중요한 기능적 재료로서, 티타늄은 항공 우주, 에너지 산업, 의료 용품 및 기타 필드에서 밀도가 낮고, 특정 강도 및 부식성이 우수함에 따라 널리 사용됩니다. 의료 티타늄 및 티타늄 합금의 발달은 대략 세 가지로 나뉩니다.
첫 번째 기간은 순수한 티타늄 및 ti -6 ai -4 v; 두 번째 기간은 ti -5 a 1-2. 5fe 및 ti -6 al -7 nb로 표시되는 + 유형 합금입니다. 그리고 세 번째 기간은 주요 생물학적 특성과 더 낮은 탄성 계수를 가진 유형 티타늄 합금의 개발입니다. 새로운 티타늄 합금 재료의 적용은 현재 주류 의료 기기 개발 방향이 될 것입니다.
중국의 의료 티타늄 합금 재료에 대한 연구는 1970 년대에 시작되었으며, 노스 웨스턴 비 피로 금속 연구소는 Ti -2. 5al -2. 5mo -2. ti-al -2. 5fe 및 ti -6 al -7 nb 재료. 중국 과학 아카데미는 또한 새로운 티타늄 합금 ti -24 nb -4 zr -7. 6SN을 개발했습니다. 주요 방향의 적극적인 적용을위한 새로운 재료와 티타늄 합금 재료를 돌파하기위한 중국의 현재 티타늄 합금 개발.
먼저, 티타늄의 부식
티타늄은 열역학적으로 불안정한 금속이며, 패시베이션 전위는 더 음성이며, -1의 표준 전극 전위는 63 V. 따라서 대기와 수성 용액에서는 패시베이션 특성으로 산화 필름 층을 형성하기가 쉽습니다. 부식 저항성이 더 좋습니다.
1, 다른 매체에서 티타늄의 부식 저항
의학 자료의 부식성을 연구하는 것이 매우 중요합니다. 한편으로, 이식 된 물질의 일부 금속 이온 또는 부식 생성물은 살아있는 유기체의 조직으로 침투하여 다른 정도의 생리적 반응을 유발할 수있다. 반면에, 체액의 존재로 인해 특정 재료의 성능이 심각하게 감소하여 빠른 손상 또는 고장을 초래할 수 있습니다. 인체의 비교적 복잡한 환경은 미량 원소의 용해를 일으키고 산화물 층의 안정성을 변화시킬 가능성이 높습니다. 약간의 마찰로 인해 산소가 부유 한 환경에서와 같이 티타늄 표면 패시베이션 필름의 형성은 산화물 층의 안정성이 약화되거나 손상되거나 새로운 산화물 층의 형성이 즉시 복구 될 수 없으며, 부식을 일으킬 가능성이 높습니다. 이 상황은 인체의 반복적 인 움직임과 도구의 사용에서 거의 피할 수 없습니다. 플라스틱 변형은 재료의 구성을 변화시켜 재료의 부식 특성에 영향을 미칩니다. 다른 정도의 소성 변형은 재료의 부식성 특성에 다른 영향을 미칩니다. 플라스틱 변형 과정에서, 내부 응력의 농도로 인해 계면 및 곡물 결함을 초래하기 때문에 소성 변형은 재료의 부식 저항을 약화시킬 것이다.
2, 티타늄의 부식 메커니즘
티타늄은 IVB 그룹의 전이 요소,보다 활성화 된 화학적 특성이며 산소는 친화력이 뛰어납니다. 임의의 산소 함유 배지에서, 티타늄의 표면은 조밀 한 패시베이션 필름을 쉽게 생성 할 수 있으며, 패시베이션 필름은 매우 얇으며, 두께는 일반적으로 몇 나노 미터에서 수십 개의 나노 미터입니다. 티타늄 합금 상에 수파화 필름의 존재는 표면 활성 용해 영역의 감소 및 용해 속도의 둔화를 초래하여 용해에 의한 손상에 저항합니다. 또한, 패시베이션 필름은 또한 손상되면 자체 복장을 할 수 있으며 새로운 보호 필름을 빠르게 형성 할 수 있습니다. 결과적으로 티타늄은 부식성이 우수합니다. 살아있는 유기체에 이식 된 티타늄 금속의 부식 형태는 기공 부식, 응력 부식, 틈새 부식, 갈바니 결합 부식 및 마모 부식으로 나눌 수 있습니다.
2.1 스트레스 부식
스트레스 부식은 인장 응력과 부식이 동시에 작용할 때 금속 파열 현상을 말합니다. 일반적인 과정은 다음과 같습니다. 금속 표면에서 생성 된 보호 필름이 파열되기 시작하고, 부식 부식 또는 틈새 부식 균열 원의 형성, 동시에, 인장 스트레스의 역할은 보호 필름 목욕을 반복적으로 만들 수 있습니다.
2.1.1 티타늄 합금의 스트레스 부식에 영향을 미치는 요인
티타늄 합금에서 SCC의 발생은 환경, 스트레스 및 재료의 세 가지 요인의 공동 작용의 결과입니다. SCC는 위의 세 가지 요소 중 하나를 변경하는 한 SCC가 발생하지 않는 한 매우 선택적입니다.
(1) 환경
(1) 매체
티타늄 합금은 SCC의 작용하에 많은 수성 용액, 증류수, 유기 용액 및 핫 소금 및 기타 배지에있을 수 있습니다. SCC 메커니즘의 다른 매체에서는 동일하지 않습니다.
(2) pH
티타늄 합금의 SCC에 대한 pH의 효과는 여전히 상당히 발산됩니다. 일반적으로, pH 값이 증가함에 따라, 13-14의 pH 값이 종종 SCC를 억제 할 수있을 때, 티타늄 합금 SCC 감도는 감소하지만, 국소 균열 전면 섹션의 SCC 변화에서 2-3의 pH 값의 강력한 부식 환경을 형성 할 수있다.
(3) 잠재력
SCC의 정도에 대한 잠재력의 영향이 중요합니다. 부식 시스템의 합금 및 중간 조성은 다르고 SCC 민감한 전위는 다릅니다. 예를 들어 -600 MV 근처에서 잠재력이 악화 될 때, 할로이드를 함유하는 수용액의 B- 티타늄 합금; 과잉 변신 전위에서 균열도 생성되어야합니다. 그러나 아래의 잠재력에서 -1000 MV는 금이되지 않습니다. Cl- 및 Br-를 함유하는 수용액에서, Ti8al1mo1v의 SCC 민감한 전위는 -500 mv {{1 0} MV이고, I-를 함유하는 수용액에서는 민감한 전위 영역이다.
(4) 온도
온도는 티타늄 합금의 SCC에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다. 일반적으로, 온도가 증가하고 SCC 감도가 증가합니다. {{{{0}} Decrice Hot Salt- 공기 환경, 450도에서 Ti6al3mo2zr0.5sn 합금 응력 부식 또는 SCC에 더 민감합니다. H2S+Co 2+ NaCl+S의 용액에서 일정량의 PD 또는 MO를 갖는 Ti6AL4V 합금은 250도보다 200도에서 SCC에 덜 민감했다. 그러나, 인체에 이식 된 물질의 온도 민감도는 제한적이다.
(5) Cl 이온 농도
용액의 Cl- 농도가 높을수록 SCC 감도가 커집니다.
(2) 스트레스
냉간 작업, 단조, 용접, 열처리 또는 티타늄 합금 조립 중에 생성 된 잔류 응력으로 인한 SCC 사고는 전체 SCC 사고의 40%를 차지합니다. 또한, 작업 중 또는 부식 제품의 부피 효과 또는 부식 제품의 부피 효과 등으로 인한 고르지 않은 응력으로 인해 발생하는 외부 응력은 SCC를 생성하는 모든 응력의 원천입니다. 응력 수준이 높을수록 SCC가 발생하는 시간이 짧습니다.
(3) 재료
동일한 환경 매체에서, 화학 성분, 분리, 조직, 입자 크기, 결정 결함, 특성, 열처리 및 물질의 표면 조건이 다르면 응력 부식 거동 및 정도도 다릅니다. 소량의 PD, MO 또는 RU를 티타늄 합금에 첨가하면 응력 부식 감수성을 줄일 수 있습니다. 피크 노화에 의해 처리 된 Ti6al4V 및 Ti15v3Cr3Al3SN 합금의 SCC 감도는 어닐링 된 상태의 것보다 높다. TI6AL4V 합금의 산소 함량이 0보다 낮을 때 SCC 감도는 크게 감소 될 수 있습니다.
2.1.2 일반적인 솔루션
특정 매체에서 티타늄 합금의 SCC 민감도를 제거하거나 줄이기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.
1) 잔류 응력 제거
부품 제조 후 생성 된 국소 잔류 응력을 제거하기 위해 전체 어닐링 또는 국소 어닐링 방법을 통해 제거 될 수 있습니다. 이 시점에서 열처리가 재료의 강도, 가소성 또는 인성에 미치는 부정적인 영향을 고려해야합니다.
(2) 합금
전통적인 합금의 경우, 합금의 상황에 따라 SCC 저항을 향상시키기 위해 적절한 양의 PD, MO 또는 RU를 추가하기위한 합금의 상황에 따라.
3) 표면 처리
티타늄 합금의 표면 품질을 개선함으로써, 재료의 생체 적합성 및 내마모성을 향상시키고, 균열 생성의 시간과 속도를 줄이고 지연시킨다.
2.2 틈새 부식
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; 행크스 솔루션의 ti6ai4v는 매우 강한 틈새 부식 저항을 가지고 있습니다.
2.3 마모 부식
마모 부식은 매체와 접촉하는 금속의 상대 운동의 높은 속도로 인한 마모로 인한 금속 표면의 가속 부식입니다. 티타늄 임플란트가 삽입되면, 작동기구로 어느 정도의 마모가 발생하여 표면에 존재하는 산화물 필름을 파괴합니다. 이 산화물 필름이 제 시간에 수리되지 않으면 임플란트 금속이 더 부식되거나 심지어 실패합니다.
생물 의학 재료는 현대 임상 의학의 빠른 발달을위한 중요한 재료 기초이며, 21 세기의 재료 연구의 주요 주제입니다. 생체 의학 분야에서 더 나은 생체 적합성과 부식성으로 인해 새로운 유형의 부식 내성 물질로서의 티타늄은 널리 사용됩니다.
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