Come importante materiale funzionale, il titanio è ampiamente utilizzato nell'industria aerospaziale, nell'energia, nelle forniture mediche e in altri campi a causa della sua bassa densità, elevata resistenza specifica e buona resistenza alla corrosione. Lo sviluppo di leghe di titanio medico e titanio è approssimativamente diviso in tre periodi:
Il primo periodo è rappresentato da puro titanio e ti -6 ai -4 V; Il secondo periodo è + leghe di tipo, rappresentate da ti -5 a 1-2. 5fe e ti -6 al -7 nb; E il terzo periodo è lo sviluppo di leghe di titanio di tipo con migliori proprietà biologiche e un modulo elastico inferiore come la principale linea di difesa. L'applicazione di nuovi materiali in lega di titanio sarà l'attuale direzione di sviluppo del dispositivo medico tradizionale.
La ricerca sui materiali in lega di titanio medico in Cina è iniziata negli anni '70, il Northwest non ferrous Metals Research Institute ha sviluppato TI -2. 5al -2. 5Mo -2. 5zr (tamz), e negli anni '90 si sono sviluppati con i diritti intellettuali indipendenti di Ti {{8} {9} Ti-al -2. 5fe e ti -6 al -7 materiali nb. La cinese Academy of Sciences ha anche sviluppato una nuova lega di titanio ti -24 nb -4 zr -7. 6Sn. L'attuale sviluppo cinese delle leghe di titanio per far scoppiare nuovi materiali e materiali in lega di titanio per l'applicazione attiva della direzione principale.
Innanzitutto, la corrosione del titanio
Il titanio è un metallo termodinamicamente instabile, il potenziale di passivazione è più negativo, il potenziale elettrodo standard di -1. 63 V. Pertanto, nell'atmosfera e nella soluzione acquosa è facile formare uno strato di film ossidativo con proprietà di passivazione, la resistenza alla corrosione è migliore.
1, la resistenza alla corrosione del titanio in diversi media
È abbastanza importante studiare la resistenza alla corrosione dei materiali medici. Da un lato, alcuni degli ioni metallici o i prodotti di corrosione dei materiali impiantati penetrano nei tessuti degli organismi viventi, che possono innescare diversi gradi di reazioni fisiologiche; D'altra parte, a causa della presenza di fluidi corporei, le prestazioni di alcuni materiali possono essere gravemente ridotte, con conseguente danno rapido o persino fallimento. L'ambiente relativamente complesso del corpo umano ha maggiori probabilità di causare la dissoluzione degli elementi di traccia e cambiare la stabilità dello strato di ossido. Un lieve attrito può rendere la formazione di film di passività della superficie in titanio che ha subito vari gradi di danno, come nell'ambiente povero di ossigeno, la stabilità dello strato di ossido è indebolita, non può essere immediatamente riparata quando è danneggiato o la formazione di un nuovo strato di ossido, più probabilità di causare la corrosione. Questa situazione è quasi inevitabile nel movimento ripetuto del corpo umano e nell'uso di strumenti. La deformazione plastica cambia l'organizzazione del materiale, che a sua volta colpisce le proprietà di corrosione del materiale. Diversi gradi di deformazione plastica hanno effetti diversi sulle proprietà corrosive dei materiali. Nel processo di deformazione plastica, a causa della concentrazione di sollecitazioni interne con conseguente interfaccia e difetti del grano, pertanto la deformazione plastica indebolirà la resistenza alla corrosione del materiale.
2, il meccanismo di corrosione del titanio
Il titanio è un elemento di transizione del gruppo IVB, le proprietà chimiche del più attive e l'ossigeno ha una grande affinità. In qualsiasi mezzo contenente ossigeno, la superficie del titanio è facile da generare un film di passivazione denso, il film di passivazione è estremamente sottile, il suo spessore è di solito alcuni nanometri a decine di nanometri. La presenza di un film di passivazione sulle leghe di titanio comporta una riduzione dell'area della dissoluzione attiva della superficie e un rallentamento del tasso di dissoluzione, resistendo così al danno causato dalla dissoluzione. Inoltre, il film di passivazione è anche in grado di auto-riparazioni, quando danneggiato, può rapidamente formare un nuovo film protettivo. Di conseguenza, il titanio ha una buona resistenza alla corrosione. La forma di corrosione del metallo in titanio impiantato negli organismi viventi può essere divisa in corrosione dei pori, corrosione da stress, corrosione della fessura, corrosione dell'accoppiamento galvanico e corrosione da usura.
2.1 Corrosione da stress
La corrosione da stress si riferisce al fenomeno della rottura del metallo quando lo stress di trazione e la corrosione agiscono contemporaneamente. Il processo generale è: il ruolo dello stress di trazione in modo che il film protettivo generato sulla superficie del metallo abbia iniziato a rompersi, la formazione di corrosione o la corrosione della fessura fonte di corrosione, allo sviluppo longitudinale, allo stesso tempo, il ruolo dello stress di trazione può rendere ripetutamente la rottura del film protettivo, la formazione della formazione per il discesa della direzione del taglio della fessura della fessura di caduta.
2.1.1 Fattori che influenzano la corrosione da stress della lega di titanio
Il verificarsi di SCC in lega di titanio è il risultato dell'azione congiunta di tre fattori, vale a dire l'ambiente, lo stress e il materiale. SCC è altamente selettivo, purché modifichi uno dei tre fattori di cui sopra, non si verificherà SCC.
(1) ambiente
(1) Medio
La lega di titanio può essere in molte soluzioni acquose, acqua distillata, soluzioni organiche e sali caldi e altri media sotto l'azione di SCC. In diversi media nel meccanismo SCC non è lo stesso.
(2) ph
L'effetto del pH su SCC delle leghe di titanio è ancora abbastanza divergente. In generale, con l'aumento del valore del pH, la sensibilità SCC in lega di titanio diminuisce, quando il valore del pH di 13-14, può spesso inibire SCC, ma nella SCC i cambiamenti nella sezione frontale di crack locale possono persino formare un forte ambiente corrosivo del valore del pH di 2-3.
(3) potenziale
L'effetto del potenziale sul grado di SCC è fondamentale. La composizione in lega e media del sistema di corrosione è diversa, il suo potenziale sensibile alla SCC è diverso. Come la lega B - titanio in soluzione acquosa contenente alogenuri, quando il potenziale in prossimità di -600 MV, SCC ha aggravato; Nel potenziale eccessivo, dovrebbero essere prodotte anche crepe; Ma nel potenziale sotto -1000 MV non è rotto. Nella soluzione acquosa contenente cl- e br-, il potenziale sensibile SCC di Ti8al1Mo1v è -500 mv {{1 0}} mV, mentre nella soluzione acquosa contenente I-, sopra 0MV è l'area potenziale sensibile.
(4) Temperatura
La temperatura è uno dei fattori importanti che influenzano lo SCC delle leghe di titanio. In generale, la temperatura aumenta, la sensibilità SCC aumenta. In {{0} gradi di sale caldo - Ambiente aereo, TI6al3MO2ZR0.5SN Corrosione in lega a 450 gradi o più sensibile a SCC. Le leghe TI6al4v con una certa quantità di PD o MO in una soluzione di H2S+Co 2+ NaCl+S erano meno sensibili a SCC a 200 gradi rispetto a 250 gradi. Tuttavia, la sensibilità alla temperatura dei materiali impiantati nel corpo umano è limitata.
(5) concentrazione di ioni cl
Maggiore è la concentrazione di cl nella soluzione, maggiore è la sua sensibilità SCC.
(2) stress
Gli incidenti SCC causati da sollecitazioni residue generate durante il lavoro a freddo, la forgiatura, la saldatura, il trattamento termico o l'assemblaggio di leghe di titanio rappresentano il 40% degli incidenti SCC interi. Inoltre, le sollecitazioni esterne generate durante il lavoro o a causa dell'effetto del volume dei prodotti di corrosione o delle sollecitazioni irregolari a causa dell'effetto volume dei prodotti di corrosione, ecc., Sono tutte fonti di sollecitazioni che generano SCC. Maggiore è il livello di stress, più breve è il tempo per SCC.
(3) Materiale
Nello stesso mezzo ambientale, se la composizione chimica, la segregazione, l'organizzazione, la dimensione del grano, i difetti cristallini, le proprietà, il trattamento termico e le condizioni superficiali del materiale sono diverse, anche il suo comportamento e il grado di corrosione da stress sono diversi. L'aggiunta di piccole quantità di PD, MO o RU alle leghe di titanio può ridurre la suscettibilità alla corrosione dello stress. La sensibilità SCC delle leghe TI6AL4V e TI15V3CR3Al3SN trattate per invecchiamento di picco è superiore a quella dello stato ricotto. Quando il contenuto di ossigeno nella lega Ti6al4v è inferiore a 0. 13%, la sensibilità SCC può essere notevolmente ridotta.
2.1.2 Soluzioni comuni
Per eliminare o ridurre la sensibilità SCC delle leghe di titanio in un determinato mezzo, è possibile utilizzare i seguenti metodi:
1) Eliminazione dello stress residuo
può essere eliminato attraverso l'intero metodo di ricottura o ricottura locale per eliminare lo stress residuo locale generato dopo la produzione di parti. Al momento dovrebbe considerare l'impatto negativo del trattamento termico sulla resistenza, la plasticità o la tenacità del materiale.
(2) Lega
Per le leghe tradizionali, secondo la situazione in lega per aggiungere la quantità appropriata di PD, MO o RU per migliorare la sua resistenza SCC.
3) Trattamento superficiale
Migliorando la qualità superficiale delle leghe di titanio, per migliorare la biocompatibilità e la resistenza all'usura del materiale, per ridurre e ritardare il tempo e la velocità della generazione di crack.
2.2 corrosione della fessura
When the medium is in the gap formed between the metal part and metal or non-metal, it can make the metal in the gap to accelerate corrosion, called crevice corrosion. Crevice corrosion is a local corrosion. When titanium and titanium alloy crevice, due to the lack of oxidising substances within the crevice, making it anode and corrosion occurs, destroying the passivation film. Generally, crevice corrosion undergoes three stages: ① consumption of oxygen within the crevice; ② formation of macro-cells, the pH drops; ③ activation and dissolution of the passivation film until it is completely destroyed. It is found that in 37 ℃ Hanks' solution, the crevice corrosion degree of the material in descending order: NiTi>NiTiCu>316L>Ti6al4v≈Ti; Ti; TI6AI4V nella soluzione di Hanks ha una resistenza alla corrosione della fessura molto forte.
2.3 corrosione da usura
La corrosione da usura è la corrosione accelerata delle superfici metalliche a causa dell'usura causata dall'elevata velocità del movimento relativo del metallo a contatto con il mezzo. Quando vengono inseriti gli impianti di titanio, si verifica un certo grado di abrasione con lo strumento operativo, che distrugge il film di ossido presente in superficie. Se questo film di ossido non viene riparato nel tempo, il metallo dell'impianto si corroderà ulteriormente o addirittura fallirà.
I materiali biomedici sono una base materiale importante per il rapido sviluppo della moderna medicina clinica, è l'argomento principale della ricerca sui materiali nel 21 ° secolo. Il titanio come nuovo tipo di materiali resistenti alla corrosione ha fatto grandi progressi, a causa della sua migliore biocompatibilità e resistenza alla corrosione, nel campo della biomedicina è ampiamente utilizzato.
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