钛材料的应用及发展

时间：2015-10-17

	钛材料的应用及发展


	由于钛所具有的一系列优良性能，资源又很丰富，钛的工业生产问世后，立即受到**的高度重视。钛的应用首先是以**工业和航空工业开始的。近年来，钛在建筑、汽车、电脑、装甲、油气开采、体育休闲用品等新应用领域不断出现，并形成一定的规模产能需求。


	1.1 建筑用钛：


	钛在许多建筑应用领域中是一种优异的且可选择的材料。如在外部包覆，悬墙、屋顶包覆、蒸馏塔外层、屋顶盖、内部包覆、灯具以及艺术雕术品和纪念碑等。建筑用钛具有**的耐蚀性、高强度、轻重量和耐久性，比其他任何金属的使用寿命都长，且不需要经常维护。因此以设计和开发来说，尤其是以寿命周期考虑时钛材料是较实用的。


	1.2 汽车应用：


	汽车中使用钛可将汽车重量大大减轻，降低燃料消耗，提高汽车工作效率，改善环境和降低噪音。具资料统计，每降低10%的车体重量就可以减少10%废弃排放量及节省7%燃料消耗，因此汽车的轻量化将会达到“节能” “环保”的双重功效。


	1.3钛在电脑上的应用：


	钛具有质量轻、无金属过敏性、可循环利用等诸多优良特性，因此钛在个人电脑、手机等领域中的应用日益增多。钛使用在电脑的外壳和底盘盘片较多。


	1.4军事工业：


	除*飞机外，军事战车和火抱是钛主要的军事应用，其前景十分看好。*车辆急需减轻重量，当前*中大多数军车已达到其设计重量极限。而任何新技术应用于现有的车辆上，都要求去除相当的重量，并不能影响冲击防护性能，因此钛是较佳的选择。钛在地面*车辆中的应用有M1主战坦克，M2战车和Bradley战车等。试验说明，Ti-6Al-4V合金和新型TIMETAL Ti-62S合金优于常规均质装甲钢（RHA）材料。


	1.5体育用品：


	钛在体育用品中也相当广泛，如高尔夫球棒和球头、网球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球鞋、自行车架、短跑运动鞋鞋钉等。


	在体育用品方面，钛高尔夫球杆占优势，钛的比重小，强度大，可以把球头做更大，而不会增加球杆的总重量。在广泛的实验中，高尔夫球手用钛球头比用标准加大的钢球头的击中率平均可提高20%，而且击球距离有所提高。


	钛制网球拍市场需求量进来呈上升趋势，钛网由于深入球拍的框架内，增强的球拍打击率，受到玩家的**。现在日本几乎所有的网球拍生产厂家都在出售钛制球拍，占市场的50%。


	钛眼镜架的轻量、高强度、高耐蚀性、又不发生金属过敏等优点，日本眼镜半数以上是钛镜架。


	1.6食品工业：


	钛在食品器械应用中出现高耐蚀性、轻重量、生物相容性、低黏附性、高清洁性与杀菌性，钛制食品设备具有高效率、**命、低维修成本、低商品寿命成本的优点、且安装简便、容易检修。食品的保存与加工都采用加盖法，在此方面，钛比其他金属材料更加优异。且在食品加工技术中，防止来自材料的污染或通过腐蚀而进入到制品中的微生物污染，钛的腐蚀性能可说是*一**。特别是黏附性之低可与特氟龙不相向下，加上钛的加工技术的可行性，实现了深层的洁生状态使净洗作业变得简单，且提高了效率。制品不受污染，味道**。因此钛在酿造，食品加工装置材料的使用中成为安全和洁生的材料。


	2.1钛锆合金的应用领域


	锆是一种稀有金属，具有惊人的抗腐蚀性能、较高的熔点、**高的硬度和强度等特性，被广泛用在航空航天、**、核反应、原子能领域。锆的熔点在1800℃以上，而二氧化锆的熔点更是高达2700℃以上，所以锆作为航空航天以钛相比具有其*特的优越性。以医学角度而言、钛及钛合金以及优良的生物安全性、较佳的耐腐蚀性以及适宜的力学性能已成为生物材料界所重视，并以广泛的运用于人体组织。使用Ti-6AL-4V合金适合制作冠桥，而对于做义齿支架合金性能就略显不足。Ti-6AL-4V合金作为一用植入材料已被应用很多年，其在耐腐蚀性方面明显优于不锈钢及钴铬合金，但由于Ti-6AL-4V中所含的元素铝和元素钒对人体有害，使其在体内长期应用受到限制。因此在生物医学学届开发展的研究义齿材料的研究热潮，一些新型的医用钛合金应运而生，一取代Ti-6AL-4V合金。通过大量的实验证明，元素锆属于对人体无毒**的生命族元素。钛锆合金不含毒性组元素钒并以锆元素作为主要合金元素具有优良的生物相容性。锆元素的添加对钛的铸造流动性影响不大，同时降低了铸造的线收缩率，强化了钛的力学性能，并且有效的改善了钛合金的焊接性能。钛锆合金的研制弥补了钛及钛合金在口腔领域的不足，更加适合制作义齿的支架合金，根据该合金在生物相容性方面及力学性能方面的优势，可将其推广应用于牙科种植体以及人体硬组织代材料等方面，同时也可以根据各类植入体的性能要求，在此合金的基础上，调整合金元素的比例研制出更加适合各种类植入体的新型合金。


	目前，Ti-Zr合金主要类型及合金性能如下：


	(1) 50%Ti-50%Zr。


	(2) Ti-13.8%Zr。


	(3) 组成为2~5%Cu，1~9%Zr，3~5%Mn，2.5~3%Mb其馀为Ti。


	(4) MST881型钛合金。


	(5) 生物体合金。


	(6) Ti15%-Zr4%-Mb%-Ta0.2%-Pd合金具有良好的生物体相容性，力学性能和腐蚀疲劳特性。


	(7) Ti29%-Nb13%-Ta4.6%-Zr弹性模量接近人体骨骼。


	外科用移植材料规定使用的钛材以纯钛和Ti6AL-4V（ELI）合金为主。较近与人体亲和性良好的移植材料Ti6AL-7Nb及Ti-13Nb1-13Zr也取得ASTM标准认可。


	用钛作人造骨、细胞可在其上再生、骨骼可以生长、钛与人体骨、上皮、缔造组织都具有良好的亲和性。为了改善与人体连结的植入材表面质量、对粗化表面进行生物陶瓷层也是较为有效的方法。目前钛及钛合金以广泛用于人工骨关节、人工骨接头角板、断骨固定器、骨随内钉、人工心脏瓣膜、头盖骨等。

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词条说明
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