Ti-6Al-4V/Ti-3Al-2.5钛合金管在钛制轮椅中的应用

轮椅作为腿部残疾人的帮助工具，其应用材料要求牢固"轻量"舒适"美观。 合金钢、不锈钢及铝材等因价格低廉!易于加工!是目前轮椅用材的首选!其中钢制轮椅在市场中占主导地位。钛，虽然质量较前述材料轻、比强度也高!但因价格昂贵!在该领域应用还不是非常广泛。表1为轮椅用各种材料性能指标。从表1可以看出，其中钛制轮椅的质量最轻!这对长期

使用轮椅的人来说有很大的好处。

轮椅用钛早在20世纪80年代中期就出现过。随着人民生活水平的日益好转，轮椅也更注重向美观"轻量"舒适等方向发展；加之钛材民用化程度的提高!钛的应用潜力得到了发挥，轮椅用钛在90年代后期快速发展。

目前，Ti-3Al-2.5V因其管成形性、耐蚀性、延展性好，是车架常用的钛合金!曾用于自行车车架中。我国上海有色金属研究所近2年成功开发了车架用Ti-3AI-2.5V无缝管，产品已远销美国、意大利等。Ti-6Al-4V合金的模量指标和拉伸强度均高于Ti-3Al-2.5V合金，但其加工成小直径的管材很困难，因而不适于做车架，但可作车架上的曲轴定位器、脚踏及车把等。Ti-15V-3Al-6CR-4Mo-4Zr合金容易加工成型!其密度较高!但模量指标较低，其弯曲特性可与Ti-3Al-2.5V相比，可提高车架的灵活性和舒适性。

1、钛制轮椅的优点

钛部件除了强度高、质量外!还具有良好的减震特性。工业纯钛的弹性模量常温下为106.4GPa约为304不锈钢的( 193GPa）一半，比7003铝合金(72GPa） 略高，因此钛弹性好，扭转强度高，同样负载下，轮椅变形小，震动小。钛对于汗液和洗涤剂的耐蚀性也高于铝材和不锈钢材，与人体肌肤接触不会引起过敏反应# 钛的导热率为铝的1/10，单位热容是不锈钢的50%，人体接触时没有冰凉的感觉。

在日本，通常选用工业纯钛制造轮椅。如JIS标准中第4种是目前可加工的最高强度工业纯钛，其强度与用于机械构件的合金钢相当m适合作篮球、网球、田径、高山滑雪等竞技用轮椅材料。

钛制轮椅的主要优点是牢固、轻量、舒适、美观，使用寿命长，同时可减少肩部及手腕损伤，减少昂贵的手术费用和电动轮椅的使用，因电动轮椅的价格比手动轮椅价格至少贵2倍，而且用电动轮椅，活动减少还会引起其它健康问题，但钛昂贵的价格，成为市场开发的障碍。

2、钛制轮椅的市场开发

2.1 国内市场

我国轮椅生产厂家主要生产单一型的残疾人用轮椅"目前尚没有一家生产医院、疗养院等使用的多型号轮椅，我国每年增加的下肢残疾（或瘫痪） 患者达35 万~40万人（近10 年统计平均值），按照年增长量的2.5%计算，每年就有近1万台的高档豪华轮椅的需求；另外，随着我国人口老龄化问题的日益突出，按城市老年人的11‰计算，也有4万台的轮椅市场需求；另外国际市场的需求和残疾人体育运动等每年也有5000台的需求量，可见，轮椅市场的潜力巨大。

目前，国内市场上有钢管镀铬车架、 铝合金车架，尚没有钛制车架，全国轮椅生产厂家近30 家，主要集中在东部发达地区，年产量约10万辆，与国外轮椅车相比， 我国轮椅车的生产和销售市场处于无序状态，产品质量较差、档次低、品种少、企业规模小。

2.2 国际市场

钛用作轮椅车架是受钛制自行车的启发，但远不如自行车用钛量大，只有少数公司有足够的经费开展钛制轮椅及材料的研究及开发，影响钛制轮椅发展的主要原因是钛成本过高" 其造价比铝制轮椅要高出10%~25%。

钛轮椅是美国在钛新应用领域中开发的一个亮点，目前美国在轮椅市场上约有15亿美元的收入。TiSport有限公司设计制造了一系列经美国食品药物管理局（FDA）验证的钛制轮椅。所有产品经工程师亲自为使用者专门设计，使用独特的技术，提供轮椅最平稳、最灵敏的效能。图1为TiSport有限公司生产的钛制轮椅车架（a）和Quicke型钛制轮椅车（b）。图2为加拿大BetterMade轮椅车公司生产的钛制轮椅车。

3、结语

钛在轮椅上的应用技术远不如在航空工业上的成熟，轮椅和自行车用钛及碳纤维等材料目前正处于研究开发#试用阶段，由于钛合金冶炼和加工成本较高，制约了钛制轮椅的普及，美国TiSport有限公司生产的钛制轮椅价格通常为2000美元，我国西安市场上的钢制轮椅价格在4800~5200元人民币。

因此，为了扩大钛合金在轮椅车架领域的应用，还需不断研制开发新型低成本、工艺性能好的钛合金以及先进#高效率的成形工艺。

相关链接