Ως σημαντικό λειτουργικό υλικό, το μεταλλικό τιτάνιο, με τα πλεονεκτήματά του όπως η χαμηλή πυκνότητα, η υψηλή ειδική αντοχή και η εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, την ενέργεια και τις ιατρικές εφαρμογές. Η ανάπτυξη των ιατρικών κραμάτων τιτανίου και τιτανίου μπορεί να χωριστεί σε τρεις περιόδους: η πρώτη περίοδος εκπροσωπήθηκε από καθαρό τιτάνιο και TI-6AL-4V. Η δεύτερη περίοδος ήταν + κράματα, που αντιπροσωπεύονται από TI-5AL-2,5FE και TI-6AL-7NB. και η τρίτη περίοδος επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη κραμάτων τιτανίου τύπου με βελτιωμένη βιογραφική απόδοση και χαμηλότερο ελαστικό μέτρο. Η εφαρμογή νέων υλικών κράματος τιτανίου θα είναι η τρέχουσα κύρια κατεύθυνση της ανάπτυξης ιατρικών συσκευών.
Η έρευνα για τα ιατρικά κράματα τιτανίου στη χώρα μου ξεκίνησε στη δεκαετία του 1970, με την ανάπτυξη του TI-2,5AL-2,5MO-2,5ZR (TAMZ) από το Ινστιτούτο Βορειοδυτικών Ερευνών των Μη Λήψη Μεταλίων. Στη δεκαετία του 1990, αναπτύχθηκαν στη συνέχεια τα TI-6AL-4V, TI-AL-2,5FE και TI-6AL-7NB, με ανεξάρτητα δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας. Η κινεζική Ακαδημία Επιστημών έχει επίσης αναπτύξει ένα νέο κράμα-πύργο, TI-24NB-4ZR-7.6SN. Η τρέχουσα ανάπτυξη κράματος τιτανίου στη χώρα μου επικεντρώνεται στην επανάσταση νέων υλικών και στην ενεργό εφαρμογή των κραμάτων τιτανίου.
Ιδιότητες διάβρωσης τιτανίου
Το τιτάνιο είναι ένα θερμοδυναμικά ασταθές μέταλλο με σχετικά αρνητικό δυναμικό παθητικοποίησης, με ένα τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου -1,63V. Ως εκ τούτου, σχηματίζει εύκολα ένα φιλμ οξειδίου παθητικοποίησης στην ατμόσφαιρα και στα υδατικά διαλύματα, με αποτέλεσμα την εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση.
Αντίσταση διάβρωσης τιτανίου σε διαφορετικά μέσα
Η μελέτη της αντοχής στη διάβρωση των ιατρικών υλικών είναι ζωτικής σημασίας. Από τη μία πλευρά, η διείσδυση ορισμένων μεταλλικών ιόντων ή προϊόντων διάβρωσης από εμφυτευμένα υλικά σε βιολογικούς ιστούς μπορεί να προκαλέσει ποικίλους βαθμούς φυσιολογικών αντιδράσεων. Από την άλλη πλευρά, η παρουσία σωματικών υγρών μπορεί να υποβαθμίσει σοβαρά την απόδοση ορισμένων υλικών, οδηγώντας σε ταχεία βλάβη ή ακόμη και αποτυχία. Το σχετικά περίπλοκο ανθρώπινο περιβάλλον είναι επιρρεπές στη διάλυση των ιχνοστοιχείων, μεταβάλλοντας τη σταθερότητα του στρώματος οξειδίου. Η ελαφρά τριβή μπορεί να βλάψει την παθητική μεμβράνη που σχηματίζεται στην επιφάνεια του τιτανίου σε διαφορετικούς βαθμούς. Για παράδειγμα, σε περιβάλλον με έλλειψη οξυγόνου, το στρώμα οξειδίου γίνεται λιγότερο σταθερό και τα στρώματα οξειδίου που έχουν υποστεί κατεστραμμένα δεν μπορούν να επισκευαστούν ή να αντικατασταθούν, καθιστώντας το πιο ευαίσθητο στη διάβρωση. Αυτή η κατάσταση είναι σχεδόν αναπόφευκτη κατά τη διάρκεια της επαναλαμβανόμενης ανθρώπινης κίνησης και της χρήσης του εξοπλισμού. Η πλαστική παραμόρφωση μεταβάλλει τη δομική κατάσταση του υλικού, επηρεάζοντας έτσι την αντίσταση της διάβρωσης. Οι διαφορετικοί βαθμοί πλαστικής παραμόρφωσης έχουν σημαντικά διαφορετικές επιδράσεις στην αντίσταση στη διάβρωση του υλικού. Κατά τη διάρκεια της πλαστικής παραμόρφωσης, η εσωτερική συγκέντρωση του στρες δημιουργεί ελαττώματα σε διεπαφές και μέσα σε κόκκους, εξασθενίζοντας έτσι την αντίσταση στη διάβρωση του υλικού.
Μηχανισμός διάβρωσης τιτανίου
Το τιτάνιο είναι ένα στοιχείο μετάβασης ομάδας IVB με σχετικά δραστική χημική φύση και ισχυρή συγγένεια για το οξυγόνο. Σε οποιοδήποτε μέσο που περιέχει οξυγόνο, μια πυκνή παθητική μεμβράνη σχηματίζεται εύκολα στην επιφάνεια του τιτανίου. Αυτή η μεμβράνη είναι εξαιρετικά λεπτή, συνήθως μετράει μερικές έως δεκάδες πάχους νανόμετρων. Η παρουσία ενός παθητικού φιλμ με κράμα τιτανίου μειώνει την επιφάνεια που είναι διαθέσιμη για ενεργό διάλυση, επιβραδύνοντας τον ρυθμό διάλυσης και αντιστέκεται έτσι σε βλάβες που προκαλούνται από τη διάλυση. Επιπλέον, η παθητική μεμβράνη είναι αυτοκαταστροφή. Όταν κατεβαίνει, σχηματίζει γρήγορα μια νέα προστατευτική ταινία. Ως εκ τούτου, το τιτάνιο παρουσιάζει εξαιρετική αντίσταση στη διάβρωση. Η διάβρωση του μετάλλου τιτανίου που εμφυτεύεται σε έναν ζωντανό οργανισμό μπορεί να κατηγοριοποιηθεί ως σκασίματα, διάβρωση στρες, διάβρωση της σχισμής, γαλβανική διάβρωση και διάβρωση.
Ανάλυση διάβρωσης στρες
Η διάβρωση του στρες αναφέρεται στο φαινόμενο που τα μέταλλα σπάνε όταν ενεργούν ταυτόχρονα και η διάβρωση. Η γενική διαδικασία είναι: η δράση της εφελκυστικής τάσης προκαλεί την προστατευτική μεμβράνη που σχηματίζεται στην μεταλλική επιφάνεια να αρχίσει να σπάει, σχηματίζοντας μια πηγή ρωγμών για διάβρωση ή διάβρωση της σχισμής, η οποία αναπτύσσεται σε βάθος. Ταυτόχρονα, η δράση της εφελκυστικής πίεσης μπορεί να προκαλέσει την επανειλημμένη ρωγμή, σχηματίζοντας ρωγμές κάθετες στο στρες εφελκυσμού και ακόμη και οδηγώντας σε κάταγμα.
1. Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάβρωση του στρες των κραμάτων τιτανίου
Η εμφάνιση SCC (ρωγμή διάβρωσης τάσης) στα κράματα τιτανίου είναι το αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης τριών παραγόντων: περιβάλλον, στρες και υλικό. Το SCC είναι εξαιρετικά επιλεκτικό. Εφόσον αλλάζει οποιοσδήποτε από τους τρεις παράγοντες που αναφέρονται παραπάνω, η SCC δεν θα συμβεί.
(1) Περιβάλλον
• Μεσαίο: Τα κράματα τιτανίου μπορούν να υποβληθούν σε SCC υπό τη δράση πολλών μέσων, όπως υδατικά διαλύματα, απεσταγμένο νερό, οργανικά διαλύματα και ζεστά άλατα. Ο μηχανισμός SCC είναι διαφορετικός σε διαφορετικά μέσα.
• Τιμή PH: Υπάρχουν ακόμα σημαντικές διαφορές στην επίδραση της τιμής ρΗ στην SCC των κραμάτων τιτανίου. Σε γενικές γραμμές, καθώς αυξάνεται η τιμή του ρΗ, η ευαισθησία SCC των κραμάτων τιτανίου μειώνεται. Όταν η τιμή του ρΗ είναι 13-14, η SCC μπορεί συχνά να ανασταλεί. Ωστόσο, ένα ισχυρό διαβρωτικό περιβάλλον με τιμή pH 2-3 μπορεί ακόμη και να σχηματιστεί στο μπροστινό τμήμα της τοπικής ρωγμής όπου συμβαίνουν αλλαγές SCC.
• Δυναμικό: Η επίδραση του δυναμικού στο βαθμό της SCC είναι ζωτικής σημασίας. Το σύστημα διάβρωσης που αποτελείται από το κράμα και το μέσο είναι διαφορετικό και το ευαίσθητο του SCC του είναι διαφορετικό.
• Θερμοκρασία: Η θερμοκρασία είναι ένας από τους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη δημιουργία SCC σε κράματα τιτανίου. Σε γενικές γραμμές, η ευαισθησία SCC αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ωστόσο, η ευαισθησία θερμοκρασίας των υλικών που εμφυτεύονται στο ανθρώπινο σώμα είναι περιορισμένη.
• Συγκέντρωση ιόντων CL: Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση CL στο διάλυμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ευαισθησία SCC.
(2) άγχος
Τα ατυχήματα SCC που προκαλούνται από υπολειμματικό στρες που παράγονται στο κράμα κατά τη διάρκεια της ψυχρής εργασίας, της σφυρηλάτησης, της συγκόλλησης, της θερμικής επεξεργασίας ή της συναρμολόγησης αντιπροσωπεύουν το 40% των συνολικών ατυχημάτων SCC. Επιπλέον, η εξωτερική τάση που παράγεται κατά τη διάρκεια της εργασίας ή του εξωτερικού στρες που προκαλείται από την επίδραση όγκου των προϊόντων διάβρωσης μπορεί επίσης να προκαλέσει την εμφάνιση SCC.
Συνοπτικά, η απόδοση της διάβρωσης του ιατρικού τιτανίου είναι ένας βασικός παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν χρησιμοποιείται ως υλικό εμφυτεύματος. Με βαθιά κατανόηση του μηχανισμού διάβρωσης του τιτανίου και των επιδόσεών του σε διαφορετικά περιβάλλοντα, μπορεί να παρέχεται επιστημονική βάση για την επιλογή και το σχεδιασμό ιατρικών υλικών κράματος τιτανίου, εξασφαλίζοντας έτσι την ασφάλεια και την αξιοπιστία του σε πρακτικές εφαρμογές.
Η εταιρεία διαθέτει κορυφαίες γραμμές παραγωγής εγχώριου τιτανίου, όπως:
Γερμανική-εισαγωγική γραμμή παραγωγής σωλήνα τιτανίου ακριβείας (ετήσια παραγωγική ικανότητα: 30.000 τόνοι).
Ιαπωνική-Τεχνολογία Τεχνολογία Κολλικού Φορέα Τίτου (λεπτή έως 6μm).
Πλήρως αυτοματοποιημένη ράβδο τιτανίου συνεχούς εξώθησης.
Έξυπνη πλάκα τιτανίου και λωρίδες φινιρίσματος.
Το σύστημα MES επιτρέπει τον ψηφιακό έλεγχο και τη διαχείριση ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας, επιτυγχάνοντας ακρίβεια διαστάσεων προϊόντος ± 0,01μm.
