地球上で最も強い金属は何ですか?

地球上で最も強い金属を決定するには、いくつかの基本ルールを設定する必要があります。まず、特定の金属の強度を測定する方法は複数あります。

引張強度はポンド/平方インチ (psi) で測定され、材料が破損することなくサポートできる最大荷重を反映します。降伏強度は、永久変形を引き起こすために必要な応力の量を測定します。

タングステンは純金属の中で最も高い降伏強度と引張強度を備えており、おそらく世界で最も強い金属となっています。しかし、それは最も硬い金属元素ではなく、重量で最も強い金属でさえありません。

純粋な金属と言えば、最も強い金属を決定することにも疑問が生じます。最も強い金属は天然金属 (非合金金属) である必要があるのでしょうか、それとも複数の異なる金属の合金であり得るのでしょうか。鋼は地球上で最も強い合金と考えられています。

地球上で最も強い金属のいくつかとその驚くべき用途を見てみましょう。

タングステン

タングステンは、天然金属の中で最も高い融点 (3695 K) と極限引張強度 (142,000 psi) を持っています。タングステンとその合金は、白熱電球やテレビ管のフィラメントの製造に使用されてきました。

このレアメタル自体はモース硬度で 7.5 (ダイヤモンドは 10) ですが、複合タングステンカーバイドはさらに硬く (9.5)、工具の製造に使用されます。

鋼鉄

鋼は、鉄（金属）と炭素（非金属）の 2 つの元素の合金です。合金鋼は、鉄と鋼の比率や、存在する追加の金属が異なります。たとえば、ステンレス鋼を作成するには、鋼とクロムを組み合わせます。炭素鋼には炭素が多く含まれているため、他の合金鋼よりも強度が高くなります。

オスミウム

オスミウムは、世界で最も密度の高い天然金属の 1 つです。ただし、オスミウムは非常に脆いため、通常は合金にはあまり使用されません。オスミウムは電気回路部品に含まれています。

クロム

強度を硬度と考えると、クロムは世界で最も強い金属であると考えることができます。モース硬度 8.5 のクロムは、地球上で最も硬い金属です。腐食にも強いため、クロムメッキが人気です。

チタン

ギリシャ神話に登場する巨大なタイタンにちなんで名付けられたチタンは、地球上の金属の中で引張強度と密度の比が最も高くなります。チタン合金（チタンと他の金属の混合物）は、地球上のあらゆる金属の中で最も高い強度対重量比を誇ります。純チタンは鋼と同等の強度を持ちながら、45％軽いです。

チタンの優れた強度対重量比により、チタン合金は飛行機のエンジンや機体、ロケット、ミサイルなど、金属部品が可能な限り丈夫で軽量である必要があるあらゆる用途に最適な素材となっています。特にレアな金属ではありませんが、 があるため高価です。

世界最大の旅客機であるエアバス A380には、その巨大なエンジンのほとんどにチタンが使用されています。

1930 年代の「ノックス法」と呼ばれる冶金学的革新のおかげで、チタンの製造は 1940 年代から 1950 年代に本格化しました。最初の用途は軍用機と潜水艦 (アメリカ製とロシア製) で、その後 1960 年代には民間航空機にも使用されました。

チタンの発見

遡ること1791年、英国のアマチュア鉱物学者で教会牧師のウィリアム・グレガーは、コーンウォールの町近くの小川で奇妙な黒い砂を拾い上げた。砂の一部は磁性を持っており、グレゴールはそれが酸化鉄であると判断しましたが、他の物質は謎でした。それは確かに別の酸化物でしたが、王立地質学会の本に載っているものではありませんでした。

ドイツの化学者、マルティン・ハインリヒ・クラプロスは 1795 年にこの奇妙な酸化物を再発見し、ギリシャ神話のオリュンポスの神々にちなんで、その酸化物に神話的な名前を付けました。

18世紀後半に発見されたにもかかわらず、純チタンは1910年まで酸化物から分離されなかった。1910年、ゼネラル・エレクトリック社に勤めるアメリカの化学者マシュー・ハンターが、高温と高圧の下で酸化物から銀色の金属を剥がす方法を発見した。封印された「爆弾」の中に。

チタンは錆びない

腐食は、ほとんどの金属を時間をかけてゆっくりと破壊する電気化学プロセスです。空気中または水中で金属が酸素にさらされると、酸素が電子を奪い、金属の「酸化物」と呼ばれるものを生成します。最も一般的な腐食性酸化物の 1 つは酸化鉄、別名錆です。

しかし、すべての酸化物が下地の金属を腐食にさらすわけではありません。チタンが酸素と接触すると、その表面に二酸化チタン (TiO ₂ ) の薄い層が形成されます。この酸化物層は実際に、ほとんどの酸、アルカリ、汚染、塩水によって引き起こされる腐食から下地のチタンを保護します。

チタンの自然な防食特性は、航空機だけでなく、腐食性の高い塩水にさらされる海底部品にも理想的な素材です。船のプロペラはほとんどの場合チタンで作られており、船の内部バラストや配管システム、海水にさらされる船内のハードウェアも同様です。

チタンは頭からつま先まで身体の各部に存在します

チタンを腐食から保護する同じ二酸化チタンの薄い層により、チタンは人体に埋め込むのに最も安全な材料になります。チタンは完全に「生体適合性」があり、無毒、非アレルギー性であり、人間の組織や骨と融合することもできます。

チタンは、骨や関節のインプラント、頭蓋プレート、歯科インプラントの根元、人工の目や耳のペグ、心臓弁、脊椎固定術、さらには尿道のスティントにも使用されます。チタンインプラントは体の免疫システムを刺激して、チタン表面に直接骨を成長させる、つまりオッセオインテグレーションと呼ばれるプロセスを引き起こします。

人工股関節置換術や骨折した骨のピンにチタンが最適であるもう 1 つの理由は、チタンは有名な高い強​​度重量比を備えているため、インプラントの軽量化に加えて、人間の骨とまったく同じ弾性を示すことです。

ゴルフクラブやその他のスポーツ用品のチタン製スイング

20 世紀後半に純チタンの価格が下落すると、メーカーはこの不思議な金属のさらなる商業用途を模索し始めました。チタンは軽量で強度があるため、スポーツ用品に最適です。

グレート ビッグ バーサとして知られるキャロウェイの巨大ドライバーなど、1990 年代半ばのヒット店。このクラブはスチールやウッドのドライバーに比べて高価でしたが、その成功により他のスポーツメーカーもチタンに手を付けるようになりました。

現在では、テニスラケット、ラクロスのスティック、スキー板、自転車のフレーム、野球のバット、ハイキングや登山用品、キャンプ用品など、重量、強度、耐久性が重要となるあらゆるスポーツ用品にチタンが使用されています。

白いペイント（およびケーキのアイシング）にはチタンが含まれています

毎年生産される 630 万トン (570 万トン) のチタンのうち、金属に鍛造されるのはわずかです。大部分は二酸化チタンに変化します。二酸化チタンは、チタンを自然に腐食から保護するのと同じ材料です。二酸化チタンは、ペイント、化粧品、医薬品、ホワイトケーキアイシングなどの食品の無毒な漂白顔料として世界中で使用されています。

かつては白い絵の具は鉛ベースの顔料で染色されていましたが、鉛の健康への影響が知られると、二酸化チタンが使われるようになりました。チタンベースの顔料にはいくつかの優れた特性があることが判明しました。

住宅塗装業者は、防食性があり、耐久性が高いため、チタンベースの白色塗料を選択します。酸化チタンは非常に屈折率が高く、自然な輝きを与え、特に明るい白色を生み出します。

酸化チタンは赤外線も反射するため、画像をぼかす赤外線を分散させるために太陽天文台の外装には常にチタンベースの塗料が使用されています。

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