专题报道
钛合金的制备方法
一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法
热处理钛合金的方法和所得零件
机械合金化热处理法制备6AI4V钛合金粉的工艺
冲压成形性和强度的平衡优异的钛或钛合金板
一种钛合金棒材的制备方法
一种低成本钛合金的制备方法
大规格高性能钛及钛合金锭的熔铸方法
一种粉末冶金钛合金及其制备方法
一种凝胶注模-自蔓延高温合成制备钛合金材料的方法
微量稀土合金化处理的TA16钛合金
一种低密度高铸造性能钛合金材料及其制备方法
一种低弹性模量的铸造钛合金
一种低密度高性能钛合金材料及其制备方法
一种钛合金TI-62222S及其制备方法
一种钛合金TI-811-1及其制备方法
通过粉末冶金法制备基于钛合金的并且TIB强化的复合部件的方法
一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法
申请号：201110267053.6
公布日：2012-01-18
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
摘要：本发明提供了一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法。所述方法包括以下步骤:将熔分钛渣直接热装入炉;升温至熔池澄清后,加还原剂进行冶炼,控制反应温度;反应完毕后,镇静沉降;出渣、出合金,冷却制得含钛合金。本发明采用钒钛磁铁矿直接还原或非高炉炼铁后得到的熔分钛渣为原料制备含钛合金,能够有效的利用熔分钛渣中的钛资源,采用热渣直接入炉的方式,降低了生产成本和能源消耗,对提高钒钛磁铁矿资源的综合利用率具有重要意义。
热处理钛合金的方法和所得零件
申请号：200980156528.5
公布日：2012-01-11
申请(专利权)人：奥贝尔&杜瓦尔公司
摘要：本发明涉及一种热处理Ti?5-5-5-3型钛合金的方法,该Ti5-5-5-3型钛合金具有以重量百分数计的以下组成:4.4-5.7%铝,4.0-5.5%钒,0.30-0.50%铁,4.0-5.5%钼,2.5-3.5%铬,0.08-0.18%氧,痕量至0.10%的碳,痕量至0.05%的氮,痕量至0.30%的锆,痕量至0.15%的硅,其余百分数是钛和杂质,其特征在于所述合金的热处理包括:将合金加热到800-840℃且低于该合金的β-转变的第一平台;维持第一温度平台1-3小时;在没有中间再加热的情况下将合金冷却至760℃-800℃的第二平台;维持第二温度平台2-5小时;将合金冷却至室温;将
合金加热到540℃-650℃的第三平台;维持第三温度平台4-20小时;和将合金冷却至室温。本发明还涉及由所述方法产生的零件。
机械合金化热处理法制备6AI4V钛合金粉的工艺
申请号：201110188053.7
公布日：2011-11-23
申请(专利权)人：郑新科
摘要：本发明涉及一种新型机械合金化热处理法制备6AI4V钛合金粉的新工艺。其是在不同粒度的氢化钛粉中按一定比例将铝钒合金粉混合,在高能球磨机中预合金化。在一定温度和真空条件下进行脱氢。在真空条件下进行热处理,机械合金化粉体的热处理过程中,粉体发生组成相结构有序化转变,即由无序的钛合金固溶体向有序的TIAIV金属间化合物转变,同时转变成等比化合物。
冲压成形性和强度的平衡优异的钛或钛合金板
申请号：200980149586.5
公布日：2011-11-16
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所
摘要：一种单向轧制的钛或钛合金板,其表面涂布有润滑皮膜,该润滑皮膜表面的动摩擦系数控制在低于0.15,并且在钛或钛合金板的轧制方向的延伸率(L-El)和与轧制方向垂直的方向上的r值(T-r)之间具有下式(1)的关系。T-r/L-El≥0.07…(1)。
一种钛合金棒材的制备方法
申请号：201110079025.1
公布日：2011-11-02
申请(专利权)人：西北有色金属研究院
摘要：本发明公开了一种钛合金棒材的制备方法,该方法是将制备的TC4-DT钛合金铸锭加热至1150℃～1200℃,然后用快锻机在铸锭的β相区开坯锻造,接着采用电阻炉将锻坯加热至Tβ-50℃～Tβ-20℃后,用快锻机反复镦粗、拔长锻造,再将经锻造后的锻坯在锻造温度为Tβ-70℃～Tβ-40℃的条件下锻造至所需尺寸,得到均匀组织的钛合金棒材,最后对均匀组织的钛合金棒材进行双重退火处理,得到成品钛合金棒材。本发明操作方便、工艺可控性较强,制备的棒材批次稳定性高,重复性好。采用本发明的方法制备的钛合金棒材塑性强,低倍组织合格,具有较高的强度和断裂韧性,以及低的疲劳裂纹扩展速率。
一种低成本钛合金的制备方法
申请号：201110028440.4
公布日：2011-05-18
申请(专利权)人：西北有色金属研究院
摘要：本发明公开了一种低成本钛合金的制备方法,该方法采用廉价的Fe-Mo中间合金和Al-Mo中间合金代替昂贵的合金元素,同时向海绵钛中添加钛的边角料或残料,利用真空自耗电弧炉熔炼制备钛合金。本发明在增大钛边角料或残料在合金制备中所占的比例的同时采用大变形量加工等短流程加工方法,使得钛合金的制备成本降低30%以上。
大规格高性能钛及钛合金锭的熔铸方法
申请号：200910023710.5
公布日：2011-03-30
申请(专利权)人：宝鸡力兴钛业有限公司
摘要：一种大规格高性能钛及钛合金锭的熔铸方法,(1)压制电极:将纯钛或钛合金原料压制成电极块;(2)组焊电极:采用氩弧焊接将压制成的电极块组焊成大型自耗电极;(3)一次真空自耗熔炼:将组焊好的电极放入真空自耗电极电弧炉中进行一次熔炼制成一次铸锭;(4)二次真空自耗熔炼:将一次铸锭作为电极进行二次熔炼制成成品铸锭。本发明与现有技术相比能有效克服钛合金中合金成分的偏析,并改善金相显微组织结构,避免熔锭产生粗大晶界、碳化物网脆化等,减少裂纹产生,提高钛合金强度和机械性能,提高熔炼效率。
一种粉末冶金钛合金及其制备方法
申请号：201010528383.1
公布日：2011-02-02
申请(专利权)人：中南大学
摘要：本发明提供一种粉末冶金钛合金及其制备方法。各组份及其质量百分比为:Al?2～7,Mo?2～8,V?2～6,Ag?2～10,LaB60.1～3.0;其余为钛和不可避免的杂质。按照各组元的质量百分比称取一定粒度的钛粉、铝粉、钼粉、铝钒中间合金粉、银粉、以及六硼化镧粉。采用混合法将粉末混合均匀。通过模压成型工艺压制成具有一定形状的生坯。将生坯放入真空热压烧结炉中进行烧结,随炉冷却后得到含银与硼化钛颗粒的粉末冶金钛合金。本发明工艺过程简单,在混料时加入银粉改善生坯的成型性,添加六硼化镧粉原位反应生成硼化钛颗粒弥散增强基体合金,而进一步通过热压烧结提高烧结体致密度,从而得到高致密化具有高强度的新型粉末冶金钛合金。
一种凝胶注模-自蔓延高温合成制备钛合金材料的方法
申请号：201010298627.1
公布日：2011-01-26
申请(专利权)人：北京科技大学
摘要：一种凝胶注模-自蔓延高温合成制备钛合金材料的方法,属于粉末冶金领域。本发明首先通过凝胶注模的方法,采用水基或甲苯基体系近净成形出所需形状的坯体,然后采取自蔓延的方法,制备出多孔、高强、低模的钛合金植入材料的产品。该技术很好的将凝胶注模和自蔓延的优点结合起来,成本低、工艺简单、效率高、节能。
微量稀土合金化处理的TA16钛合金
申请号：201010227781.X
公布日：2010-11-10
申请(专利权)人：上海大学
摘要：本发明涉及一种微量稀土合金化处理的TA16钛合金,在残酷环境下应用的钛合金,要求钛合金必须具有良好的力学性能和高温强度,本发明中稀土RE的含量为0.005wt%≤RE≤0.1wt%。本发明通过具有较大负电性的稀土元素对TA16合金的合金化处理,使稀土与钛合金中微量的杂质元素C、H、O、N等作用形成难熔稀土氧化物,降低钛基体中间隙氧的含量,提高了合金的热强性。稀土第二相的存在必将导致与再结晶晶界发生交互作用,并细化晶粒,细晶粒对拓宽高温钛合金热加工工艺是非常有利的,改善了TA16钛合金难于加工的特点,同时也利于提高室温强度及疲劳强度。
一种低密度高铸造性能钛合金材料及其制备方法
申请号：201010142643.1
公布日：2010-07-28
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司
摘要：本发明介绍了一种低密度高铸造性能钛合金材料及其制备方法,其名义成分为Ti-9Al-1Mo,质量比Ti:87.0～91.0%、Al:8.4～10.0%、Mo:0.5～2.0%、以及总量为0～0.8%的V、Nb、Cr;将海绵Ti、纯Al、Al-Mo、Al-V、Al-Nb、Al-Cr中间合金配料、混合并搅拌均匀后压制成海绵Ti电极,然后在真空自耗电极电弧炉中进行真空熔炼,然后在真空自耗电极凝壳炉中进行浇注,得到低密度钛合金材料。本发明的材料密度低,流动性好,强度、延伸率、冲击韧性较高浇注高尔夫球头薄壁件的成品率接近100%。
一种低弹性模量的铸造钛合金
申请号：200910248863.X
公布日：2010-06-30
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所
摘要：一种低弹性模量的铸造钛合金,该钛合金名义组是Ti19Nb11Ta11Zr,化学组成以质量百分比计为Nb?18.0～20.0%、Ta?10.0～12.0%,Zr?9.5～12.5%,杂质元素含量应控制在C≤0.10%、Si≤0.15%、Fe≤0.3%、N≤0.05%、H≤0.015%、O≤0.15%,余量为钛。本发明使钛合金的弹性模量由110GPa显著降低到62GPa,更接近于人体及动物体骨骼的弹性模量(10～30GPa),减轻了钛合金植入物“应力屏蔽”的影响。除弹性模量低外,该材料还具有强度高的特点,可推广应用于医疗植入,航空、航天、舰船等特殊结构的应用,具有广阔的应用前景。该材料可以采用钛合金常用的铸造或锻造等方法进行成形。
一种低密度高性能钛合金材料及其制备方法
申请号：201010030174.4
公布日：2010-06-16
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司
摘要：本发明介绍了一种低密度高性能钛合金材料,钛合金材料密度范围是 4.33～4.35g/cm3,质量百分比为:Ti:87.0～90.0%;Al:8.35～10.0%;Mo:0.75～1.5%;V:0.75～1.5%;其余为不可避免杂质。本发明的Ti-9Al-1Mo-1V低密度高性能钛合金材料具有很低的密度、较高的强度、延伸率、冲击韧性和流动性。
一种钛合金TI-62222S及其制备方法
申请号：200810011656.8
公布日：2009-12-09
申请(专利权)人：东港市东方高新金属材料有限公司
摘要：本发明涉及钛合金,具体说是一种钛合金及其制备方法,按重量百分比计合金组成为:TI余量,AL 5.3～6.10%,SN 1.80～2.20%,ZR 1.80～2.20%,MO 1.80～2.20%,CR 1.80～2.20%,SI 0.13～0.19%,FE<0.08%,C<0.08%,N≤0.03%,H≤0.015%,O≤0.12%;熔炼技术参数:熔前真空度<3PA,漏气率3分钟≤6PA,熔炼真空度≤3PA,熔炼电流及补缩电流2KA～10KA;制备过程:首先制备中间合金ALSN50、ALCR50、ALMO60,其次按预算制备电极、电极烘干、电极焊接、装炉、熔炼、冷却、出炉、车皮、取样分析;本发明的优点:加入硅的此合金的细化晶粒,易于加工锻造,用此合金加工的板材其性能中的抗拉强度达到(1100～1300)MPA,延伸率(12～20)%,同时还可以稳定Β相。
一种钛合金TI-811-1及其制备方法
申请号：200810011657.2
公布日：2009-12-09
申请(专利权)人：东港市东方高新金属材料有限公司
摘要：本发明涉及钛合金,具体说是一种钛合金及其制备方法,按重量百分比计合金组成为:TI余量,AL(7.2～7.8)%,MO(0.64～0.74)%,V(0.85～0.95)%;熔炼技术参数:熔前真空度<3PA,漏气率3分钟≤6PA,熔炼真空度≤3PA,熔炼电流及补缩电流2KA～10KA;制备过程:首先制备中间合金ALMO50或ALMO60,ALV40,其次按预算制备电极、电极烘干、电极焊接、装炉、熔炼、冷却、出炉、车皮、取样分析;本发明的优点:降低钼的含量,提高相变点,细化晶粒,易于加工锻造,用此合金加工板材或棒材性能中的抗拉强度在(1000～1200)MPA,延伸率在(10～15)%。
通过粉末冶金法制备基于钛合金的并且TIB强化的复合部件的方法
申请号：200810233855.3
公布日：2009-09-16
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司西北非铁金属研究所
摘要：本发明涉及通过粉末冶金法制备基于钛合金的并且TIB强化的复合部件的方法,尤其涉及制备钛基金属基质复合材料的方法。在一种方式中,可以在基本上纯的钛、合金化材料以及硼源中添加氢化钛,使得这些材料的混合物可以粉末冶金工艺进行压实和烧结从而制备由硼化钛强化的钛合金构成的部件。在另一种方式中,所述基本上纯的钛、合金化材料以及硼源可以剧烈混合(可含有也可不含有氢化钛)至如下程度:可以去除在钛前体上可能已经形成的氧化膜以最小化制造的元件中的氧含量。
原题：让“近净成形”结构件飞上蓝天--北航教授王华明 王华明，北京航空航天大学材料学院材料加工工程系主任、材料加工工程学科责任教授、“长江学者特聘教授”。开辟“快速凝固激光材料制备与成形”研究新领域，建成先进的“激光材料加工制造技术实验室”，在先进材料快速凝固激光制备加工与成形制造领域取得多项原创性成果并在航空发动机及飞机上得到应用。2000年来主持“国家自然科学基金重点项目”、“国家863计划课题”“教育部跨世纪优秀人才计划基金”、“总装武器装重点基金”、“国防基础科研重点项目”等科研项目10余项，发表论文被SCI及EI收录137篇次、授权与申请发明专利7项、获得“北京市教学成果一等奖”及“国家教学成果二等奖”。2013年入选国家“万人计划”第一批科技创新领军人才。 当前，“绿色浪潮”席卷全球，推行绿色制造技术，实现制造过程的环保、绿色化已是题中之义。而“增材制造”在这一浪潮的影响下受到日益广泛的关注。北京航空航天大学的王华明教授及其带领的科研团队在大型钛合金结构件激光直接制造技术领域取得令人瞩目的成绩，并且在航空航天装备应用中取得了重要突破。 从“减法”到“加法” 实现质的飞跃 高性能金属构件激光成形技术是以合金粉末为原料，通过激光熔化逐层堆积（生长），从零件数模一步完成高性能大型复杂构件的“近净成形”。这一技术1992年在美国首先提出并迅速发展。由于高性能金属构件激光成形技术对大型钛合金高性能结构件的短周期、低成本成形制造具有突出优势，在航空航天等装备研制和生产中具有广阔的应用前景，受到政府和业界的高度关注。 在王华明教授看来，从传统的大型钛合金结构件制造方法，如整体锻造、切削技术，到这种新型的激光直接制造技术，实现了加工技术由“减法”到“加法”的质的飞跃。采用整体锻造等传统方法制造大型钛合金结构件，是一个做“减法”的过程。零件的加工除去量非常大。例如，美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V 钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克，而实际成形零件重量不足144千克，材料的利用率不到4. 90%，这势必造成大量的原材料损耗。与此同时，在铸造毛坯模锻件的过程中会消耗大量的能源，也降低了加工制造的效率。
钛及钛合金的特性、用途 纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。 钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。 钛合金的用途：钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。 钛合金的性能：钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1800℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。 (1)比强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 (3)抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。 (4)低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
专题报道 钛合金的制备方法 一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法 热处理钛合金的方法和所得零件 机械合金化热处理法制备6AI4V钛合金粉的工艺 冲压成形性和强度的平衡优异的钛或钛合金板 一种钛合金棒材的制备方法 一种低成本钛合金的制备方法 大规格高性能钛及钛合金锭的熔铸方法 一种粉末冶金钛合金及其制备方法 一种凝胶注模-自蔓延高温合成制备钛合金材料的方法 微量稀土合金化处理的TA16钛合金 一种低密度高铸造性能钛合金材料及其制备方法 一种低弹性模量的铸造钛合金 一种低密度高性能钛合金材料及其制备方法 一种钛合金TI-62222S及其制备方法 一种钛合金TI-811-1及其制备方法 通过粉末冶金法制备基于钛合金的并且TIB强化的复合部件的方法 一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法 申请号：201110267053.6 公布日：2012-01-18 申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 摘要：本发明提供了一种用熔分钛渣制备含钛合金的方法。所述方法包括以下步骤:将熔分钛渣直接热装入炉;升温至熔池澄清后,加还原剂进行冶炼,控制反应温度;反应完毕后,镇静沉降;出渣、出合金,冷却制得含钛合金。本发明采用钒钛磁铁矿直接还原或非高炉炼铁后得到的熔分钛渣为原料制备含钛合金,能够有效的利用熔分钛渣中的钛资源,采用热渣直接入炉的方式,降低了生产成本和能源消耗,对提高钒钛磁铁矿资源的综合利用率具有重要意义。 热处理钛合金的方法和所得零件 申请号：200980156528.5 公布日：2012-01-11 申请(专利权)人：奥贝尔&杜瓦尔公司 摘要：本发明涉及一种热处理Ti?5-5-5-3型钛合金的方法,该Ti5-5-5-3型钛合金具有以重量百分数计的以下组成:4.4-5.7%铝,4.0-5.5%钒,0.30-0.50%铁,4.0-5.5%钼,2.5-3.5%铬,0.08-0.18%氧,痕量至0.10%的碳,痕量至0.05%的氮,痕量至0.30%的锆,痕量至0.15%的硅,其余百分数是钛和杂质,其特征在于所述合金的热处理包括:将合金加热到800-840℃且低于该合金的β-转变的第一平台;维持第一温度平台1-3小时;在没有中间再加热的情况下将合金冷却至760℃-800℃的第二平台;维持第二温度平台2-5小时;将合金冷却至室温;将
钛合金材料 《新型工程材料应用》课程论文
摘要：随着新技术革命浪潮的推进，继合金钢和金属铝之后，新崛起的第三金属——钛，越来越多地渗透到工业、技术和科学的各个领域，它的魅力向人类展示了它的美好前景。本文介绍了钛合金的合金化原理、性能特性，综述近年来国内外钛合金材料的发展应用和研发状况，对钛合金材料的发展前景进行了展望。 关键词：钛合金、合金化、特性、发展 概述： 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。而钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。 合金化原理： 钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：（1）稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。（2）稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。应用了钛合金的产品前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。（3）对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 TA是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。TB是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。TC是双相合金，具有良好的综合
钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去
氟化物对纯钛及钛合金的腐蚀作用 近年来，钛和钛合金广泛应用于口腔领域，是最常用的口腔材料之一。钛由于与氧具有很高的亲和力，拼在其表面形成了一层紧密而稳定的氧化膜而具有出色的耐腐蚀性。有研究表明氟离子在酸性环境下能破坏这层氧化膜，从而削弱钛的抗腐蚀能力。目前，含氟牙膏、正畸凝胶等含氟牙膏产品大量应用于口腔。钛及钛合金暴露于含氟的复杂口腔坏境中。在此情况下，钛及其合金的腐蚀行为受到氟化物本身浓度、环境酸碱度、口腔中蛋白质和钛合金的成分以及种植体材料表面微形貌等方面的影响。 1.氟化物腐蚀原理 钛材料良好的抗腐蚀性只要是由表面薄二致密稳定的氧化 膜产生，这层氧化膜在破坏后能在含氧环境中迅速形成。这使得氧化膜的破坏和修复（再钝化）维持在一个稳定的状态，保护内部的钛元素不被继续氧化。但有报道发现，钛表面氧化膜在氢氟酸溶液中会出现溶解。目前普遍认为氟化物对钛及钛合金的腐蚀原理是口腔中溶解的氟化物和氢离子结合形成氟化氢。氟化氢能优先吸附于钛表面氧化膜的某些点上，排挤掉氧原子，然后和氧化膜中的太离子结合形成可溶性氟化物，使钛发生点蚀。反应方
程如下： Ti2O3+6HF=2TiF3+3H2O, TiO2+4HF=TiF4+2H2O, TiO2+2HF=H2O+TiOF2. 表面氧化膜破坏发生多孔性改变后，导致深部钛的暴露。钛是一种活性很高的金属，在含氢或析氢腐蚀环境中会持续吸收氢，在钛晶面生成TiH2,促进腐蚀的进程，甚至形成微裂纹，最终导致钛材料修复失败。 2.氟化物腐蚀影响因素 2.1氟化物的浓度 口腔中氟化物主要来源于含氟牙膏和漱口水等口腔保健品，其浓度范围1000~10000Ppm不等，使用这些保健产品会导致口腔局部氟离子浓度增高。有研究发现在酸性溶液中，氟离子浓度达到30ppm时，钛表面的氧化膜即可出现破坏，说明低浓度的氟离子就减弱了钛材料的抗腐蚀性能。 （1）高浓度氟溶液对钛表面的腐蚀作用在弱酸环境中就能进行。Her-Hsiung Huang 溶液中能检测到更高的钛离子溶出量，这也间接说明了钛在酸蚀化电阻下降明显，抗腐蚀性能下降。马长柏等 （3）发现腐蚀产生的点状凹陷的分布范围和深度均随氟离
钛（titanium alloy）是一种强度高、耐蚀性好、耐热性高的结构金属。 其于20世纪50年代发展起来，20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。 70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。另外，20世纪70年代以来，还出
现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。据相关统计数据，2012年我国化工行业用钛量达2.5万吨，比2011年有所减少。这是自2009年以来，我国化工用钛市场首次出现负增长。近些年来，化工行业一直是钛加工材最大的用户，其用量在钛材总用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高达55%。但随着经济陷入低迷期，化工行业不但新建项目明显减少，同时还将面临产业结构调整，部分产品新建产能受到控制，落后产能也将逐步淘汰的境地。受此影响，其对钛加工材用量的萎缩也变得顺理成章。在此之前，便有业内人士预测化工行业用钛量在2013~2015年间达到峰值。以当前市场表现看来，2012年整体经济的疲软有可能使得化工用钛的衰退期提前。
钛及钛合金的表面处理 摘要：本文对钛及钛合金的表面处理的方法进行了综述，随着钛合金在航天航空、舰船、石油、化工以及其他行业的不断应用，世界各国尤其是发达国家和发展中国家的研究工作者为克服钛合金的缺点正做着各种尝试和努力，钛合金的表面处理方法也取得了长足的进展。 关键词：钛及钛合金表面处理研究方法 1 引言 钛及钛合金具有低密度、良好的耐腐蚀能力、高比强度以及令人满意的生物相容性，在航空航天、化工、生物医学等领域得到广泛的应用，并为社会带来巨大的经济效益。然而，钛及钛合金表面硬度低，在滑动摩擦条件下摩擦力学性能差，特别是抗摩擦和磨损性能较差的钛合金，严重地限制了其应用范围。为了有效地利用钛合金的优良性能，对其进行表面处理，是一种改善钛合金缺陷使其最大限度地发挥其优势的重要措施之一。 2 表面处理方法 2.1 电镀 在钛合金表面主要有镀镍、镀硬铬、镀银等，镀银目的是提高钛合金的导电性和钎焊性。电镀前必须对钛合金表面进行预处理，膜层与基体的结合力差是钛及钛合金表面进行电化学处理的主要问题，要想在钛及钛合金上得到满意和合格的表面膜层，镀覆预处理是非常重要的步骤，而预处理的关键是“活化成膜”处理，若选择适宜的预处理方法，既能简化工艺，又能保证和提高镀覆层与基体的结合强度[1]。 2.2 交流微弧氧化 微弧氧化(MAO)是一项在金属表面生长氧化物陶瓷膜的新技术。它从阳极氧化发展而来．但它施加了几百伏的高压，突破了阳极氧化对电压的限制。该技术通过微弧放电区瞬间高温高压烧结直接把基体金属变成氧化物陶瓷，并获得较厚的氧化物膜。对钛合金表面微弧氧化，获得膜的硬度高并与金属基体结合良好。改善了钛合金表面的抗磨损、抗腐蚀、耐热冲击及绝缘等性能，在许多领域具有很好的应用前景[2]。 2.3 表面氧化处理 一般钛和钛合金较之常用的生物体用合金Co、Cr合金和316L不锈钢的耐磨性都较差，而且所产生的磨损粉在生物体内都有可能产生不良影响。因此，新开发的一些生物体用钛合金在生物体内使用之前往往都要采取适当的表面处理，以提高其抗磨性。为此，日本丰桥技术科学大学和大同特殊钢公司研究了一种新开发的生物体用B型钛合金(简称TNTZ合金)，采取表面氧化处理提高其表面耐磨性[3]。 2.4 离子注入 离子注入与其它表面处理技术相比显示了诸多优点，与物理或化学气相沉积相比，主要优点在：①膜与基体结合好，抗机械、化学作用不剥落能力强；②注入过程不要求升高基体温度，从而可保持工件几何精度；③工艺重复性好等。许多研究者报道了氨离子注入对合金表面成分、组织结构、硬度及摩擦学性能有良好改善效果。TiC也是超硬相，故钛合金经离子注入碳也同样可以强化钛合金表面。但是由于等离子体基离子注入并非连续过程，施加每一负脉冲电位时，随着脉冲电位由零下降至谷值，再回升至零，发生着溅射和注入两个过程。如果等离子体中含有金属或碳离子时，在脉冲电位为零时，在一定条件下还会在表面形成
各位老师，大家上午好。我今天试讲的内容为“铸造钛合金及其成形工艺”，分四个部分进行讲述。 一、铸造钛合金的分类 二、钛合金的特性 三、钛合金的铸造性能 四、钛合金的成形方法 一、铸造钛合金的分类 钛是同素异构体，熔点1720℃，882℃为同素异构转变温度。α-Ti是低温稳定结构，呈密排六方晶格；β-Ti是高温稳定结构，呈体心立方晶格。不同类型的钛合金，就是在这两种不同结构中添加不同种类、不同数量的合金元素，使其改变相变温度和相分含量而得到的。室温下钛合金有三种基体组织（α、β、α+β），故钛合金也相应分为三类。 1.α钛合金 它是α相固溶体组成的单相合金。耐热性高于纯钛，组织稳定，抗氧化能力强，500~600℃下仍保持其强度，抗蠕变能力强，但不能进行热处理强化。牌号有TA7、TA8等。 2.β钛合金 它是β相固溶体组成的单相合金。不经热处理就有较高的强度，淬火时效后合金得到了进一步强化，室温强度可达1373~1668MPa，但热稳定性较差，不宜在高温下使用。牌号有TB1、TB2等。 3.α+β钛合金 它由α及β相组成，α相为主，β相少于30%。此合金组织稳定，高温变形性能好，韧性和塑性好，能通过淬火与时效使合金强化，热处理后强度何必退火状态提高50%~100%，高温强度高，可在400~500℃下长期工作，热稳定性稍逊于α钛合金。牌号有TC1、TC4、TC6等。 二、钛合金的特性 钛及钛合金是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料，具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面： 1. 比强度高。钛合金的密度仅为钢的60%左右，约4.5g/cm3，但强度却高于钢，如抗拉强度为686—1176MPa，是现代工程金属材料中最高的。 几种金属材料在不同温度下的比强度，可以看出，用钛合金代替钢和铝合金而降低重量是相当可观的。资料介绍，自20世纪60年代中期起，美国将81%的钛合金用于航空工业，其中40%用于发动机构件，36%用于飞机骨架，甚至的蒙皮、紧固件及起落架等也使用钛合金，大大提高了飞机的飞行性能。 由于高的比强度，钛合金可能易于替代那些空间受限的铝合金及钢构件，如苏-27飞机起落架臂就采用钛合金。 2. 热强性好 往钛合金中加入合金强化元素后，大大提高了钛合金的热稳定性和高温强度，如在300~350℃下，其强度为铝合金强度的3~4倍。 3. 高温和低温性能优良。 在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。 4.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，
的十大性能来源: 作者:中国钛业联盟时间:2007-05-04 点击: 26 Tag:性能十大金属强度腐蚀合金氧化振动介 质 一、密度小,比强度高 金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。 二、耐腐蚀性能 钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。 为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛-钼、钛-钯、钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2钯合金,均获得了很好的使用效果。 三、耐热性能好 新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。 四、耐低温性能好 钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。 五、抗阻尼性能强 金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。 六、无磁性、无毒 钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。
钛合金表面处理 Hessen was revised in January 2021
钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1.喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2.酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在 15%~30%左右为宜。
合金元素 钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。 氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 [编辑本段] 钛合金的分类 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（itanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB 表示。 α钛合金 它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 β钛合金 它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 α+β钛合金 它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。
钛合金综述论文 摘要：钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。 关键词：钛合金；合金化；分类；用途；新发展 正文： 钛合金概述 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。 第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。 20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金耐热的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。 目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等。 合金化 钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。 合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类： ①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。 ②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。 ③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。 氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 钛合金分类： 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。
Ti—FG—BM型钛合金种植体表面处理及生物相容性研究进展钛合金由于具有良好的机械性能、优秀的生物相容性特征和体液环境的耐 腐蚀性，成为牙科修复临床应用中的常见材料。但是当前临床中使用的钛合金比人骨有更高的弹性，所以经常会出现种植的牙齿与骨骼之间因为弹性规模不匹配造成的种植体周围出现了骨吸收的情况，經常会出现种植体断裂或松动等，严重影响了种植的成功率。因此，开发研制与骨组织相近的低弹性模量Ti-FG（function group）-BM（bioactive material）型种植就成为当前研究的热点。 标签：低弹性模量；种植体；功能组 钛合金在牙科修复物中作为首选的材料，是因为钛合金具有良好的生物相容性特征，并具有良好的机械力学性。但是钛合金由于是金属材料，并且没有促进新骨骼生成的能力，所以没有生物活性。所以找到一种具有促进骨骼整合并可以与骨骼整合的材料是非常重要的。本文对开发研制与骨组织相近的低弹性模量Ti-FG-BM型种植体材料在口腔种植修复应用的重要内容的研究进展作一综述。 1 口腔种植研究的主要方向 由于当前人们生活水平的不断提高，人们对牙齿的美观程度要求也越来越高，并且牙齿种植也可以从很大程度上提高人们的生活质量，所以口腔种植手术在牙科应用越来越广泛。但是口腔种植体材料较为昂贵，所以很多学者不断寻找有较好的生物相容性且与人体骨骼组织的弹性硬度相匹配的材料，为降低消费者种植费用和提高种植手术成功率不断努力。在20世纪初期，临床上常用的种植体材料主要有钛合金、钴合金和不锈钢，但是钛合金与不锈钢的弹性较大，所以与骨骼之间弹性模量不匹配，在种植以后载荷并不能有效传递到周围的骨骼组织，所以在种植以后种植体容易出现松动或周围骨组织吸收的现象，最终导致种植术失败[1-3]。与此同时，钛合金表面经过处理的生物惰性氧化层与骨骼不能发生化学结合反应，仅仅是与骨骼融合，从而限制了其在较大承载部位的使用。基于以上原因，科学家不断研究有更高生物相容性和更接近骨骼弹性模量的Ti-FG-BM的种植体，可以更充分满足对口腔植入材料的要求，也成了当前研究的热点话题。 2 国际社会的研究状况 钛合金作为植入体材料在20世纪60年代首次在瑞典用于口腔种植，其优良的特性也促进了临床对外科植入体材料的深入研究，随后钛合金材料在临床上被用作替换材料。在20世纪70年代以后，在外科修复和替换器件的发展中，钛合金被广泛应用。第一代钛合金主要包括纯钛、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V等，但是临床中人们发现V对人体有较大的毒性，并且这类合金的耐腐蚀程度差，所以迫切需要下一代生物医用合金的研发。一直到20世纪80年代中期，德国和瑞士先后开发了新一代钛合金Ti-6AL-7NbTi-5A12.5Fe，并且在临床中得到了广泛应用[4-5]。我国自行研制的Ti-51A1、Ti-6A1-7Nb、Ti-2.5A1-2.5Mo-2.5Zr，非常实
钛及钛合金的种类、用途、市场分析及预测 一、钛和钛合金的种类及特点 1.1钛的起源及特点 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了广泛应用。 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/立方厘米，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。 1.2钛合金的种类及特点 1.2.1钛合金的种类 钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金，利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温
度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB 表示，另外钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）作为一种特殊的钛合金也被广泛的应用。 1.2.1.1α钛合金 它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 1.2.1.2β钛合金 它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 1.2.1.3α+β钛合金 它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%～100%；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。
钛合金材料铣削加工 1钛合金材料的优势 钛合金具有高强度、高断裂韧性以及良好的抗腐蚀性和可焊接性。随着飞机机身越来越多地采用复合材料结构，钛基材料用于机身的比例也将日益增大，因为钛与复合材料的结合性能远远优于铝合金。例如：与铝合金相比，钛合金可使机身结构的寿命提高60%。 钛合金极高的强度/密度比（达20∶1，即重量可减轻20%）为减轻大型构件的重量（这是对飞机设计师的主要挑战）提供了解决方案。此外，钛合金固有的高耐蚀性（与钢材相比）可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。 2需要更大加工能力 由于比普通合金钢的加工更为困难，因此通常认为钛合金属于难加工材料。典型钛合金的金属去除率仅为大多数普通钢或不锈钢的25%左右，因此加工一个钛合金工件需要花费的时间约为加工钢件的4倍。 为了满足航空制造业对钛合金加工日益增长的需求，制造商需要增加生产能力，因此需要更好地理解钛合金加工策略的有效性。典型的钛合金工件的加工是从锻造开始的，直到80%的材料被去除而获得最终的工件外形。 随着航空零部件市场的快速增长，制造商们已经感到力不从心，加上因钛合金工件加工效率较低而增加的加工需求，导致钛合金加工能力明显处于紧张状态。一些航空制造业的领军企业甚至公开质疑现有的机械加工能力能否完成全部新型钛合金工件的加工任务。由于这些工件通常是由新型合金制成，因此需要改变加工方式和刀具材料。 3钛合金Ti-6Al-4V 钛合金有三种不同的结构形式：α钛合金、α-β钛合金和β钛合金。商用纯钛和α钛合金不能进行热处理，但通常具有良好的可焊接性；α-β钛合金可进行热处理，大多数也具有可焊接性；β和准β钛合金完全能进行热处理，且一般也具有可焊接性。 用于涡轮发动机和机身构件的大部分普通α-β钛合金为Ti-6Al-4V（Allvac Ti-6-4，简称Ti-6-4），本文用Ti-6-4代表ATI Allvac公司生产的钛合金，该公司是钛合金的主要供应商（最近与波音公司签订了一项25亿美元的钛合金长期供货合同）。另外，与ATI Allvac公司合作开发加工解决方案的ATI Stellram公司也采用这些钛合金代号来描述加工要求。 Ti-6-4具有优异的强度、断裂韧性和抗疲劳综合性能，可制成各种产品形态。退火态的Ti-6-4可广泛应用于结构件。通过化学成分的微小变化以及不同的热机械处理工艺，用Ti-6-4可生产出各种不同用途的零部件。 4钛合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（简称Ti-5-5-5-3）是一种颇具市场影响力的新型钛合金。与β钛合金和α-β钛合金相比，这种准β钛合金可以提供在要求更高抗张强度的飞机构件应用中所需的疲劳断裂韧性。 与传统钛合金（如Ti-6-4和Ti-10-2-3）相比，Ti-5-5-5-3具有的可锻造成复杂形状、热处理后最终抗张强度可达180ksi（每平方英寸数千磅）等性能使其成为制造飞机高级构件和起落装置最有前途的材料。 通过在β转变温度以下进行溶解热处理或在β转变温度以上进行退火处理，同时适当控制显微结构中的晶粒尺寸和沉淀，Ti-5-5-5-3可获得优异的机械性能。β转变温度是合成物的特定温度，在此温度下合金从α-β显微结构转变为全β显微结构。 化学性能与微观结构的变化使钛合金可获得宽范围的性能组合，并因此在航空构件中获得广泛应用。Ti-5-5-5-3的加工难度与Ti-6-4相比大约增加了30%，因此应用这种新型合金的零件制造商正致力于开发能够不缩短刀具寿命、不延长生产周期的相应的加工工艺。
钛合金的特性及其应用(一) 〔摘要〕综述了钛合金材料的应用及研究现状，着重介绍了钛及钛合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用，并在此基础上展望了钛合金的发展方向。 〔关键词〕钛合金特性加工性能应用领域 Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。 一、钛及钛合金的特性 钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面： 1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左 右，所以比强度很高。 2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。 3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。 4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。 5.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在 大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。 二、钛及钛合金的加工性能 1.切削加工性能 钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损；钛合金摩擦因数大，而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16)；刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形；钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，同时进一步加剧了刀具的磨损；钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面粘结，加上很高的切削温度，所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。 2.磨削加工性能 钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附，堵塞砂轮，导致砂轮磨损加剧，磨削性能降低，磨削精度不易保证。砂轮磨损同时也增大了砂轮与工件之间的接触面积，致使散热条件恶化，磨削区温度急剧升高，在磨削表面层形成较大的热应力，造成工件的局部烧伤，产生磨削裂纹。钛合金强度高、韧性大，使磨削时磨屑不易分离、磨削力增大、磨削功耗相应增加。钛合金热导率低、比热小、磨削时热传导慢，致使热量积聚在磨削弧区，造成磨削