チタンはどんなときに錆びるのか？－チタンが錆びる原因と科学的メカニズム

いいえ、完全に錆びないわけではありません。チタンは通常の環境では非常に耐食性が高いですが、特定の条件（強酸環境、フッ素含有物質との接触、隙間状態での長期間の塩素環境など）では腐食することがあります。しかし日常生活や多くの産業用途では、優れた耐食性を発揮します。

チタンが空気や水中の酸素と接触すると、表面に自然に酸化チタン（TiO₂）の膜が瞬時に形成されます。この膜は非常に薄く（数ナノメートル）ですが、緻密で強靭であり、内部の金属を保護します。この膜は傷がついても、酸素がある環境では自己修復する特性があります。

必ずしも腐食の兆候ではありません。チタンの表面に形成される酸化膜の厚さにより、干渉色と呼ばれる虹色や青、紫などの色が現れることがあります。これは腐食ではなく、光の干渉現象によるものです。ただし、茶色や黒色の斑点が現れた場合は、異物付着や局所的な腐食の可能性があるため、専門家に相談することをお勧めします。

• フッ素含有製品を避ける：歯磨き粉、フッ素洗口液、一部の家庭用洗剤などに含まれるフッ素化合物はチタンの酸化膜を直接溶解するため、特に注意が必要です
• 鉄汚染に注意する：鉄製ブラシや工具でのクリーニングを避け、鉄粉が付着した場合は速やかに除去してください（ガルバニック腐食の原因になります）
• 塩素環境での使用後は十分に洗浄：プールや海水環境で使用した後は、真水でよく洗い流し、特に接合部や隙間に塩分が残らないようにしてください
• 陽極酸化処理（カラーチタン）の場合：研磨剤入りクリーナーは色調を損なう可能性があるため使用を避けてください
• 高温環境（500℃以上）への長時間暴露を避ける：高温により酸化膜の性質が変化し、保護性が低下することがあります

チタンは通常、アルミニウムやステンレス鋼より優れた耐食性を持ちます。アルミニウムの酸化皮膜は脆く、酸や塩分で破壊されやすい特性があります。ステンレス鋼は一定の耐食性がありますが、塩化物環境では孔食や応力腐食割れを起こすことがあります。チタンは海水環境でも安定しており、最も厳しい環境でも優れた耐食性を発揮します。

チタンの陽極酸化処理は、電解液中でチタンに電圧をかけることで、表面の酸化膜を人工的に厚くする表面処理技術です。これにより、耐食性の向上と同時に、光の干渉作用で様々な発色が可能になります。この技術は高級腕時計のケース、眼鏡フレーム、自転車部品、医療機器、ジュエリーなど、機能性と美観の両立が求められる製品に使われています。

チタンは以下のような産業で広く使用されています：

• 航空宇宙産業（航空機のエンジン部品、機体構造材）
• 医療産業（インプラント、外科器具、歯科材料）
• 化学プラント（反応槽、熱交換器、配管）
• 海洋産業（船舶部品、海水淡水化設備、海洋構造物）
• スポーツ・レジャー用品（ゴルフクラブ、自転車フレーム、時計ケース）
• 自動車産業（エンジンバルブ、排気系部品、サスペンション）

チタンの鍛造が難しい理由は主に以下の特性によります：

• 高い変形抵抗（硬さと強度）
• 低い熱伝導率（局所的に材料温度が上昇しやすい）
• 高温での活性（酸素や窒素と反応しやすい）
• 金型への負担が大きい（金型との接触部分が急冷されて割れの原因になることも）

これらの特性により、加熱温度の精密な管理が必要となります。チタン合金は加熱温度が高すぎると目的とする組織が得られず、低すぎると変形抵抗の上昇を招くため、鍛造可能温度領域が制限されています。チタン合金の鍛造には金属学的知識と豊富な経験が求められます。

ガルバニック腐食とは、異なる種類の金属が水や湿気の中で接触したときに起こる腐食現象です。これは金属間の電位差による「電気化学的反応」で、より電位の低い金属が優先的に腐食します。

これは先に説明した「濃淡電池」とは異なり、濃淡電池が同じ金属の環境差で起こるのに対し、ガルバニック腐食は金属の種類自体の違いによって発生します。

身近な例では、鉄製のネジをアルミニウム板に取り付けると、湿気があるとアルミニウムが優先的に腐食するのはこの現象です。

チタンの場合、多くの金属より電位が高い金属なので、鉄やアルミニウムなどと接触すると、相手の金属が腐食します。しかし、チタン製品に鉄粉が付着した場合、特定の条件下では局所的な電気化学セルが形成され、チタン自体が腐食することもあります。