Som et vigtigt funktionelt materiale er titaniummetal meget udbredt i rumfart, energiindustrien, medicinske forsyninger og andre områder for dets fordele med lav tæthed, høj specifik styrke og god korrosionsbestandighed. Udviklingen af medicinsk titanium og titanlegeringer er groft opdelt i tre perioder:
Den første periode er repræsenteret af rent titanium og Ti-6AI-4V; den anden periode er repræsenteret af + -typelegeringer, Ti-5A1-2.5Fe og Ti-6Al-7Nb; og den tredje periode er repræsenteret ved udviklingen af -type titanlegeringer med bedre biologiske egenskaber og lavere elasticitetsmodul som hovedforsvarslinje. Anvendelsen af nye titanlegeringsmaterialer vil være den nuværende retning for den almindelige udvikling af medicinsk udstyr.
Forskning i medicinske titanlegeringsmaterialer i Kina begyndte i 1970'erne, Northwest Nonferrous Metals Research Institute udviklede Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ), og i 1990'erne har udviklet med uafhængige intellektuelle ejendomsrettigheder til Ti-6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe og Ti-6Al-7Nb-materialer. Det kinesiske videnskabsakademi har også udviklet en ny titanlegering Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn. Kinas nuværende udvikling af titanlegeringer til banebrydende nye materialer og titanlegering materialer til aktiv anvendelse af hovedretningen.
I. Korrosion af titanium
Titanium er et termodynamisk ustabilt metal, passiveringspotentialet er mere negativt, standardelektrodepotentialet på -1.63V. Derfor, i atmosfæren og vandig opløsning er let at danne et lag af oxideret film med passiveringsegenskaber, bedre korrosionsbestandighed.
1, titanium korrosionsbestandighed i forskellige medier
Det er ret vigtigt at studere korrosionsbestandigheden af medicinske materialer. På den ene side trænger nogle af metalionerne eller korrosionsprodukterne i det implanterede materiale ind i organismens væv, hvilket kan udløse forskellige grader af fysiologiske reaktioner; på den anden side, på grund af tilstedeværelsen af kropsvæsker, kan ydeevnen af visse materialer være alvorligt reduceret, hvilket resulterer i hurtig skade eller endda svigt. Det relativt komplekse miljø i den menneskelige krop er mere tilbøjelige til at forårsage opløsning af sporstoffer og ændre stabiliteten af oxidlaget. Let friktion kan få dannelsen af titaniumoverfladepassiveringsfilm til at lide forskellige grader af skade, såsom i det iltfattige miljø, oxidlagets stabilitet svækkes, kan ikke straks repareres, når det er beskadiget, eller dannelsen af et nyt oxidlag , mere tilbøjelige til at forårsage korrosion. Denne situation er næsten uundgåelig i den menneskelige krops gentagne bevægelser og brugen af instrumenter. Plastisk deformation vil ændre materialets organisatoriske tilstand, hvilket igen vil påvirke materialets korrosionsevne. Forskellige grader af plastisk deformation på materialets korrosionsevne varierer meget. I processen med plastisk deformation, på grund af koncentrationen af indre spændinger, der resulterer i grænseflade- og korndefekter, vil plastisk deformation derfor svække materialets korrosionsbestandighed.
2, titanium korrosionsmekanisme
Titanium er et overgangselement i IVB-gruppen, den kemiske natur af de mere aktive, og oxygen har en stor affinitet. I ethvert oxygenholdigt medium er overfladen af titan let at generere en tæt passiveringsfilm, passiveringsfilmen er ekstremt tynd, dens tykkelse er normalt et par nanometer til snesevis af nanometer. Tilstedeværelsen af en passiveringsfilm på titanlegeringer resulterer i en reduktion i arealet af overfladeaktiv opløsning og en nedsættelse af opløsningshastigheden, hvilket modstår skaden forårsaget af opløsning. Derudover er passiveringsfilmen også i stand til automatisk reparation, når den er beskadiget, kan den hurtigt danne en ny beskyttende film. Som et resultat har titanium god korrosionsbestandighed. Titaniummetal implanteret i levende organismer, formen af korrosion kan opdeles i porekorrosion, spændingskorrosion, spaltekorrosion, galvanisk koblingskorrosion og slidkorrosion.
2.1 Spændingskorrosion
Spændingskorrosion er fænomenet med brud på metal, når trækspænding og korrosion virker samtidigt. Den generelle proces er: trækspændingens rolle, så den beskyttende film, der dannes på overfladen af metallet, begyndte at briste, dannelsen af grubetæring eller sprækkekorrosionsrevnekilde, til den langsgående dybde af udviklingen, på samme tid, trækspændingens rolle kan få den beskyttende film til at briste gentagne gange, dannelsen af vinkelret på retningen af trækspændingen af revnen, eller endda føre til brud.
2.1.1 Faktorer, der påvirker spændingskorrosion af titanlegering
Forekomsten af SCC på titanlegering er resultatet af den fælles handling af tre faktorer: miljø, stress og materiale, SCC er meget selektiv, så længe det er at ændre en af de ovennævnte tre faktorer, vil SCC ikke forekomme.
(1) Miljø
(1) Medium
Titanlegeringer kan gennemgå SCC i mange vandige opløsninger, destilleret vand, organiske opløsninger og varme salte osv. SCC-mekanismen er ikke den samme i forskellige medier.
(2) pH-værdi
pH-værdi af titanlegering SCC-effekt der er betydelig uenighed. Generelt, med stigningen i pH-værdien, falder titanlegerings SCC-følsomheden, når pH-værdien på 13-14 ofte kan hæmme SCC, men i SCC kan ændringer i fronten af de lokale revner endda danne en stærk ætsende miljøet for pH-værdien for 2-3.
(3) Potentiale
Effekten af potentiale på graden af SCC er kritisk. Legering og medium sammensætning af korrosionssystemet er anderledes, dets SCC-følsomme potentiale er anderledes. Såsom B - titanlegering indeholdende halogenider i vandig opløsning, når potentialet i nærheden af -600mV, SCC forværring; i overpassiveringspotentialet bør der også produceres revner; men i lavere end -1000 er mV potentialet ikke revnet. I den vandige opløsning indeholdende Cl- og Br- er det SCC-følsomme potentiale for Ti8Al1Mo1V -500mV{{10}}mV, mens det i den vandige opløsning indeholdende I-, 0mV eller mere er følsomt potentielt område.
(4) Temperatur
Temperatur er en af de vigtige faktorer, der påvirker SCC af titanlegeringer. Generelt stiger temperaturen, SCC-følsomheden stiger. I {{0}} grader varmt salt - luft miljø, Ti6Al3Mo2Zr0.5Sn legering spændingskorrosion ved 450 grader eller mere følsom over for SCC. Ti6Al4V-legeringer med en vis mængde Pd eller Mo i en opløsning af H2S+CO2+NaCl+S var mindre følsomme over for SCC ved 200 grader end ved 250 grader. Imidlertid er temperaturfølsomheden af materialet implanteret i menneskekroppen begrænset.
(5) Cl-ionkoncentration
Jo højere Cl-koncentrationen i opløsningen er, jo større er dens SCC-følsomhed.
(2) Stress
SCC-ulykker forårsaget af restspændinger genereret under koldbearbejdning, smedning, svejsning, varmebehandling eller samling af legeringer tegner sig for 40 % af de samlede SCC-ulykker. Derudover er de ydre spændinger, der genereres under arbejdet eller på grund af korrosionsprodukters volumenpåvirkning eller ujævne spændinger på grund af volumenpåvirkningen af korrosionsprodukter mv., alle kilder til spændinger, der genererer SCC. Jo højere stressniveauet er, desto kortere er tiden for SCC at opstå.
3) Materiale
Hvis materialets kemiske sammensætning, adskillelse, organisation, kornstørrelse, krystalfejl, egenskaber, varmebehandling og overfladetilstand osv. er forskellige i det samme miljømæssige medium, er dets spændingskorrosionsadfærd og grad også forskellig. Tilsætning af små mængder Pd, Mo eller Ru til titanlegeringer kan reducere deres spændingskorrosionsfølsomhed. SCC-følsomheden af Ti6Al4V- og Ti15V3Cr3Al3Sn-legeringer behandlet ved topældning er højere end den for den udglødede tilstand. Når oxygenindholdet i Ti6Al4V-legering er lavere end 0.13 %, kan SCC-følsomheden reduceres betydeligt.
2.1.2 Fælles løsninger
For at eliminere eller reducere SCC-følsomheden af titanlegeringer i et bestemt medium, kan følgende løsninger bruges.
(1) Eliminer resterende stress
Kan elimineres gennem hele udglødningen eller lokal udglødningsmetode for at eliminere den lokale restspænding, der genereres efter fremstilling af dele. På dette tidspunkt bør overveje den negative indvirkning af varmebehandling på styrken, plasticiteten eller sejheden af materialet.
(2) legering
For traditionelle legeringer, i henhold til situationen i legeringen til at tilføje den passende mængde Pd, Mo eller Ru for at forbedre sin SCC modstand.
3) Overfladebehandling
Ved at forbedre overfladekvaliteten af titanlegeringer, for at forbedre biokompatibiliteten og slidstyrken af materialet, reducere og forsinke tiden og hastigheden af revner.
2,2 sprækkekorrosion
When the medium in the metal parts and metal or non-metallic gap between the formation of the gap, can make the gap in the metal to accelerate corrosion, known as crevice corrosion. Crevice corrosion is a localized corrosion. When titanium and titanium alloy crevice, due to the lack of oxidizing substances within the crevice, so that it becomes anode and corrosion occurs, destroying the passivation film. In general, crevice corrosion undergoes three stages: ① consumption of oxygen within the crevice; ② formation of macro-cells, pH value decreases; 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 og Ti6AI4V har stærk sprækkekorrosionsbestandighed i Hanks' løsning.
2.3 Slidkorrosion
Slidkorrosion er den accelererede korrosion af metaloverflader forårsaget af den høje hastighed af den relative bevægelse af metallet i kontakt med mediet. Når titaniumimplantater indsættes, opstår der en vis grad af slid på operationsinstrumentet, hvilket ødelægger oxidfilmen på overfladen. Hvis denne oxidfilm ikke repareres i tide, vil det implanterede metal yderligere korrodere eller endda svigte.
Konklusion
Biomedicinske materialer er et vigtigt materielt grundlag for den hurtige udvikling af moderne klinisk medicin, er hovedemnet for materialeforskning i det 21. århundrede. Titanium som en ny type korrosionsbestandige materialer har gjort store fremskridt, på grund af dets bedre biokompatibilitet og korrosionsbestandighed, inden for biomedicin er meget udbredt. Der er dog stadig mange problemer, der skal løses i anvendelsen af titanium i menneskelige omgivelser. Derfor er der behov for dybdegående undersøgelser af forskellige aspekter af titanium egenskaber for at designe og igangsætte den hurtigere udvikling af biomedicinske materialer.
