| 工业纯钛在各种介质中的耐蚀性 | |||||
| 介质 | 浓度（质量分数）（%） | 温度/℃ | 腐蚀速度/mm/a(年) | 耐蚀等级 | |
| 无机酸 | 盐酸 | 1 | 室温/沸腾 | 0.000/0.345 | 优良/良好 |
| 5 | 室温/沸腾 | 0.000/6.530 | 优良/差 | ||
| 10 | 室温/沸腾 | 0.175/40.87 | 良好/差 | ||
| 20 | 室温/— | 1.340/— | 差/— | ||
| 35 | 室温/— | 6.660/— | 差/— | ||
| 硫酸 | 5 | 室温/沸腾 | 0.000/13.01 | 优良/差 | |
| 10 | 室温/— | 0.230/— | 良好/— | ||
| 60 | 室温/— | 0.277/— | 良好/差 | ||
| 80 | 室温/— | 32.660/— | 差/— | ||
| 95 | 室温/— | 1.400/— | 差/— | ||
| 硝酸 | 37 | 室温/沸腾 | 0.000/<0.127 | 优良/优良 | |
| 64 | 室温/沸腾 | 0.000/<0.127 | 优良/优良 | ||
| 95 | 室温/— | 0.0025/— | 优良/— | ||
| 磷酸 | 10 | 室温/沸腾 | 0.000/6.400 | 优良/差 | |
| 30 | 室温/沸腾 | 0.000/17.600 | 优良/差 | ||
| 50 | 室温/— | 0.097/— | 优良/— | ||
| 铬酸 | 20 | 室温/沸腾 | <0.127/<0.127 | 优良/优良 | |
| 硝酸+盐酸 | 1:3 | 室温/沸腾 | 0.0040/0.127 | 优良/优良 | |
| 3:1 | 室温/— | <0.127/— | 优良/— | ||
| 硝酸+硫酸 | 7:3 | 室温/— | <0.127/— | 优良/— | |
| 4:6 | 室温/— | <0.127/— | 优良/— | ||
| 有机酸 | 醋酸 | 100 | 室温/沸腾 | 0.000/0.000 | 优良/优良 |
| 蚁酸 | 50 | 室温/— | 0.000/— | 优良/— | |
| 草酸 | 5 | 室温/沸腾 | 0.127/29.390 | 良好/差 | |
| 10 | 室温/— | 0.008/— | 优良/— | ||
| 乳酸 | 10 | 室温/沸腾 | 0.000/0.033 | 优良/优良 | |
| 25 | —/沸腾 | —/0.028 | —/优良 | ||
| 甲酸 | 10 | —/沸腾 | —/1.270 | —/良好 | |
| 25 | —/100 | —/2.440 | —/差 | ||
| 50 | —/100 | —/7.620 | —/差 | ||
| 丹柠酸 | 25 | 室温/沸腾 | <0.127/<0.127 | 优良/优良 | |
| 柠檬酸 | 50 | 室温/沸腾 | <0.127/<0.127 | 优良/优良 | |
| 硬脂酸 | 100 | 室温/沸腾 | <0.127/<0.127 | 优良/优良 | |
| 碱溶液 | 氢氧化钠 | 10 | —/沸腾 | —/0.020 | —/优良 |
| 20 | 室温/沸腾 | <0.127/<0.127 | 优良/优良 | ||
| 50 | 室温/沸腾 | <0.0025/0.0508 | 优良/优良 | ||
| 73 | —/沸腾 | —/0.127 | —/良好 | ||
| 氢氧化钾 | 10 | —/沸腾 | —/<0.127 | —/优良 | |
| 25 | —/沸腾 | —/0.305 | —/良好 | ||
| 50 | 30/沸腾 | 0.000/2.743 | 优良/差 | ||
| 氢氧化铵 | 28 | 室温/— | 0.0025/— | 优良/— | |
| 碳酸钠 | 20 | 室温/沸腾 | <0.127/<0.127 | 优良/优良 | |
| 阿摩尼亚 | 20 | 室温/— | 0.0708/— | 优良/— | |
| 无机盐 溶液 | 氯化铁 | 40 | 室温/95 | 0.000/0.002 | 优良/优良 |
| 氯化亚铁 | 30 | 室温/沸腾 | 0.000/<0.127 | 优良/优良 | |
| 氯化亚铅 | 10 | <0.127/<0.127 | |||
| 氯化亚铜 | 50 | <0.127/<0.127 | |||
| 氯化铵 | 10 | <0.127/<0.000 | |||
| 氯化钙 | 10 | <0.127/<0.000 | |||
| 氯化铝 | 25 | <0.127/<0.127 | |||
| 氯化镁 | 10 | <0.127/<0.127 | |||
| 氯化镍 | 5-10 | <0.127/<0.127 | |||
| 氯化钡 | 20 | <0.127/<0.127 | |||
| 硫酸铜 | 20 | <0.127/<0.127 | |||
| 硫酸铵 | 20℃饱和 | <0.127/<0.127 | |||
| 硫酸钠 | 50 | <0.127/<0.127 | |||
| 硫酸亚铅 | 20℃饱和 | <0.127/<0.127 | |||
| 硫酸亚铜 | 10 | <0.127/<0.127 | |||
| 30 | <0.127/<0.127 | ||||
| 硝酸银 | 11 | 室温/— | <0.127/— | 优良/— | |
| 有机化合物 | 苯（含微量HCl、NaCl） | 蒸气与液体 | 80 | 0.005 | 优良 |
| 四氯化碳 | 同上 | 沸腾 | 0.005 | ||
| 四氯乙烯（稳定） | 100%蒸气和液体 | 0.0005 | |||
| 四氯乙烯（H2O） | 0.0005 | ||||
| 三氯甲烷 | 0.003 | ||||
| 三氯甲烷（H2O） | 0.127 | 良好 | |||
| 三氯乙烯 | 99%蒸气和液体 | 0.00254 | 优良 | ||
| 三氯乙烯（稳定） | 99 | 0.00254 | |||
| 甲醛 | 37 | 0.127 | 良好 | ||
| 甲醛（含2.5%H2SO4） | 50 | 0.305 | 良好 | ||
| 钛金属的主要物理性能 | |||||
| 名 称 | 单 位 | 数 据 | 名 称 | 单 位 | 数 据 |
| 原子序数 | 22 | 比 热 | 卡/克度 | 0.138 | |
| 原子量 | 47.9 | 热膨胀系数 | ×10-6/℃(0-100℃) | 8.2 | |
| 克原子体积 | 厘米3/克原子 | 10.7 | 弹性模量 拉伸 压缩 剪切 | 公斤/毫米2 | 10850 |
| 米杜 20 | 克/厘米3 | 4.505 | 公斤/毫米2 | 10340 | |
| 熔点 | ℃ | 1668±4 | 公斤/毫米2 | 10550 | |
| 沸点 | ℃ | 3535 | 公斤/毫米2 | 4500 | |
| 溶化潜热 | 千卡/克分子 | 5 | 导热系数 | 卡/厘米秒.℃ | 0.036 |
| 气化潜热 | 千卡/克分子 | 1125±0.3% | 电阻系数 | ×10-6欧母.厘米 | 47.8 |
| 同素异晶转变温度 | ℃ | 882 | 转变时体积 的变化 | % | 5.5 |
| 转变时熵的变化 | ℃ | 0.587 | 磁化率 | ×10-6欧母.厘米 | 3.2 |
| 转变潜热 | 千卡/克分子 | 678±10% | 泊桑比 | 0.41 | |
| 钛的十大特性 |
| 一、钛的十大特性 ◆ 密度小,比强度高： 金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。 ◆ 耐腐蚀性能： 钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。 ◆ 耐热性能好： 新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。 ◆ 耐低温性能好： 钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。 ◆ 抗阻尼性能强： 金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。 ◆ 无磁性、无毒： 钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。 ◆ 抗拉强度与其屈服强度接近：钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。 ◆ 换热性能好：金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热组，太表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。 ◆ 弹性模量低：钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa,为钢的57%。 ◆ 吸气性能：钛是一种化学性质非常活泼的金属,在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。 二、钛的三大功能 功能材料是以物理性能为主的工程材料，即在电、磁、声、光、热等方面具有的特殊性质，或在其作用下表现出特殊功能的材料。对钛和钛合金的研究已发现其有三种特殊功能有应用前途: 1.记忆功能：钛-镍合金在一定环境温度下具有单向、双向和全方位的记忆效应，被公认是最佳记忆合金。在工程上做管接头用于战斗机的油压系统；石油联合企业的输油管路系统；直径0.5mm丝做成的直径500mm抛物网状天线用于宇航飞行器上；在医学工程上用于制作鼾症治疗；制成螺钉用于骨折愈合等。上述应用均获得了明显 效果。 2.超导功能：铌-钛合金在温度低于临界温度时，呈现出零电阻的超导功能。 3.贮氢功能：钛-铁合金具有吸氢的特性，把大量的氢安全的贮存起来，在一定的环境中又把氢释放出来。这在氢气分离、氢气净化、氢气贮存及运输、制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面应用很有前途。 |
| 钛的表面处理技术 |
| 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、 表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂： 钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时,砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗： 酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5%左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去除, 但对义齿的精度会产生影响，最好用X线探伤后，表面磨除暴露气孔，用激光补焊。表面气孔缺陷可直接用激光局部焊接修补。 三、研磨与抛光 1． 机械研磨： 钛的化学反应性高，导热系数低，粘性大，机械研磨研削比低，且易于磨料磨具发生反应，普通磨料不宜用于钛的研磨与抛光，最好采用导热性好的超硬磨料，如金刚石、立方氮化硼等，抛光线速度一般为900~1800m/min.为宜，否则，钛表面易发生研削烧伤和微裂纹。 2． 超声波研磨： 通过超声振动作用，使磨头和被研磨面间的磨粒与被研磨面产生相对运动而达到研磨、抛光的目的。其优点在于常规旋转工具研磨不到的沟、窝和狭窄部位变得容易了，但较大的铸件研磨效果还不能令人满意。 3． 电解机械复合研磨： 采用导电磨具，在磨具与研磨面之间施加电解液和电压，通过机械和电化学抛光的共同作用下，降低表面粗糙度提高表面光泽度。电解液为0.9NaCl，电压为5v，转速为3000rpm/min.，此方法只能研磨平面，对复杂的义齿支架的研磨还处于研究阶段。 4． 桶研磨：利用研磨桶的公转与自转所产生的离心力，使桶内的义齿与磨料相对摩擦运动而起到降低表面粗糙度的研磨目的。研磨自动化、效率高，但只能降低表面粗糙度而不能提高表面光泽度，研磨的精度较差，可用与义齿精抛光前的去毛刺和粗研磨。 5． 化学抛光：化学抛光是通过金属在化学介质中的氧化还原反应而达到整平抛光的目的。其优点是化学抛光与金属的硬度、抛光面积与结构形状无关，凡与抛光液接触的部位均被抛光，不须特殊复杂设备，操作简便，较适合于复杂结构钛义齿支架的抛光。但化学抛光的工艺参数较难控制，要求在不影响义齿精度的情况下能够对义齿有良好的抛光效果。较好的钛化学抛光液是HF和HNO3 按一定比例配制，HF是还原剂，能溶解钛金属，起到整平作用，浓度<10%, HNO3起氧化作用，防止钛的溶解过度和吸氢，同时可产生光亮作用。钛抛光液要求浓度高，温度低，抛光时间短(1~2min.)。 6． 电解抛光：又称为电化学抛光或者阳极溶解抛光，由于钛的电导率较低，氧化性能极强，采用有水酸性电解液如HF—H3PO4、HF—H2SO系电解液对钛几乎不能抛光，施加外电压后，钛阳极立刻发生氧化，而使阳极溶解不能进行。但采用无水氯化物电解液在低电压下，对钛有良好的抛光效果，小型试件可得到镜面抛光，但对于复杂修复体仍不能达到完全抛光的目的，也许采用改变阴极形状和附加阴极的方法能解决这一难题，还有待于进一步研究。 四、钛的表面改性 1． 氮化：采用等离子体渗氮、多弧离子镀、离子注入和激光氮化的等化学热处理技术， 在钛义齿表面形成金黄色TiN渗镀层，从而提高钛的耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳性。但技术复杂，设备昂贵，用于钛义齿的表面改性很难达到临床实用化。 2． 阳极氧化：钛的阳极氧化技术较为容易，在一些氧化性介质中，外加电压的作用下，钛阳极可形成较厚的氧化膜，从而提高其耐腐蚀性和耐磨性和耐候性。阳极氧化的电解液一般采用H2SO4、H3PO4和有机酸水溶液。 3． 大气氧化：钛在高温大气中可形成较厚坚固的无水氧化膜，对钛的全面腐蚀、间隙腐蚀都有效，方法比较简便。 五、 着色 为了增加钛义齿的美感、防止钛义齿在自然条件下的继续氧化的变色，可采用表面氮化处理、大气氧化和阳极氧化法表面着色处理，使表面形成淡黄色或金黄色，提高钛义齿的美感。阳极氧化法利用钛的氧化膜对光的干涉作用，自然发色，可通过改变槽电压在钛表面形成多彩的颜色。 六、 其他表面处理 1: 表面粗化：为了提高钛与饰面树脂的粘结性能，必须对钛表面进行粗化处理，提高其粘结面积。临床上常采用喷砂粗化处理，但喷砂会造成钛表面的氧化铝的污染，我们采用草酸刻蚀的方法，得到良好的粗化效果，刻蚀1h表面粗糙度（Ra）可达到1.50±0.30μm，刻蚀2h Ra为2.99±0.57μm，比单独喷砂的Ra（1.42±0.14μm）提高一倍多，其粘结强度提高了30%。 2: 抗高温氧化的表面处理：为了防止钛在高温下的急剧氧化，在钛表面形成钛硅化合物及钛铝化合物，可防止钛在700℃以上温度下的氧化。这种表面处理对钛的高温氧化非常有效，也许钛表面涂覆这类化合物，对钛瓷结合有利，仍须进一步研究。 |
| 钛及钛合金的应用情况 | |||
| 钛别 | 牌号 | 主要特性 | 用途举例 |
| 碘法钛 | TAD | 这是以碘化物法所获得的高纯度钛，故称碘法钛，或称化学纯钛。但是，其中仍然还有氧.氮.碳.这类间隙杂质元素，它们对纯钛的力学性能影响很大。随着钛的纯度提高，钛的强度、硬度明显下降。故起特点是：化学性稳定性很好，但强度很底。 | 由于高纯度的钛强度较低，它作为结构材料应用意义不大，故在工业中很少用。目前在工业中广泛使用的是工业纯钛和钛合金。 |
| 工业纯钛 | TA1 TA2 TA3 | 工业纯钛与化学纯钛不同之处是：它含有较多的氧.氮.碳及多种其它杂志元素（如铁.硅等），它实质上是一种低合金含量的钛合金 。与化学纯钛相比，由于含有较多的杂志元素使其强度大大提高，它的力学性能与化学性与不锈钢相似（但和钛合金相比，强度仍然较低） 工业纯钛的特点是：强度不高，但塑性好，易于加工成行，冲压、焊接、可切割加工性能良好；在大气，海水.湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性，抗氧化性优于大多数臭固体不锈钢但耐热性较差，使用温度不太高。 工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1.TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性.韧性相应下降。br />工业上常用的纯钛是TA2，因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。 | （1）主要用作工作温度360度以下，受力不大但要求高塑性的冲压件和耐蚀结构零件，例如：飞机的骨架个皮，发动机附件，船舶用耐海水腐蚀管道、阀门、泵及水带.海水淡化系统零部件，化工上的热交换器.泵体、蒸馏塔、冷却器、搅拌器、三通、叶轮、坚固件、离子泵、压缩机气阀以及柴油发动机活塞、连杆、叶簧等。 （2）TA1.TA2在铁含量为0.095%.氧含量为0.08%.氢含量为0.0009%.氮含量为0.0062%时，具有很好的低温韧性和高的低温强度，可用作-259℃以下的低温结构材料。 |
| α型钛合金 | TA4 | 这类合金在室温和使用温度下有α型单相态，不能热处理强化(追灭是唯一的处理方式)，,主要依靠固溶强化。室温强度一般低于β型和α+β型钛合金(但高于工业纯钛)，而在高温(500℃600℃)下的强度和蜕变，强度却是三类钛合金中最高的，且组织稳定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工性能也较好，但塑性低(热塑性仍然良好)室温冲压性能差。其中使用最广的是TA7，它在退火状态下具有中等强度和足够的塑性,焊接性能良好,可在500℃以下使用,当其间隙杂质元素(氧、氢、氮等)含量极低时，再超低温时还具有良好的韧性和综合力学性能，是优良的超低温合金之一。 | 抗拉强度比工业纯钛稍高,可做中等强度范围的结构材料，国内主要用作焊丝。 |
| TA5 TA6 | 用于400℃以下在腐蚀介质中工作的零件及焊接件，如飞机才皮,骨架零件,压气机壳体、叶片、船舶零件等。 | ||
| TA7 | 500℃以下长期工作的结构零件和各种模锻件，短时使用可到900℃。亦可用作超低温(-233℃)部件(如超低温用的容器)。 | ||
| TA8 | 500℃长期工作的零件，可用于制造发动机压气机盘和叶片。但合金的组织稳定性较差。在使用上受到一定限制。 | ||
| β型钛合金 | TB2 | 这类合金的的主要合金元素是钼、铬、钒等β稳定性化元素.在正火或级火时很容易将高温β相保留到室温，获得介稳定的β单相组织，故称β型钛合金。β型钛合金可热处理强化，有较高的强度，焊接性能和压力加工性能良好；但性能不够稳定，熔炼工艺复杂，故应用不如α型、α+β型钛合金广泛。 | 在350℃以下工作的零件，主要用于制造各种整体热处理(固容.时效)的板材冲压件和焊接件；如压气机叶片、轮盘、轴类等重载荷旋转件，以及飞机的构件等。TB2的合金一般在固溶处理状态下交货,再固容，时效后使用。 |
| α+β型钛合金 | TC1 TC2 | 这类合金在高温是α+β型两相组织,因而得名为α+β型钛合金。它具有良好的综合力学性能，大多可热处理强化(但TC1、TC2、TC7不能热处理强化)，锻造、冲压及焊接性能较好，可切削加工，室温强度高。150500度以下且有较好的耐热性,有的(如TC1、TC2、TC3、TC4)并有良好的低温韧性和良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀能力。 | |
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