이 떨어지자 제조업체들은 이 경이로운 금속의 상업적 용도를 더 많이 찾기 시작했습니다. 티타늄은 가벼운 무게와 높은 강도로 인해 스포츠 용품 제조에 이상적입니다.