工藝性能

發布時間：2019-07-01 00:04:09 瀏覽次數：

工業純鈦在各種介質中的耐蝕性
介質		濃度（質量分數）（%）	溫度/℃	腐蝕速度/mm/a(年)	耐蝕等級
無機酸	鹽酸	1	室溫/沸騰	0.000/0.345	優良/良好
		5	室溫/沸騰	0.000/6.530	優良/差
		10	室溫/沸騰	0.175/40.87	良好/差
		20	室溫/—	1.340/—	差/—
		35	室溫/—	6.660/—	差/—
	硫酸	5	室溫/沸騰	0.000/13.01	優良/差
		10	室溫/—	0.230/—	良好/—
		60	室溫/—	0.277/—	良好/差
		80	室溫/—	32.660/—	差/—
		95	室溫/—	1.400/—	差/—
	硝酸	37	室溫/沸騰	0.000/<0.127	優良/優良
		64	室溫/沸騰	0.000/<0.127	優良/優良
		95	室溫/—	0.0025/—	優良/—
	磷酸	10	室溫/沸騰	0.000/6.400	優良/差
		30	室溫/沸騰	0.000/17.600	優良/差
		50	室溫/—	0.097/—	優良/—
	鉻酸	20	室溫/沸騰	<0.127/<0.127	優良/優良
	硝酸+鹽酸	1:3	室溫/沸騰	0.0040/0.127	優良/優良
	硝酸+鹽酸	3:1	室溫/—	<0.127/—	優良/—
	硝酸+硫酸	7:3	室溫/—	<0.127/—	優良/—
	硝酸+硫酸	4:6	室溫/—	<0.127/—	優良/—
有機酸	醋酸	100	室溫/沸騰	0.000/0.000	優良/優良
	蟻酸	50	室溫/—	0.000/—	優良/—
	草酸	5	室溫/沸騰	0.127/29.390	良好/差
	草酸	10	室溫/—	0.008/—	優良/—
	乳酸	10	室溫/沸騰	0.000/0.033	優良/優良
	乳酸	25	—/沸騰	—/0.028	—/優良
	甲酸	10	—/沸騰	—/1.270	—/良好
		25	—/100	—/2.440	—/差
		50	—/100	—/7.620	—/差
	丹檸酸	25	室溫/沸騰	<0.127/<0.127	優良/優良
	檸檬酸	50	室溫/沸騰	<0.127/<0.127	優良/優良
	硬脂酸	100	室溫/沸騰	<0.127/<0.127	優良/優良
堿溶液	氫氧化鈉	10	—/沸騰	—/0.020	—/優良
		20	室溫/沸騰	<0.127/<0.127	優良/優良
		50	室溫/沸騰	<0.0025/0.0508	優良/優良
		73	—/沸騰	—/0.127	—/良好
	氫氧化鉀	10	—/沸騰	—/<0.127	—/優良
		25	—/沸騰	—/0.305	—/良好
		50	30/沸騰	0.000/2.743	優良/差
	氫氧化銨	28	室溫/—	0.0025/—	優良/—
	碳酸鈉	20	室溫/沸騰	<0.127/<0.127	優良/優良
	阿摩尼亞	20	室溫/—	0.0708/—	優良/—
無機鹽溶液	氯化鐵	40	室溫/95	0.000/0.002	優良/優良
	氯化亞鐵	30	室溫/沸騰	0.000/<0.127	優良/優良
	氯化亞鉛	10		<0.127/<0.127
	氯化亞銅	50		<0.127/<0.127
	氯化銨	10		<0.127/<0.000
	氯化鈣	10		<0.127/<0.000
	氯化鋁	25		<0.127/<0.127
	氯化鎂	10		<0.127/<0.127
	氯化鎳	5-10		<0.127/<0.127
	氯化鋇	20		<0.127/<0.127
	硫酸銅	20		<0.127/<0.127
	硫酸銨	20℃飽和		<0.127/<0.127
	硫酸鈉	50		<0.127/<0.127
	硫酸亞鉛	20℃飽和		<0.127/<0.127
	硫酸亞銅	10		<0.127/<0.127
	硫酸亞銅	30		<0.127/<0.127
	硝酸銀	11	室溫/—	<0.127/—	優良/—
有機化合物	苯（含微量HCl、NaCl）	蒸氣與液體	80	0.005	優良
	四氯化碳	同上	沸騰	0.005
	四氯乙烯（穩定）	100%蒸氣和液體		0.0005
	四氯乙烯（H2O）			0.0005
	三氯甲烷			0.003
	三氯甲烷（H2O）			0.127	良好
	三氯乙烯	99%蒸氣和液體		0.00254	優良
	三氯乙烯（穩定）	99		0.00254	優良
	甲醛	37		0.127	良好
	甲醛（含2.5%H2SO4）	50		0.305	良好

鈦金屬的主要物理性能
名　　稱	單　　位	數　　據	名　　稱	單　　位	數　　據
原子序數		22	比　　熱	卡/克度	0.138
原子量		47.9	熱膨脹系數	×10-6/℃(0-100℃)	8.2
克原子體積	厘米3/克原子	10.7	彈性模量拉伸壓縮剪切	公斤/毫米2	10850
米杜 20	克/厘米3	4.505		公斤/毫米2	10340
熔點	℃	1668±4		公斤/毫米2	10550
沸點	℃	3535		公斤/毫米2	4500
溶化潛熱	千卡/克分子	5	導熱系數	卡/厘米秒.℃	0.036
氣化潛熱	千卡/克分子	1125±0.3%	電阻系數	×10-6歐母.厘米	47.8
同素異晶轉變溫度	℃	882	轉變時體積的變化	%	5.5
轉變時熵的變化	℃	0.587	磁化率	×10-6歐母.厘米	3.2
轉變潛熱	千卡/克分子	678±10%	泊桑比		0.41

鈦的十大特性

一、鈦的十大特性
◆ 密度小,比強度高：金屬鈦的密度為4.51g/cm3,高于鋁而低于鋼、銅、鎳，但比強度位于金屬之首。
◆ 耐腐蝕性能：鈦是一種非常活潑的金屬，其平衡電位很低，在介質中的熱力學腐蝕傾向大。但實際上鈦在許多介質中很穩定，如鈦在氧化性、中性和弱還原性等介質中是耐腐蝕的。
◆ 耐熱性能好：新型鈦合金可在600℃或更高的溫度下長期使用。
◆ 耐低溫性能好：鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等為代表的低溫鈦合金,其強度隨溫度的降低而提高,但塑性變化卻不大。在-196-253℃低溫下保持較好的延性及韌性,避免了金屬冷脆性,是低溫容器,貯箱等設備的理想材料。
◆ 抗阻尼性能強：金屬鈦受到機械振動、電振動后，與鋼、銅金屬相比，其自身振動衰減時間最長。
◆ 無磁性、無毒：鈦是無磁性金屬，在很大的磁場中也不會被磁化，無毒且與人體組織及血液有好的相溶性，所以被醫療界采用。
◆ 抗拉強度與其屈服強度接近：鈦的這一性能說明了其屈強比（抗拉強度/屈服強度）高，表示了金屬鈦材料在成形時塑性變形差。由于鈦的屈服極限與彈性模量的比值大，使鈦成型時的回彈能力大。
◆ 換熱性能好：金屬鈦的導熱系數雖然比碳鋼和銅低，但由于鈦優異的耐腐蝕性能，所以壁厚可以大大減薄，而且表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝，減少了熱組，太表面不結垢也可減少熱阻，使鈦的換熱性能顯著提高。　
◆ 彈性模量低：鈦的彈性模量在常溫時為106.4GMPa,為鋼的57%。
◆ 吸氣性能：鈦是一種化學性質非常活潑的金屬,在高溫下可與許多元素和化合物發生反應。鈦吸氣主要指高溫下與碳、氫、氮、氧發生反應。
二、鈦的三大功能
功能材料是以物理性能為主的工程材料，即在電、磁、聲、光、熱等方面具有的特殊性質，或在其作用下表現出特殊功能的材料。對鈦和鈦合金的研究已發現其有三種特殊功能有應用前途:
1.記憶功能：鈦-鎳合金在一定環境溫度下具有單向、雙向和全方位的記憶效應，被公認是最佳記憶合金。在工程上做管接頭用于戰斗機的油壓系統；石油聯合企業的輸油管路系統；直徑0.5mm絲做成的直徑500mm拋物網狀天線用于宇航飛行器上；在醫學工程上用于制作鼾癥治療；制成螺釘用于骨折愈合等。上述應用均獲得了明顯效果。
2.超導功能：鈮-鈦合金在溫度低于臨界溫度時，呈現出零電阻的超導功能。
3.貯氫功能：鈦-鐵合金具有吸氫的特性，把大量的氫安全的貯存起來，在一定的環境中又把氫釋放出來。這在氫氣分離、氫氣凈化、氫氣貯存及運輸、制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面應用很有前途。

鈦的表面處理技術

鈦在高溫下易于與空氣中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素發生反應，在鑄件表面形成表面污染層，使其優良的理化性能變差，硬度增加、塑性、彈性降低，脆性增加。
鈦的密度小，故鈦液流動時慣性小，熔鈦流動性差致使鑄流率低。鑄造溫度與鑄型溫差(300℃)較大，冷卻快，鑄造在保護性氣氛中進行，鈦鑄件表面和內部難免有氣孔等缺陷出現，對鑄件的質量影響很大。
因此，鈦鑄件的表面處理與其它牙用合金相比顯得更為重要，由于鈦的獨特的理化性能，如導熱系數小、表面硬度、及彈性模量低，粘性大，電導率低、易氧化等，這對鈦的表面處理帶來了很大的難度，采用常規的表面處理方法很難達到理想的效果。必須采用特殊的加工方法和操作手段。
鑄件的后期表面處理不僅是為了得到平滑光亮的表面，減少食物及菌斑等的積聚和粘附，維持患者的正常的口腔微生態的平衡，同時也增加了義齒的美感；更重要的是通過這些表面處理和改性過程，改善鑄件的表面性狀和適合性，提高義齒的耐磨、耐蝕和抗應力疲勞等理化特性。
一、表面反應層的去除
表面反應層是影響鈦鑄件理化性能的主要因素，在鈦鑄件研磨拋光前，必須達到完全去除表面污染層，才能達到滿意的拋光效果。通過噴砂后酸洗的方法可完全去除鈦的表面反應層。
1. 噴砂：鈦鑄件的噴砂處理一般選用白剛玉粗噴較好，噴砂的壓力要比非貴金屬者較小，一般控制在0.45Mpa以下。因為，噴射壓力過大時,砂粒沖擊鈦表面產生激烈火花，溫度升高可與鈦表面發生反應,形成二次污染，影響表面質量。時間為15~30秒，僅去除鑄件表面的粘砂、表面燒結層和部分和氧化層即可。其余的表面反應層結構宜采用化學酸洗的方法快速去除。
2. 酸洗：酸洗能夠快速完全去除表面反應層，而表面不會產生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于鈦的酸洗，但HF—HCl系酸洗液吸氫量較大，而HF—HNO3系酸洗液吸氫量小，可控制HNO3的濃度減少吸氫，并可對表面進行光亮處理，一般HF的濃度在3%~5%左右，HNO3的濃度在15%~30%左右為宜。
二、鑄造缺陷的處理
內部氣孔和縮孔內部缺陷：可等熱靜壓技術(hot isostatic pressing)去除, 但對義齒的精度會產生影響，最好用X線探傷后，表面磨除暴露氣孔，用激光補焊。表面氣孔缺陷可直接用激光局部焊接修補。
三、研磨與拋光
1．機械研磨：鈦的化學反應性高，導熱系數低，粘性大，機械研磨研削比低，且易于磨料磨具發生反應，普通磨料不宜用于鈦的研磨與拋光，最好采用導熱性好的超硬磨料，如金剛石、立方氮化硼等，拋光線速度一般為900~1800m/min.為宜，否則，鈦表面易發生研削燒傷和微裂紋。
2．超聲波研磨：通過超聲振動作用，使磨頭和被研磨面間的磨粒與被研磨面產生相對運動而達到研磨、拋光的目的。其優點在于常規旋轉工具研磨不到的溝、窩和狹窄部位變得容易了，但較大的鑄件研磨效果還不能令人滿意。
3．電解機械復合研磨：采用導電磨具，在磨具與研磨面之間施加電解液和電壓，通過機械和電化學拋光的共同作用下，降低表面粗糙度提高表面光澤度。電解液為0.9NaCl，電壓為5v，轉速為3000rpm/min.，此方法只能研磨平面，對復雜的義齒支架的研磨還處于研究階段。
4．桶研磨：利用研磨桶的公轉與自轉所產生的離心力，使桶內的義齒與磨料相對摩擦運動而起到降低表面粗糙度的研磨目的。研磨自動化、效率高，但只能降低表面粗糙度而不能提高表面光澤度，研磨的精度較差，可用與義齒精拋光前的去毛刺和粗研磨。
5．化學拋光：化學拋光是通過金屬在化學介質中的氧化還原反應而達到整平拋光的目的。其優點是化學拋光與金屬的硬度、拋光面積與結構形狀無關，凡與拋光液接觸的部位均被拋光，不須特殊復雜設備，操作簡便，較適合于復雜結構鈦義齒支架的拋光。但化學拋光的工藝參數較難控制，要求在不影響義齒精度的情況下能夠對義齒有良好的拋光效果。較好的鈦化學拋光液是HF和HNO3 按一定比例配制，HF是還原劑，能溶解鈦金屬，起到整平作用，濃度<10%, HNO3起氧化作用，防止鈦的溶解過度和吸氫，同時可產生光亮作用。鈦拋光液要求濃度高，溫度低，拋光時間短(1~2min.)。
6．電解拋光：又稱為電化學拋光或者陽極溶解拋光，由于鈦的電導率較低，氧化性能極強，采用有水酸性電解液如HF—H3PO4、HF—H2SO系電解液對鈦幾乎不能拋光，施加外電壓后，鈦陽極立刻發生氧化，而使陽極溶解不能進行。但采用無水氯化物電解液在低電壓下，對鈦有良好的拋光效果，小型試件可得到鏡面拋光，但對于復雜修復體仍不能達到完全拋光的目的，也許采用改變陰極形狀和附加陰極的方法能解決這一難題，還有待于進一步研究。
四、鈦的表面改性
1．氮化：采用等離子體滲氮、多弧離子鍍、離子注入和激光氮化的等化學熱處理技術，在鈦義齒表面形成金黃色TiN滲鍍層，從而提高鈦的耐磨性、耐腐蝕性和耐疲勞性。但技術復雜，設備昂貴，用于鈦義齒的表面改性很難達到臨床實用化。

2．陽極氧化：鈦的陽極氧化技術較為容易，在一些氧化性介質中，外加電壓的作用下，鈦陽極可形成較厚的氧化膜，從而提高其耐腐蝕性和耐磨性和耐候性。陽極氧化的電解液一般采用H2SO4、H3PO4和有機酸水溶液。
3．大氣氧化：鈦在高溫大氣中可形成較厚堅固的無水氧化膜，對鈦的全面腐蝕、間隙腐蝕都有效，方法比較簡便。
五、著色
為了增加鈦義齒的美感、防止鈦義齒在自然條件下的繼續氧化的變色，可采用表面氮化處理、大氣氧化和陽極氧化法表面著色處理，使表面形成淡黃色或金黃色，提高鈦義齒的美感。陽極氧化法利用鈦的氧化膜對光的干涉作用，自然發色，可通過改變槽電壓在鈦表面形成多彩的顏色。
六、其他表面處理
1: 表面粗化：為了提高鈦與飾面樹脂的粘結性能，必須對鈦表面進行粗化處理，提高其粘結面積。臨床上常采用噴砂粗化處理，但噴砂會造成鈦表面的氧化鋁的污染，我們采用草酸刻蝕的方法，得到良好的粗化效果，刻蝕1h表面粗糙度（Ra）可達到1.50±0.30μm，刻蝕2h Ra為2.99±0.57μm，比單獨噴砂的Ra（1.42±0.14μm）提高一倍多，其粘結強度提高了30%。
2: 抗高溫氧化的表面處理：為了防止鈦在高溫下的急劇氧化，在鈦表面形成鈦硅化合物及鈦鋁化合物，可防止鈦在700℃以上溫度下的氧化。這種表面處理對鈦的高溫氧化非常有效，也許鈦表面涂覆這類化合物，對鈦瓷結合有利，仍須進一步研究。

鈦及鈦合金的應用情況
鈦別	牌號	主要特性	用途舉例
碘法鈦	TAD	這是以碘化物法所獲得的高純度鈦，故稱碘法鈦，或稱化學純鈦。但是，其中仍然還有氧.氮.碳.這類間隙雜質元素，它們對純鈦的力學性能影響很大。隨著鈦的純度提高，鈦的強度、硬度明顯下降。故起特點是：化學性穩定性很好，但強度很底。	由于高純度的鈦強度較低，它作為結構材料應用意義不大，故在工業中很少用。目前在工業中廣泛使用的是工業純鈦和鈦合金。
工業純鈦	TA1 TA2 TA3	工業純鈦與化學純鈦不同之處是：它含有較多的氧.氮.碳及多種其它雜志元素（如鐵.硅等），它實質上是一種低合金含量的鈦合金。與化學純鈦相比，由于含有較多的雜志元素使其強度大大提高，它的力學性能與化學性與不銹鋼相似（但和鈦合金相比，強度仍然較低）工業純鈦的特點是：強度不高，但塑性好，易于加工成行，沖壓、焊接、可切割加工性能良好；在大氣，海水.濕氯氣及氧化性、中性、弱還原性介質中具有良好的耐蝕性，抗氧化性優于大多數臭固體不銹鋼但耐熱性較差，使用溫度不太高。工業純鈦按其雜質含量的不同，分為TA1.TA2和TA3三個牌號。這三種工業純鈦的間隙雜質元素是逐漸增加的，故其機械強度和硬度也隨之逐級增加，但塑性.韌性相應下降。br />工業上常用的純鈦是TA2，因其耐蝕性能和綜合力學性能適中。對耐腐和強度要求較高時可采用TA3。對要求較好的成型性能時可采用TA1。	（1）主要用作工作溫度360度以下，受力不大但要求高塑性的沖壓件和耐蝕結構零件，例如：飛機的骨架個皮，發動機附件，船舶用耐海水腐蝕管道、閥門、泵及水帶.海水淡化系統零部件，化工上的熱交換器.泵體、蒸餾塔、冷卻器、攪拌器、三通、葉輪、堅固件、離子泵、壓縮機氣閥以及柴油發動機活塞、連桿、葉簧等。（2）TA1.TA2在鐵含量為0.095%.氧含量為0.08%.氫含量為0.0009%.氮含量為0.0062%時，具有很好的低溫韌性和高的低溫強度，可用作-259℃以下的低溫結構材料。
α型鈦合金	TA4	這類合金在室溫和使用溫度下有α型單相態，不能熱處理強化(追滅是唯一的處理方式)，,主要依靠固溶強化。室溫強度一般低于β型和α+β型鈦合金(但高于工業純鈦)，而在高溫(500℃600℃)下的強度和蛻變，強度卻是三類鈦合金中最高的，且組織穩定，抗氧化性和焊接性能好，耐蝕性和可切削加工性能也較好，但塑性低(熱塑性仍然良好)室溫沖壓性能差。其中使用最廣的是TA7，它在退火狀態下具有中等強度和足夠的塑性,焊接性能良好,可在500℃以下使用,當其間隙雜質元素(氧、氫、氮等)含量極低時，再超低溫時還具有良好的韌性和綜合力學性能，是優良的超低溫合金之一。	抗拉強度比工業純鈦稍高,可做中等強度范圍的結構材料，國內主要用作焊絲。
	TA5 TA6		用于400℃以下在腐蝕介質中工作的零件及焊接件，如飛機才皮,骨架零件,壓氣機殼體、葉片、船舶零件等。
	TA7		500℃以下長期工作的結構零件和各種模鍛件，短時使用可到900℃。亦可用作超低溫(-233℃)部件(如超低溫用的容器)。
	TA8		500℃長期工作的零件，可用于制造發動機壓氣機盤和葉片。但合金的組織穩定性較差。在使用上受到一定限制。
β型鈦合金	TB2	這類合金的的主要合金元素是鉬、鉻、釩等β穩定性化元素.在正火或級火時很容易將高溫β相保留到室溫，獲得介穩定的β單相組織，故稱β型鈦合金。β型鈦合金可熱處理強化，有較高的強度，焊接性能和壓力加工性能良好；但性能不夠穩定，熔煉工藝復雜，故應用不如α型、α+β型鈦合金廣泛。	在350℃以下工作的零件，主要用于制造各種整體熱處理(固容.時效)的板材沖壓件和焊接件；如壓氣機葉片、輪盤、軸類等重載荷旋轉件，以及飛機的構件等。TB2的合金一般在固溶處理狀態下交貨,再固容，時效后使用。
α+β型鈦合金	TC1 TC2	這類合金在高溫是α+β型兩相組織,因而得名為α+β型鈦合金。它具有良好的綜合力學性能，大多可熱處理強化(但TC1、TC2、TC7不能熱處理強化)，鍛造、沖壓及焊接性能較好，可切削加工，室溫強度高。150500度以下且有較好的耐熱性,有的(如TC1、TC2、TC3、TC4)并有良好的低溫韌性和良好的抗海水應力腐蝕及抗熱鹽應力腐蝕能力。

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