1. گرم کردن با دمای بالا و خنک کردن سریع
از آنجا که مواد تیتانیوم دارای نقطه ذوب بالا و ساختار کریستالی خاص هستند، گرم کردن در دمای بالا در طول پردازش مورد نیاز است. با این حال، فلنج تیتانیوم تمایل بیشتری به گرم شدن بیش از حد دارد.و گرم کردن در دمای بالا باعث رشد سریع دانه های بتا می شود.اگر تغییر شکل کافی نباشد، یک ساختار خشن پس از خنک شدن شکل می گیرد که به طور قابل توجهی دوره ای و مقاومت خستگی فلنج را کاهش می دهد.دمای گرمایش و سرعت خنک شدن باید به دقت در طول پردازش کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که میکروسروکتور مواد یکنواخت و ظریف است.، بنابراین اطمینان از خواص مکانیکی فلنج.
2مقاومت بالا در برابر تغییر شکل
مقاومت در برابر تغییر شکل فلنج تیتانیوم به کاهش دمای تغییر شکل یا افزایش سرعت تغییر شکل بسیار حساس است.معمولاً لازم است فلز را به منطقه فاز β بالاتر از نقطه تحول فاز گرم کنید و به اصطلاح پردازش β انجام دهیداین روش پردازش می تواند پلاستیکیت و سختی مواد را بهبود بخشد، اما همچنین مشکل و هزینه پردازش را افزایش می دهد.
3الزامات بالا در زمینه تکنولوژی پردازش حرارتی
فرآیند پردازش حرارتی فلنج تیتانیوم عمدتا شامل جعل، رولینگ و اکستروز است.این فرآیندها تأثیر قابل توجهی بر دقت ابعاد و کیفیت ذاتی مواد دارند.به دلیل ویژگی های خاص مواد تیتانیوم، انتخاب صحیح و تسلط بر پارامترهای فرآیند نه تنها برای اطمینان از دقت ابعاد محصول بسیار مهم است،اما همچنین یک عامل کلیدی است که بر کیفیت محصول تاثیر می گذارد.به عنوان مثال، در طول فرآیند جعل، دمای جعل،مقدار تغییر شکل و سرعت خنک شدن نیاز به کنترل دقیق برای اطمینان از ساختار یکنواخت و عملکرد پایدار مواد.
4درمان سطح و کنترل کیفیت
فلنج های تیتانیوم نیز پس از پردازش برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی و زیبایی نیاز به درمان سطحی دارند. روش های درمان سطحی رایج شامل پولیش، ترشی و الکتروپلاستی می باشد.علاوه بر اينبرای اطمینان از کیفیت و قابلیت اطمینان محصول، فلنج های تیتانیوم نیاز به کنترل کیفیت دقیق در طول فرآیند تولید دارند، از جمله بازرسی مواد اولیه، نظارت بر فرآیند،و آزمایش محصولات نهاییاین اقدامات کنترل کیفیت می توانند به طور موثر از نقص جلوگیری کنند و عملکرد محصول و عمر خدمت را تضمین کنند.
5. فرآیند درمان گرما پیچیده
فرآیند درمان حرارتی فلنج تیتانیوم نیز یک ویژگی مهم از تکنولوژی پردازش آن است. درمان حرارتی می تواند خواص مکانیکی و میکروسروتکل مواد را بهبود بخشد.روش های درمان گرمایی رایج شامل گرم کردن، درمان خاموش کردن و پیری.این فرآیندهای درمان حرارتی نیاز به انتخاب و بهینه سازی بر اساس ترکیبات خاص مواد و الزامات عملکرد به منظور اطمینان از بهترین عملکرد کلی فلنج.
به طور خلاصه، تکنولوژی پردازش فلنج تیتانیوم دارای ویژگی های گرمایش دمای بالا و خنک شدن سریع، مقاومت در برابر تغییر شکل بالا،الزامات بالا در فرآیند پردازش حرارتی، درمان سطحی و کنترل کیفیت سختگیرانه، و فرآیند درمان گرما پیچیده.این ویژگی ها مستلزم استفاده از تکنولوژی پیشرفته و تجهیزات در فرآیند تولید فلنج های تیتانیوم استبا این حال، این تکنیک های پردازش منحصر به فرد است که عملکرد عالی و چشم انداز کاربرد گسترده ای را به فلنج های تیتانیوم می دهد.
در طول پردازش فلنج های تیتانیوم ، کنترل مقاومت تغییر شکل یک مشکل فنی مهم است. در اینجا چندین روش کنترل رایج وجود دارد:
1انتخاب معقول دمای پردازش
مقاومت در برابر تغییر شکل فلنج تیتانیوم نسبت به دمای تغییر شکل بسیار حساس است.معمولا لازم است که فلز به منطقه فاز β بالاتر از نقطه تحول فاز گرم شود تا به اصطلاح پردازش β انجام شوداین روش پردازش می تواند به طور قابل توجهی انعطاف پذیری و سختی مواد را بهبود بخشد و در نتیجه مقاومت در برابر تغییر شکل را کاهش دهد.دمای خیلی بالا باعث می شود دانه های β به سرعت رشد کنند.بنابراین، دمای پردازش باید به طور منطقی انتخاب شود، معمولا بین 800 تا 950 درجه سانتیگراد.
2. کنترل سرعت تغییر شکل
افزایش سرعت تغییر شکل همچنین منجر به افزایش مقاومت تغییر شکل می شود. بنابراین، سرعت تغییر شکل باید در طول پردازش کنترل شود تا از سرعت تغییر شکل بیش از حد سریع جلوگیری شود.کنترل سرعت تغییر شکل می تواند با تنظیم سرعت و فشار تجهیزات جعل به دست آیدعلاوه بر این، روش جعل مرحله به مرحله نیز می تواند برای افزایش تدریجی میزان تغییر شکل برای کاهش مقاومت تغییر شکل استفاده شود.
3. بهینه سازی فرآیند جعل
فرآیند جعل تأثیر مهمی بر مقاومت در برابر تغییر شکل فلنج تیتانیوم دارد.جعل چند جهت می تواند برای ساخت مواد به طور یکنواخت در جهت های مختلف استفاده شودعلاوه بر این ، جعل ایزوترمی نیز می تواند برای حفظ دمای ثابت مواد در طول فرآیند پردازش استفاده شود ،در نتیجه مقاومت در برابر تغییر شکل را کاهش می دهد.
4از روغن مناسب استفاده کنید
در طول فرآیند جعل، استفاده از روغن های مناسب می تواند به طور موثر اصطکاک را کاهش دهد و در نتیجه مقاومت در برابر تغییر شکل را کاهش دهد. روغن های رایج مورد استفاده عبارتند از گرافیت،دی سولفید مولیبدن و روغن های مبتنی بر روغنانتخاب روغن مناسب نه تنها می تواند مقاومت در برابر تغییر شکل را کاهش دهد، بلکه طول عمر قالب را نیز افزایش می دهد و کارایی پردازش را بهبود می بخشد.
5. به طور معقول قالب را طراحی کنید
طراحی قالب همچنین تأثیر مهمی بر مقاومت در برابر تغییر شکل فلنج تیتانیوم دارد. طراحی قالب منطقی می تواند به طور موثر استرس مواد را از بین ببرد.در نتیجه مقاومت در برابر تغییر شکل را کاهش می دهدبه عنوان مثال، طراحی گوشه گرد و روش های انتقال صاف می تواند برای کاهش مقاومت قالب به مواد استفاده شود.روش قالب قابل تنظیم همچنین می تواند برای تنظیم شکل و اندازه قالب در زمان واقعی با توجه به وضعیت واقعی در طول پردازش برای کاهش مقاومت تغییر شکل استفاده شود.
به طور خلاصه، از طریق انتخاب معقول دمای پردازش، کنترل نرخ تغییر شکل، بهینه سازی فرآیند جعل، استفاده از روغن های مناسب و طراحی معقول قالب ها،مقاومت در برابر تغییر شکل در پردازش فلنج تیتانیوم می تواند به طور موثر کنترل شود، در نتیجه بهبود بهره وری پردازش و کیفیت محصول. .
آلیاژ های تیتانیوم به دلیل خواص عالی خود مانند نسبت بالا به وزن، مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری زیستی در صنایع مختلف به طور گسترده ای استفاده می شود.یکی از سوالات رایج در مورد آلیاژ های تیتانیوم این است که آیا آنها مغناطیسی هستند.
خواص مغناطیسی آلیاژ های تیتانیوم
خود تيتانيوم ماده مغناطيسي نيست، بلکه پارامغناطيسي است، يعني مي تواند به ضعيفي به يک ميدان مغناطيسي جذب شوداما بعد از حذف میدان مغناطیسی خارجی، مغناطیس را حفظ نمی کند.این خاصیت تیتانیوم و آلیاژ های آن را برای کاربردهایی که مواد غیر مغناطیسی مورد نیاز هستند مناسب می کند.
انواع آلیاژ های تیتانیوم
آلیاژ های تیتانیوم به طور معمول بر اساس میکروساخت آنها به سه دسته اصلی طبقه بندی می شوند:
1آلیاژ های آلفا (α): این آلیاژ ها عمدتاً از تیتانیوم آلفا تشکیل شده اند و به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی و جوش قابل شناخته شده اند.آنها قابل درمان گرما نیستند و در دمای پایین خواص خود را حفظ می کنندآلیاژ های آلفا عموماً غیر مغناطیسی هستند.
2آلیاژهای بتا (β): این آلیاژها حاوی مقدار قابل توجهی از تیتانیوم مرحله بتا هستند و قابل درمان گرما هستند، که باعث افزایش قدرت و سختی می شود.آلیاژ های بتا نیز به دلیل عدم وجود عناصر آهن مغناطیسی غیر مغناطیسی هستند.
3آلیاژ های آلفا - بتا (α + β): این آلیاژ ها دارای فاز های آلفا و بتا هستند و تعادل قدرت، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهند.آنها معمولا در فضاپیما و کاربردهای پزشکی استفاده می شوند.مثل آلفا و بتا، آلفا و بتا غیر مغناطیسی هستند.
کاربردهای آلیاژ های تیتانیوم غیر مغناطیسی
ماهیت غیر مغناطیسی آلیاژ های تیتانیوم آنها را برای کاربردهای مختلف ایده آل می کند، از جمله:
ایمپلنت های پزشکی: آلیاژ های تیتانیوم به دلیل سازگاری زیستی و خواص غیر مغناطیسی خود در ایمپلنت های ارتوپدی و دندان به طور گسترده ای استفاده می شوند.این امر تضمین می کند که ایم آر آی یا سایر تکنیک های تصویربرداری پزشکی با ایم آر آی تداخل نداشته باشند.- قطعات هوافضا: خواص غیر مغناطیسی آلیاژ های تیتانیوم آنها را برای استفاده در قطعات هواپیما و فضاپیما مناسب می کند.در صورتی که دخالت در سیستم های الکترونیکی باید به حداقل برسد.- تجهیزات ورزشی: آلیاژ های تیتانیوم در تجهیزات ورزشی مانند چوب گلف و قاب دوچرخه استفاده می شوند.در صورتی که خواص غیر مغناطیسی آن ها به عملکرد کلی و دوام تجهیزات کمک می کند..
نتیجه گیری
در نتيجه، آلياژ هاي تيتانيوم مغناطيسي نيستند طبيعت پارامغناطيسي آنها اجازه ميده که به طور ضعيف به يک ميدان مغناطيسي جذب شونداما وقتی میدان مغناطیسی خارجی برداشته شود، مغناطیس را حفظ نمی کنند.این خاصیت، همراه با خواص مکانیکی و شیمیایی عالی آنها، آلیاژ های تیتانیوم را برای طیف گسترده ای از کاربردهای مختلف در صنایع مختلف مناسب می کند.
این که آیا شما در حال طراحی ایمپلنت های پزشکی، قطعات هوافضا یا تجهیزات ورزشی هستید، ماهیت غیر مغناطیسی آلیاژ های تیتانیوم می تواند مزایای قابل توجهی را ارائه دهد.در حالی که تحقیقات و توسعه ادامه دارد، می توانیم انتظار داشته باشیم که در آینده کاربردهای نوآورانه تری از این مواد همه کاره را ببینیم.
به عنوان یک ماده فلزی خاص ، آلیاژ تیتانیوم به دلیل قدرت بالا ، تراکم کم ، مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی و خواص غیر مغناطیسی در بسیاری از زمینه ها به طور گسترده ای استفاده شده است.در ادامه مقایسه آلیاژ تیتانیوم با سایر مواد غیر مغناطیسی برای برجسته کردن ویژگی های منحصر به فرد و مزایای آن.
1خواص مغناطیسی
- آلیاژ تیتانیوم: آلیاژ تیتانیوم یک ماده غیر مغناطیسی است و دارای ویژگی های جذب مغناطیسی نیست. ساختار اتمی آن غیر مغناطیسی آن را تعیین می کند.ساختار کریستالی شبیه به منیزیم استفاصله بین اتم ها در سلول واحد نسبتا بزرگ است و تولید لحظات مغناطیسی آسان نیست.- مواد غیر مغناطیسی دیگر: مانند آلیاژ های آلومینیوم، آلیاژ های مس و غیره نیز غیر مغناطیسی هستند.اما خواص غیر مغناطیسی آنها ممکن است از ساختارهای مختلف اتمی و ترتیب کریستالی باشد.
2خواص فیزیکی
- آلیاژ تیتانیوم:
* قدرت بالا: آلیاژ تیتانیوم دارای قدرت بسیار بالایی است، به ویژه در زمینه هوافضا، و نسبت قدرت به وزن آن باعث می شود آلیاژ تیتانیوم یک ماده ساختاری ایده آل باشد.* تراکم کم: تراکم آلیاژ تیتانیوم بسیار کمتر از سایر مواد فلزی مانند فولاد است.که باعث می شود در مواردی که مواد سبک مورد نیاز است، مزایای قابل توجهی داشته باشد..* مقاومت در برابر خوردگی: آلیاژ های تیتانیوم می توانند به خوبی در برابر خوردگی های مختلف از جمله آب دریا، کلریدها و محیط های اسیدی مقاومت کنند که باعث می شود در ساخت کشتی به طور گسترده ای استفاده شود.اکتشافات اقیانوس و سایر زمینه ها.
- مواد غیر مغناطیسی دیگر:
* آلیاژ های آلومینیوم: آنها همچنین دارای تراکم کمتر و مقاومت خوب در برابر خوردگی هستند، اما قدرت آنها ممکن است به اندازه آلیاژ های تیتانیوم خوب نباشد.* آلیاژ های مس: آنها رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی دارند، اما تراکم و قدرت آنها ممکن است از آلیاژ های تیتانیوم متفاوت باشد.
III. زمینه های کاربرد
- آلیاژ تیتانیوم:
* هوافضا: به دلیل قدرت بالا، تراکم پایین و مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ های تیتانیوم، به طور گسترده ای در وسایل نقلیه هوافضا مانند هواپیماها و موشک ها استفاده می شود.* زمینه پزشکی: آلیاژ های تیتانیوم به دلیل سازگاری زیستی و ثبات خوب خود در محصولات پزشکی مانند مفاصل مصنوعی و ایمپلنت های دندان به طور گسترده ای استفاده می شوند.* زمینه های دیگر: آلیاژ های تیتانیوم همچنین در زمینه هایی مانند صنعت شیمیایی، اکتشاف اقیانوس ها و اتومبیل های مسابقه ای با عملکرد بالا نقش مهمی دارند.
- مواد غیر مغناطیسی دیگر:
* آلیاژ های آلومینیوم: آنها به طور گسترده ای در خودروها، ساخت و ساز، الکترونیک و زمینه های دیگر استفاده می شوند.* آلیاژ های مس: آنها نقش مهمی در زمینه های الکتریکی، الکترونیکی، مکانیکی و دیگر زمینه ها دارند.
4پردازش و هزینه
- آلیاژ تیتانیوم: اگرچه آلیاژ تیتانیوم دارای بسیاری از خواص عالی است، اما پردازش آن نسبتاً دشوار است و قیمت آن معمولاً بالاتر از اکثر آلیاژ های فلزی رایج است.این امر مستلزم سنجش رابطه بین هزینه پردازش و عملکرد در هنگام انتخاب مواد است..- مواد غیر مغناطیسی دیگر: مانند آلیاژ آلومینیوم و آلیاژ مس، دشواری و هزینه پردازش ممکن است بسته به ترکیب آلیاژ خاص و زمینه کاربرد متفاوت باشد.
در خلاصه، در مقایسه با سایر مواد غیر مغناطیسی، آلیاژ تیتانیوم دارای مزایای منحصر به فرد و ویژگی های خاص در خواص مغناطیسی، خواص فیزیکی، زمینه های کاربرد، پردازش و هزینه است.هنگام انتخاب مواد، نیازمندی های کاربردی خاص و بودجه های هزینه باید به طور جامع در نظر گرفته شود.
آلیاژ های تیتانیوم به دلیل سازگاری بیولوژیکی عالی، خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی، در زمینه زیست پزشکی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند.تحقیقات مربوط به سازگاری زیستی آلیاژ های تیتانیوم پیشرفت قابل توجهی داشته استدر زیر برخی از مسیرهای اصلی تحقیق و نتایج آن آورده شده است.
1تعریف و طبقه بندی سازگاری زیستی
سازگاری زیستی آلیاژ های تیتانیوم به توانایی آن برای رد شدن یا تخریب در محیط بیولوژیکی و حفظ ثبات در هنگام تعامل با بافت های بیولوژیکی، سلول ها،و غیرهبر اساس تعامل آن با بافت های بیولوژیکی، قابلیت تطابق زیستی آلیاژ های تیتانیوم را می توان به بیوینرتی، بیوآکتیویتی، بیودرگراسبلی و بیواسبوربالی تقسیم کرد.
2تکنولوژی تصفیه سطح
برای بهبود بیشتر سازگاری زیستی آلیاژ های تیتانیوم،محققان توسعه یافته اند انواع فن آوری های درمان سطح که می تواند بهبود خواص شیمیایی و ساختار فیزیکی از سطح آلیاژ تیتانیومروش های درمان سطحی رایج عبارتند از:
- آنودیزه کردن: یک فیلم اکسید متراکم در سطح آلیاژ تیتانیوم از طریق الکترولیز برای افزایش سازگاری زیستی و مقاومت در برابر خوردگی آن شکل می گیرد.- اسپری پلاسما: ایجاد یک پوشش یکنواخت و متراکم، مانند هیدروکسیاپاتیت، در سطح آلیاژ تیتانیوم برای بهبود سازگاری زیستی آن.- پوشش لیزری: استفاده از یک پرتو لیزر با انرژی بالا برای پوشش سریع یک لایه از مواد سازگار با زیست در سطح آلیاژ تیتانیوم برای بهبود مقاومت در برابر فرسایش و مقاومت در برابر خوردگی.- پوشش نانو: پوشش سطح نانو بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم برای بهبود سازگاری زیستی و مقاومت در برابر خوردگی آن شکل می گیرد.همچنین می تواند مواد زیستی فعال را برای افزایش رشد و ترکیب بافت استخوان وارد کند.
3خواص زیست مکانیکی
خواص بیومکانیکی آلیاژ های تیتانیوم نیز یک عامل مهم در کاربرد آنها در زمینه زیست پزشکی است.تحقیقات نشان می دهد که خواص مکانیکی آلیاژ های تیتانیوم نزدیک به استخوان های انسان است و می تواند به طور موثر فشار را منتقل و منتشر کندعلاوه بر این ، آلیاژ تیتانیوم همچنین دارای خواص خستگی و مقاومت در برابر ضربه است که می تواند نیازهای استفاده طولانی مدت را برآورده کند.
4تجزیه و تحلیل مقاومت در برابر خوردگی
مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ های تیتانیوم یکی از عوامل کلیدی برای کاربرد آن در زمینه زیست پزشکی است.تحقیقات نشان می دهد که آلیاژ های تیتانیوم در محیط های فیزیولوژیکی مقاومت بسیار خوبی نسبت به خوردگی دارند و می توانند به طور موثر در برابر اثرات خوردگی مایعات بدن مقاومت کنندعلاوه بر این، از طریق فن آوری های درمان سطحی مانند آنودیزاسیون و اسپری پلاسما، مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ های تیتانیوم می تواند بیشتر بهبود یابد و طول عمر آنها را افزایش دهد.
5ارزیابی سازگاری زیستی بلند مدت
برای اطمینان از ایمنی و اثربخشی آلیاژ های تیتانیوم در کاربردهای زیست پزشکی، محققان ارزیابی های طولانی مدت سازگاری زیستی را انجام دادند.مطالعات نشان داده است که آلیاژ های تیتانیوم می توانند سازگار بودن زیست محیطی پایدار را پس از کاشت در بدن انسان حفظ کنند و واکنش های ایمنی یا التهابی ایجاد نمی کنند.علاوه بر این ، آلیاژ تیتانیوم همچنین می تواند یک اتصالات استخوانی خوب با بافت استخوان ایجاد کند و رشد و ترمیم بافت استخوان را ترویج دهد.
6کاربرد بالینی و چشم انداز
آلیاژ های تیتانیوم عملکرد بسیار خوبی را در کاربردهای بالینی به ویژه در ایمپلنت های استخوانی، جایگزینی مفاصل و سایر جراحی ها نشان داده اند.ایمپلنت های آلیاژ تیتانیوم می توانند زمان بهبود بیماران را به طور قابل توجهی کوتاه کنند و کیفیت زندگی آنها را بهبود بخشندبا توسعه مداوم مواد زیست پزشکی، آلیاژ های تیتانیوم چشم انداز گسترده ای در زمینه های قلبی عروقی، جراحی اعصاب و سایر زمینه ها دارند.
7روند و مرزهای تحقیق
با پیشرفت علم و فناوری، استفاده از فناوری نانو، هوش مصنوعی و فناوری داده های بزرگ در تحقیقات سازگاری زیستی آلیاژ تیتانیوم به تدریج افزایش یافته است.برای مثال، پوشش نانوتانیوم و نانوکامپوزیت ها می توانند سازگاری زیستی و خواص مکانیکی آلیاژ های تیتانیوم را به طور قابل توجهی بهبود بخشند.همچنین انتظار می رود استفاده از هوش مصنوعی و فناوری داده های بزرگ، دقت و کارایی ارزیابی سازگاری زیستی آلیاژ تیتانیوم را بهبود بخشد..
8چالش ها و چشم انداز
با وجود پیشرفت قابل توجهی در تحقیقات سازگاری زیستی آلیاژ تیتانیوم، هنوز برخی چالش ها وجود دارد، مانند بهبود فعالیت بیولوژیکی آلیاژ های تیتانیوم،کاهش محتوای عناصر ردیابیدر آینده، تحقیقات سازگاری زیستی آلیاژ تیتانیوم بیشتر به کاربردهای چند رشته ای و جامع توجه خواهد کرد.و توسعه در یک جهت دقیق تر و هوشمندانه برای پاسخگویی به نیازهای بالینی.
به طور خلاصه، پیشرفت تحقیقات در مورد سازگاری زیستی آلیاژ های تیتانیوم در زمینه زیست پزشکی بسیار مهم است.با بهینه سازی و بهبود مداوم خواص آلیاژ های تیتانیوم، ما می توانیم دامنه کاربرد آن را در زمینه زیست پزشکی گسترش دهیم و سهم بیشتری در سلامت انسان داشته باشیم.
آلیاژ های تیتانیوم به دلیل خواص عالی خود در صنایع هوافضا، خودرو، پزشکی و سایر زمینه ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.محققان همچنان به بررسی و توسعه فن آوری های جدید درمان سطح ادامه می دهنددر زیر برخی از آخرین پیشرفت ها در تکنولوژی درمان سطح آلیاژ تیتانیوم آورده شده است.
1تکنولوژی درمان سطحی لیزر
تکنولوژی لیزر تصفیه سطح یک روش است که از پرتوهای لیزر با انرژی بالا برای تغییر سطح مواد استفاده می کند. در سال های اخیر،استفاده از تکنولوژی لیزر در درمان سطح آلیاژ تیتانیوم پیشرفت قابل توجهی داشته استبه عنوان مثال، تکنولوژی پوشش لیزر می تواند پوشش یکنواخت و متراکم را بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم ایجاد کند تا مقاومت در برابر فرسایش و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.همچنین می توان از تکنولوژی لیزری برای بهبود خواص مکانیکی و سازگاری زیستی سطوح آلیاژ تیتانیوم استفاده کرد..
2تکنولوژی درمان سطح پلاسما
تکنولوژی تصفیه سطح پلاسما روشی است که از پلاسما برای تغییر سطح مواد استفاده می کند.استفاده از تکنولوژی درمان سطح پلاسما در درمان سطح آلیاژ تیتانیوم نیز پیشرفت قابل توجهی داشته استبه عنوان مثال، تکنولوژی اسپری پلاسما می تواند پوشش یکنواخت و متراکم را بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم ایجاد کند تا مقاومت در برابر لباس و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.همچنین می توان از تکنولوژی کاشت یون های غوطه ور شدن پلاسما برای بهبود خواص مکانیکی و سازگاری زیستی سطوح آلیاژ تیتانیوم استفاده کرد..
3تکنولوژی درمان سطحی الکتروشیمی
تکنولوژی درمان سطحی الکتروشیمیک یک روش است که از واکنش های الکتروشیمیک برای تغییر سطح مواد استفاده می کند.استفاده از تکنولوژی درمان سطحی الکتروشیمی در درمان سطحی آلیاژ تیتانیوم نیز پیشرفت قابل توجهی داشته استبه عنوان مثال، تکنولوژی آنودیز کردن می تواند یک فیلم اکسید یکنواخت و متراکم را بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم ایجاد کند تا مقاومت در برابر فرسایش و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.تکنولوژی رسوب الکتروشیمیایی همچنین می تواند برای تشکیل یک پوشش یکنواخت و متراکم بر روی سطح آلیاژ های تیتانیوم برای بهبود خواص مکانیکی و سازگاری زیستی آن استفاده شود..
4تکنولوژی درمان سطحی شیمیایی
تکنولوژی درمان سطحی شیمیایی یک روش است که از واکنش های شیمیایی برای تغییر سطح مواد استفاده می کند.استفاده از فن آوری درمان سطح شیمیایی در درمان سطح آلیاژ تیتانیوم نیز پیشرفت قابل توجهی داشته استبه عنوان مثال، تکنولوژی پوشش تبدیل شیمیایی می تواند پوشش تبدیل یکنواخت و متراکم را بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم ایجاد کند تا مقاومت در برابر فرسایش و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.علاوه بر اين، تکنولوژی پوشش بدون برق نیز می تواند برای تشکیل یک پوشش یکنواخت و متراکم بر روی سطح آلیاژ های تیتانیوم برای بهبود خواص مکانیکی و سازگاری زیستی آن استفاده شود.
5تکنولوژی درمان سطحی مکانیکی
تکنولوژی درمان سطحی مکانیکی یک روش است که از عمل مکانیکی برای تغییر سطح مواد استفاده می کند.استفاده از فن آوری پردازش سطح مکانیکی در درمان سطح آلیاژ تیتانیوم نیز پیشرفت قابل توجهی داشته است.به عنوان مثال، تکنولوژی شن و ماسه می تواند یک لایه خشن یکنواخت و متراکم را بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم ایجاد کند تا مقاومت در برابر لباس و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.همچنین می توان از تکنولوژی رولینگ برای بهبود خواص مکانیکی و سازگاری زیستی سطوح آلیاژ تیتانیوم استفاده کرد..
6تکنولوژی درمان سطح کامپوزیت
تکنولوژی درمان سطح کامپوزیت یک روش است که ترکیبی از چندین فناوری درمان سطح برای تغییر سطح مواد است. در سال های اخیر،استفاده از تکنولوژی درمان سطح کامپوزیت در درمان سطح آلیاژ تیتانیوم نیز پیشرفت قابل توجهی داشته استبه عنوان مثالپوشش لیزر و فن آوری پلاسمای اسپری ترکیبی می تواند پوشش ترکیبی یکنواخت و متراکم را بر روی سطح آلیاژ تیتانیوم ایجاد کند تا مقاومت در برابر لباس و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.علاوه بر اين the composite technology of electrochemical deposition and electroless plating can also be used to form a uniform and dense composite coating on the surface of titanium alloy to improve its mechanical properties and biocompatibility.
7روند و مرزهای تحقیق
با پیشرفت علم و تکنولوژی، کاربرد نانوتکنولوژی،هوش مصنوعی و فناوری داده های بزرگ در تکنولوژی درمان سطح آلیاژ تیتانیوم به تدریج در حال افزایش استبه عنوان مثال، پوشش های نانو و نانوکامپوزیت ها می توانند خواص سطحی آلیاژ های تیتانیوم را به طور قابل توجهی بهبود بخشند.همچنین انتظار می رود استفاده از هوش مصنوعی و فناوری داده های بزرگ، دقت و کارایی فناوری درمان سطح آلیاژ تیتانیوم را بهبود بخشد..
8چالش ها و چشم انداز
اگرچه تکنولوژی درمان سطح آلیاژ تیتانیوم پیشرفت قابل توجهی داشته است، اما هنوز با برخی چالش ها روبرو است، مانند بهبود چسبندگی پوشش، کاهش نقص های سطحی،و بهینه سازی فرآیند درمان سطحدر آینده، تکنولوژی درمان سطح آلیاژ تیتانیوم توجه بیشتری به کاربردهای چند رشته ای و جامع خواهد داشت.و توسعه در یک جهت دقیق تر و هوشمندانه تر برای پاسخگویی به نیازهای زمینه های مختلف.
به طور خلاصه، آخرین پیشرفت ها در تکنولوژی درمان سطح آلیاژ تیتانیوم در بهبود عملکرد آلیاژ های تیتانیوم اهمیت زیادی دارد.با بهینه سازی و بهبود مداوم تکنولوژی درمان سطح، دامنه کاربرد آلیاژ های تیتانیوم در زمینه های مختلف می تواند بیشتر گسترش یابد و کمک های بیشتری به توسعه اجتماعی و اقتصادی انجام شود.
حداکثر کشش بازیابی (εr) از آلیاژ Ti-Ni می تواند به 8.0٪ برسد و نشان دهنده اثر حافظه شکل و فوق انعطاف پذیری عالی است و به طور گسترده ای به عنوان صفحات استخوان ، داربست های عروقی و قاب های ارتودنسی استفاده می شود.با این حال، هنگامی که آلیاژ Ti-Ni در بدن انسان کاشته می شود، می تواند Ni+ را آزاد کند که حساسیت و سرطان زا است و منجر به مشکلات جدی سلامتی می شود. آلیاژ تیتانیوم β دارای سازگاری زیستی خوب است،مقاومت در برابر خوردگی و مدول انعطاف پذیری پایین، و می تواند قدرت بهتر و انعطاف پذیری مطابقت پس از درمان گرما معقول، این یک نوع از مواد فلزی است که می تواند برای جایگزینی بافت سخت استفاده می شود. در همان زمان،تحول ترمولاستیک مارتنسیتیک برگشت پذیر در برخی از آلیاژ های تیتانیوم β وجود دارد، که برخی از اثرات فوق انعطاف پذیر و حافظه شکل را نشان می دهد، که کاربرد آن را در زمینه زیست پزشکی گسترش می دهد.توسعه آلیاژ تیتانیوم β که از عناصر غیر سمی تشکیل شده و دارای انعطاف پذیری بالا است، در سال های اخیر به یک نقطه گرم تحقیقات آلیاژ تیتانیوم پزشکی تبدیل شده است..
در حال حاضر، بسیاری از آلیاژ های تیتانیوم β با سوپرلاستیستی و اثرات حافظه شکل در دمای اتاق توسعه یافته اند، مانند آلیاژ های Ti-Mo، Ti-Ta، Ti-Zr و Ti-Nb.بازیافت فوق انعطاف پذیری این آلیاژ ها کم است.، مانند حداکثر εr از Ti- ((26, 27)Nb (26 و 27 کسر اتمی هستند، اگر به طور خاص نشان داده نشده است، اجزای آلیاژ تیتانیوم مورد استفاده در این مقاله کسر اتمی هستند) تنها 3.0٪ است.بسیار کمتر از آلیاژ Ti-Niچگونگی بهبود بیشتر فوق انعطاف پذیری آلیاژ تیتانیوم β یک مشکل فوری است که باید حل شود. در این مقاله عوامل تأثیرگذار بر فوق انعطاف پذیری آلیاژ تیتانیوم β مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند.و روش های بهبود فوق انعطاف پذیری به طور سیستماتیک خلاصه شده است.
فوق انعطاف پذیری 1.1 تبدیل مارتنسیتیک ناشی از فشار برگشت پذیر از آلیاژ های تیتانیوم 1β
ابرلاستیک بودن آلیاژ های تیتانیوم β معمولاً به واسطه تحول مارتنسیتیک ناشی از استرس برگشت پذیر ایجاد می شود، یعنیمرحله β از ساختار شبکه مکعب با مرکز بدن به مرحله α" از ساختار شبکه رومبیک تبدیل می شود هنگامی که فشار بارگذاری می شوددر طول تخلیه، فاز α" به فاز β تغییر می کند و کشش بهبود می یابد.فاز β از ساختار مکعب با مرکز بدن به نام "آستنیت" و فاز α از ساختار رومبیک به نام "مارتنسیت" نامیده می شوددمای شروع انتقال فاز مارتنسیتی، دمای پایان انتقال فاز مارتنسیتی،دمای اولیه انتقال فاز آوستنیت و دمای پایانی انتقال فاز آوستنیت توسط Ms بیان می شوند.، Mf، As و Af، و Af معمولا چندین Kelvin به ده ها Kelvin بالاتر از Ms است.فرآیند بارگیری و تخلیه آلیاژ تیتانیوم β با تحول مارتنسیتیک ناشی از استرس در شکل 1 نشان داده شده استابتدا یک انحراف لاستیک از فاز β رخ می دهد،که به مرحله α" در قالب برش تبدیل می شود زمانی که بار به استرس بحرانی (σSIM) که برای ایجاد انتقال فاز مارتنسیتی مورد نیاز است، برسدبا افزایش بار، انتقال فاز مارتنسیتی (β→α") ادامه می یابد تا زمانی که فشار مورد نیاز برای پایان (یا پایان) انتقال فاز مارتنسیتی به دست آید.و سپس انحراف لاستیک از مرحله α" رخ می دهدهنگامی که بار بیشتر از فشار بحرانی مورد نیاز برای لغزش فاز β (σCSS) افزایش می یابد، تغییر شکل پلاستیکی فاز β رخ می دهد.علاوه بر بازیافت الاستیک فاز α" و فاز βانتقال فاز α"→β همچنین باعث بازیابی کشش می شود. اثر فوق انعطاف پذیر یا حافظه شکل آلیاژ بستگی به رابطه بین دمای انتقال فاز و دمای آزمایش دارد..هنگامی که Af کمی پایین تر از دمای آزمایش است، فاز α که توسط استرس در طول بارگذاری ایجاد می شود، در طول تخلیه از فاز α →β عبور می کند.و فشار مربوط به انتقال فاز ناشی از استرس می تواند به طور کامل بهبود یابد.، و آلیاژ دارای فوق انعطاف پذیری است. هنگامی که دمای آزمایش بین As و Af است، بخشی از فاز α در طول تخلیه به فاز β تبدیل می شود.و فشاری که مربوط به انتقال فاز ناشی از استرس است، بازیابی می شود.اگر آلیاژ بیشتر از Af گرم شود، فاز α" باقیمانده به فاز β تبدیل می شود، فشارهای انتقال فاز به طور کامل بهبود می یابند.و آلیاژ نشان می دهد شکل خاصی اثر حافظههنگامی که دمای آزمایش پایین تر از As است، فشار تبدیل مارتنسیتیک ناشی از استرس به طور خودکار در دمای آزمایش بهبود نمی یابد و آلیاژ دارای فوق انعطاف پذیری نیست.با این حال، هنگامی که آلیاژ بیش از Af گرم می شود، فشار تغییر فاز به طور کامل بازسازی می شود و آلیاژ اثر حافظه شکل را نشان می دهد.
صفحه تیتانیوم و لایه واکنش سطحی میله تیتانیوم عوامل اصلی هستند که بر خواص فیزیکی و شیمیایی قطعات کاری تیتانیوم قبل از پردازش تأثیر می گذارند.لازم است که از لایه آلودگی سطحی و لایه نقص به طور کامل حذف شود..پلیش فیزیکی مکانیکی صفحه تیتانیوم و فرآیند پلیش سطحی میله تیتانیوم:
1، انفجار:
درمان شلیک سیم های تیتانیوم به طور کلی با اسپری ید سفید و سفت بهتر است و فشار شلیک کمتر از فلزات غیر قیمتی است.و به طور کلی زیر صفر کنترل می شودچون وقتي فشار تزريق زياد باشه، ذرات شن با سطح تيتانيوم برخورد ميکننایجاد آلودگی ثانویهزمان 15-30 ثانیه است و فقط شن و ماسه چسبناک روی سطح ریخته گری برداشته می شود، لایه سینتر کردن سطح و لایه اکسیداسیون جزئی می تواند برداشته شود.بقیه ساختار لایه واکنش سطحی باید به سرعت با روش جمع آوری شیمیایی حذف شود..
2، شسته شده:
شستشوی اسید، لایه واکنش سطحی را به سرعت و به طور کامل بدون آلوده کردن سطح با عناصر دیگر از بین می برد. سیستم HF-HCL و شستشوی اسید HF-HNO3 می توانند برای شستشوی اسید تیتانیوم استفاده شوند.اما شستشوی اسیدی HF-HCL هیدروژن را جذب می کند، در حالی که شستشوی اسید HF-HNO3 هیدروژن را جذب می کند، می تواند غلظت HNO3 را برای کاهش جذب هیدروژن کنترل کند و می تواند سطح را روشن کند، غلظت کلی HF در حدود 3٪ - 5٪،غلظت HNO3 حدود 15 تا 30 درصد.
لایه واکنش سطحی صفحه تیتانیوم و میله تیتانیوم می تواند لایه واکنش سطحی تیتانیوم را با روش شستن اسید پس از انفجار به طور کامل از بین ببرد.
صفحه تیتانیوم و لایه واکنش سطح میله تیتانیوم علاوه بر پولیش مکانیکی فیزیکی، به ترتیب دو نوع وجود دارد: 1. پولیش شیمیایی، 2. پولیش الکترولیت.
1پولیش شیمیایی:
در هنگام پولیش شیمیایی، هدف پولیش صاف با واکنش ردوکس فلز در محیط شیمیایی به دست می آید. مزایای آن پولیش شیمیایی و سختی فلز است.منطقه پولیش و شکل ساختاری، که در آن تماس با مایع پولیش شده است، نیازی به تجهیزات پیچیده خاص، آسان برای کار، مناسب تر برای ساختارهای پیچیده تیتانیوم بروکت پولیش است.کنترل پارامترهای فرآیند پولیش شیمیایی دشوار است.، که مستلزم آن است که دندان های راست می توانند بدون تأثیر بر دقت دندان ها، اثر خوب پولیش داشته باشند.یک محلول شیب دار شیمیایی بهتر برای تیتانیوم، HF و HNO3 است.، HF یک عامل کاهش دهنده است، می تواند تیتانیوم را حل کند، یک اثر سطح بندی، غلظت 10٪، اثر اکسیداسیون HNO3، برای جلوگیری از انحلال بیش از حد تیتانیوم و جذب هیدروژن،در عین حال می تواند یک اثر روشن تولید کندمایع پولیش تیتانیوم نیاز به غلظت بالا، دمای پایین، زمان پولیش کوتاه (1 تا 2 دقیقه).
2، پولیش الکترولیت:
همچنین به عنوان پولیش الکتروشیمی یا پولیش محلول آنود شناخته می شود، به دلیل رسانایی پایین لوله آلیاژ تیتانیوم، عملکرد اکسیداسیون بسیار قوی است.استفاده از الکترولیت های هیدرو اسیدی مانند HF-H3PO4، الکترولیت های HF-H2SO4 بر روی تیتانیوم به سختی می توانند پس از اعمال ولتاژ خارجی، آنود تیتانیوم را به سرعت اکسید کنند، و حل آنود نمی تواند انجام شود.استفاده از الکترولیت کلرید بدون آب در ولتاژ پایین، تیتانیوم دارای یک اثر پولیش خوب است، نمونه های کوچک می تواند پولیش آینه را به دست آورد، اما برای تعمیر پیچیده نمی تواند هدف پولیش کامل را به دست آورد،شاید با تغییر شکل کاتد و روش کاتد اضافی می تواند این مشکل را حل کند، هنوز نیاز به مطالعه بیشتر دارد.
1وزن سبک: تیتانیوم در مقایسه با قدرت و دوام آن بسیار سبک است. این ویژگی باعث می شود که آن را یک ماده جذاب برای صنایع هوافضا و خودرو کند.
3سازگاری زیستی: تیتانیوم یک ماده سازگاری زیستی است، به این معنی که توسط بافت انسانی رد نمی شود. صنعت پزشکی از این ویژگی برای ایجاد مفاصل مصنوعی استفاده می کند،ایمپلنت های جراحی و سایر دستگاه های پزشکی.
5نقطه ذوب بالا: تیتانیوم دارای نقطه ذوب بالا در حدود 1680 درجه سانتیگراد است که باعث می شود مقاومت بالایی نسبت به گرما داشته باشد و برای استفاده در محیط های با دمای بالا مناسب باشد.
برخی از زمینه های کاربرد اسفنج تیتانیوم عبارتند از:
2صنعت پزشکی: از تیتانیوم برای تولید پروتز، ایمپلنت ها و ابزار جراحی استفاده می شود زیرا با هم سازگار است.
4صنعت انرژی: تیتانیوم به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، دمای بالا و تحمل فشار در صنعت انرژی استفاده می شود.
به طور خلاصه، اسفنج تیتانیوم دارای مزایای بسیاری است که آن را برای استفاده در زمینه های مختلف مناسب می کند.و خواص مقاومت در برابر خوردگی بالا آن را به یک ماده ضروری در هوافضا تبدیل کرده است، پزشکی، شیمی و انرژی، و غیره.