Применение и свойства титан: Титан. Свойства, применение, марки, химический состав. Сплавы титана

Содержание

Характеристики металла титан — свойства, особенности приминения металла, положительные и отрицательные качества.

Металл титан — распространенный в природе металл, в земной коре его больше, чем меди, свинца и цинка. При плотности 4,51 г/см3 титан имеет прочность 267…337 МПа, а его сплавы-до 1 250 МПа. Это тускло-серый металл с температурой плавления 1668 0С, коррозионно стоек при нормальной температуре даже в сильных агрессивных средах, но очень активен при нагреве выше 400 0С. В кислороде способен к самовозгоранию. Бурно реагирует с азотом. Окисляется водяным паром, углекислым газом, поглощает водород. Теплопроводность титана более чем в два раза ниже, чем у углеродистой стали. Поэтому при сварке титана, несмотря на его высокую температуру плавления, требуется меньше тепла.

Титановые сплавы — разбираемся в подробностях

Металл титан — распространенный в природе металл, в земной коре его больше, чем меди, свинца и цинка. При плотности 4,51 г/см3 титан имеет прочность 267. ..337 МПа, а его сплавы-до 1 250 МПа. Это тускло-серый металл с температурой плавления 1668 0С, коррозионно стоек при нормальной температуре даже в сильных агрессивных средах, но очень активен при нагреве выше 400 0С. В кислороде способен к самовозгоранию. Бурно реагирует с азотом. Окисляется водяным паром, углекислым газом, поглощает водород. Теплопроводность титана более чем в два раза ниже, чем у углеродистой стали. Поэтому при сварке титана, несмотря на его высокую температуру плавления, требуется меньше тепла.

Титан может находиться в виде двух основных стабильных фаз, отличающихся строением кристаллической решетки. При нормальной температуре он существует в виде α-фазы с мелкозернистой структурой, не чувствительной к скорости охлаждения. При температуре выше 882 0С образуется β-фаза с крупным зерном и высокой чувствительностью к скорости охлаждения. Легирующие элементы и примеси могут стабилизировать α-фазу (алюминий, кислород, азот) или β-фазу (хром, марганец, ванадий). Поэтому сплавы титана условно разделяют на три группы: α, α + β и β сплавы.

Первые (ВТ1, ВТ5-1) термически не упрочняются, пластичны, обладают хорошей свариваемостью. Вторые (ОТ4, ВТЗ, ВТ4, ВТ6, ВТ8) при малых добавках β-стабилизаторов также свариваются хорошо. Они термически обрабатываются. Сплавы с β-структурой, например ВТ15, ВТ22, упрочняются термообработкой. Они свариваются хуже, склонны к росту зерен и к холодным трещинам.
При комнатной температуре поверхность титана растворяет кислород, образуется его твердый раствор в α-титане. Возникает слой насыщенного раствора, который предохраняет титан от дальнейшего окисления. Этот слой называют алъфированным. При нагреве титан вступает в химическое соединение с кислородом, образуя ряд окислов от Ti6O до TiO2. По мере окисления изменяется окраска оксидной пленки от золотисто-желтой до темно-фиолетовой, переходящей в белую. По этим цветам в околошовной зоне можно судить о качестве защиты металла при сварке. С азотом титан, взаимодействуя активно при температуре более 500 0С, образует нитриды, повышающие прочность, но резко снижающие пластичность металла.

Растворимость водорода в жидком титане больше, чем в стали, но с понижением температуры она резко падает, водород выделяется из раствора. При затвердевании металла это может вызвать пористость и замедленное разрушение сварных швов после сварки. Все титановые сплавы не склонны к образованию горячих трещин, но склонны к сильному укрупнению зерна в металле шва и околошовной зоны, что ухудшает свойства металла.
Технология сварки титановых сплавов

Из-за высокой химической активности титановые сплавы удается сваривать дуговой сваркой в инертных газах неплавящимся и плавящимся электродом, дуговой сваркой под флюсом, электронным лучом, электрошлаковой и контактной сваркой. Расплавленный титан жидкотекуч, шов хорошо формируется при всех способах сварки.

Основная трудность сварки титана — это необходимость надежной защиты металла, нагреваемого выше температуры 400 0С, от воздуха.

Дуговую сварку ведут в среде аргона и в его смесях с гелием. Сварку с местной защитой производят, подавая газ через сопло горелки, иногда с насадками, увеличивающими зону защиты. С обратной стороны стыка деталей устанавливают медные подкладные планки с канавкой, по длине которой равномерно подают аргон. При сложной конструкции деталей, когда осуществить местную защиту трудно, сварку ведут с общей защитой в камерах с контролируемой атмосферой. Это могут быть камеры-насадки для защиты части свариваемого узла, жесткие камеры из металла или мягкие из ткани со смотровыми окнами и встроенными рукавицами для рук сварщика. В камеры помещают детали, сварочную оснастку и горелку. Для крупных ответственных узлов применяют обитаемые камеры объемом до 350 м 3, в которых устанавливают сварочные автоматы и манипуляторы. Камеры вакуумируются, затем заполняются аргоном, через шлюзы в них входят сварщики в скафандрах.

Аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом детали толщиной 0,5… 1,5 мм сваривают встык без зазора и без присадки, а толщиной более 1,5 мм — с присадочной проволокой. Кромки свариваемых деталей и проволока должны зачищаться так, чтобы был снят насыщенный кислородом альфированный слой. Проволока должна пройти вакуумный отжиг при температуре 900… 1000 0С в течение 4 ч. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Детали толщиной более 10… 15 мм можно сваривать за один проход погруженной дугой. После образования сварочной ванны увеличивают расход аргона до 40…50 л/мин, что приводит к обжатию дуги. Затем электрод опускают в сварочную ванну. Давление дуги оттесняет жидкий металл, дуга горит внутри образовавшегося углубления, ее проплавляющая способность увеличивается.

Узкий шов с глубоким про-плавлением при сварке неплавя-щимся электродом в аргоне можно получать, применяя флюсы-пасты АН-ТА, АНТ17А на основе фтористого кальция с добавками. Они частично рафинируют и модифицируют металл шва, а также уменьшают пористость.

Дуговую сварку титановых сплавов плавящимся электродом (проволокой диаметром 1,2…2,0 мм) выполняют на постоянном токе обратной полярности на режимах, обеспечивающих мелкокапельный перенос электродного металла. В качестве защитной среды применяют смесь из 20 % аргона и 80 % гелия или чистый гелий. Это позволяет увеличить ширину шва и уменьшить пористость.

Титановые сплавы можно сваривать дуговой сваркой под бескислородными фтористыми флюсами сухой грануляции АНТ1, АНТЗ для толщины 2,5…8,0 мм и АНТ7 для более толстого металла. Сварку ведут электродной проволокой диаметром 2,0…5,0 мм с вылетом электрода 14…22 мм на медной или на флюсомедной подкладке, либо на флюсовой подушке. Структура металла в результате модифицирующего действия флюса получается более мелкозернистой, чем при сварке в инертных газах.

При электрошлаковой сварке используют пластинчатые электроды из того же титанового сплава, что и свариваемая деталь, толщиной 8…12 мм и шириной, равной толщине свариваемого металла. Используют тугоплавкие фторидные флюсы АНТ2, АНТ4, АНТ6. Чтобы через флюс не проникал кислород, шлаковую ванну дополнительно защищают аргоном. Металл зоны термического влияния защищают, увеличивая ширину формирующих водоохлаждаемых ползунов и продувая в зазор между ними и деталью аргон. Сварные соединения после электрошлаковой сварки имеют крупнокристаллическую структуру, но свойства их близки к основному металлу. Перед электрошлаковой сваркой, так же как и перед дуговой, флюсы должны быть прокалены при температуре 200…300 0С.

Электронно-лучевая сварка титановых сплавов обеспечивает наилучшую защиту металла от газов и мелкозернистую структуру шва. Требования к сборке по сравнению с другими способами жестче.

При всех способах сварки титановых сплавов нельзя допускать перегрева металла. Нужно применять способы и приемы, позволяющие влиять на кристаллизацию металла: электромагнитное воздействие, колебания электрода или электронного луча поперек стыка, ультразвуковое воздействие на сварочную ванну, импульсный цикл дуговой сварки и т.п. Все это позволит получать более мелкую структуру шва и высокие свойства сварных соединений.

Характеристики металла титан и его применение

Металл титан является легким серебристо-белым металлом. Титановые сплавы обладают легкостью и прочностью, высокой коррозийной стойкостью и низким коэффициентом теплового расширения.

Кроме того, титан — металл, который способен сохранять свои свойства в диапазоне температур от – 290 до +600 градусов Цельсия.

Оксид этого металла впервые обнаружил в 1789 У. Грегор. Во время исследования железистого песка ему удалось выделить окись неизвестного до селе металла, которой он дал название менакеновая. Один из первых образцов металлического титана был получен в 1825 Й. Я. Берцелиусом.

Особенности

В периодической таблице Менделеева титан — элемент, находящийся в 4-ой группе 4-ого периода под номером 22. В наиболее устойчивых соединениях данный элемент четырехвалентен. Своим внешним видом он немного напоминает сталь и относится к переходным элементам. Температура плавления титана 1668±4°С, а кипит он при 3300 градусах Цельсия. Что касается скрытой теплоты плавления и испарения этого металла, то она почти в 2 раза больше, нежели у железа.

Титан — металл серебристого оттенка
Сегодня существуют две аллотропические модификации титана. Первая – низкотемпературная альфа-модификация.

Вторая – высокотемпературная бетта-маодификация. По плотности, а также удельной теплоемкости этот металл занимает место между алюминием и железом.

Характеристика титана имеет ряд положительных особенностей. Механическая прочность его вдвое больше чистого железа и в шесть раз выше алюминия. Однако, титан способен поглощать кислород, водород и азот. Они могут резко снижать его пластические свойства. Если титан смешивается с углеродом, то образуются тугоплавкие карбиды, которые имеют высокую твердость.

Титану свойственна низкая теплопроводность, которая в 4 раза меньше, чем у алюминия, и в 13 раз, чем у железа. Также титан обладает довольно высоким удельным электросопротивлением.

Титан является парамагнитным металлом, а как известно, парамагнитные вещества обладают магнитной восприимчивостью, которая падает при нагревании. Однако, титан – исключение, так как его восприимчивость только увеличивается с температурой.

    Достоинства:
    Малая плотность, которая способствует уменьшению массы материала;
    Высокая механическая прочность;
    Высокая коррозийная стойкость;
    Высокая удельная прочность.

    Недостатки:
    Высокая стоимость производства;
    Активное взаимодействие со всеми газами, из-за чего плавят его только в вакууме либо среде инертных газов;
    Плохие антифрикционные свойства;
    Сложности вовлечения в производство титановых отходов;
    Склонность к солевой коррозии, водородной хрупкости;
    Довольно плохая обрабатываемость резанием;
    Большая химическая активность.

Использование

Применение титана наиболее востребовано в производстве ракетной и авиационной техники, морском судостроении.

Кольца
Его используют в качестве легирующей примеси к качественным сталям. Технический титан расходуется на изготовление емкостей и химических реакторов, трубопроводов и арматуры, насосов и клапанов, плюс ко всему изделий, функционирующих в агрессивных средах. Компактный титан применяется для изготовления сеток и других деталей электровакуумных приборов, которые работают в высоких температурах.

Механическая прочность, коррозийная стойкость, удельная прочность, жаропрочность и другие свойства титана позволяют широко применять его в технике. Высокая стоимость этого металла и сплавов компенсируется большой работоспособностью. В некоторых ситуациях титановые сплавы являются единственными использующимися для изготовления того или иного оборудования либо конструкций, способных работать в конкретных условиях.

Добыча

Изначально добыча титана производилась для нужд производства красителей. Однако, использование этого металла в качестве конструкционного материала привело к расширению добычи титановой руды, а также поиску и освоению новых месторождений

Брусок чистого (99,995 %) титана
В прошлом титан был побочным продуктом, а во многих случаях препятствовал, к примеру, добыче железной руды. Сегодня же рудники эксплуатируются только для получения этого металла, как главного продукта.

Чтобы добывать титановую руду, не нужно обладать каким-либо специальным горным оборудованием и проводить сложные операции. Если титановые минералы находят в песчаных месторождениях, то собираются они с помощью землесосных снарядов, проходя через которые они попадают на баржи, а те в свою очередь доставляют их на обогатительную установку. Но, если же минералы титана находят в горных породах, то здесь уже не используют даже горное оборудование.

Руда измельчается для обеспечения эффективного разделения минеральных компонентов. После, чтобы отделить ильменит от посторонних материалов применяется влажная магнитная сепарация малой интенсивности. Затем остаточный ильменит обогащается с помощью гидравлических классификаторов и столов. Потом обогащение производится методом сухой магнитной сепарации, обладающей высокой интенсивностью.

Свойство металла титан и его место в продуктах

Титан – химический элемент, довольно широко распространённый в природе. Это металл, серебристо-серый и твёрдый; он входит в состав многих минералов, и добывать его можно почти везде – Россия занимает второе место в мире по добыче титана.

Много титана в титанистом железняке – ильмените, относящемся к сложным оксидам, и золотисто-красном рутиле, являющемся полиморфной (многообразной и способной существовать в разных кристаллических структурах) модификацией двуокиси титана – химикам известно три таких природных соединения.

Титан часто встречается в горных породах, но в почвах, особенно песчаных, его ещё больше. Среди титаносодержащих горных пород можно назвать перовскит – он считается довольно распространённым; титанит – силикат титана и кальция, которому приписываются лечебные и даже магические свойства; анатаз – также полиморфное соединение – простой оксид; и брукит – красивый кристалл, часто встречающийся в Альпах, а у нас, в России – на Урале, Алтае и в Сибири.

Заслуга открытия титана принадлежит сразу двоим учёным – немцу и англичанину. Английский учёный Уильям Мак-Грегор не был химиком, но минералами очень интересовался, и однажды, в конце XVIII века, выделил из чёрного песка Корнуэлла неизвестный металл, и вскоре написал о нём статью.

Эту статью читал и известный немецкий учёный, химик М.Г. Клапрот, и он через 4 года после Мак-Грегора обнаружил оксид титана (так он назвал этот металл, а англичане называли его менаккином – по названию места, где он был найден) в красном песке, распространённом в Венгрии. Когда учёный сравнил соединения, найденные в чёрном и красном песке, они оказались оксидами титана – так что этот металл был открыт обоими учёными независимо.

Кстати, название металла не имеет никакого отношения к древнегреческим Богам Титанам (хотя есть и такая версия), а назвали его в честь Титании – царицы фей, о которой писал Шекспир. Это название связывается с лёгкостью титана – его необычно низкой плотностью.

После этих открытий многие учёные не раз пытались выделить чистый титан из его соединений, но в XIX веке это удавалось плохо — даже великий Менделеев считал этот металл редким, и потому интересным только для «чистой» науки, а не для применения в практических целях. Но учёные XX века поняли, что титана в природе много – около 70 минералов содержат его в своём составе, и сегодня известно множество таких месторождений. Если говорить о металлах, широко используемых человеком в технике, то можно найти только три, которых в природе больше, чем титана – это магний, железо и алюминий. Химики ещё говорят, что, если количественно объединить все запасы меди, серебра, золота, платины, свинца, цинка, хрома и ещё некоторых металлов, которыми богата Земля, то титана получится больше, чем их всех.

Выделять из соединений чистый титан химики научились только в 1940 году – это сделали американские учёные.
Многие свойства титана уже изучены, и он применяется в разных сферах науки и промышленности, но мы здесь не будем подробно рассматривать эту сторону его применения – нам интересно биологическое значение титана.

Использование титана в медицине и пищевой промышленности тоже нас интересует – в этих случаях титан поступает непосредственно в организм человека, или контактирует с ним. Одно из свойств этого металла очень радует: учёные, в том числе и медики, считают титан безопасным для человека, хотя при его избыточном поступлении в организм могут возникать хронические лёгочные заболевания.
Титан в продуктах

Титан есть в морской воде, тканях растений и животных, а значит, и в продуктах растительного и животного происхождения. Растения получают титан из почвы, на которой растут, а животные получают его, поедая эти растения, однако вначале – уже в XIX веке — химики открыли титан в организме животных, а уже потом в растениях. Эти открытия снова были сделаны англичанином и немцем – Г. Ризом и А. Адергольдом.

В организме человека титана около 20 мг, и поступает он обычно с продуктами питания и водой. Титан есть в яйцах и молоке, в мясе животных и растениях – их листьях, стеблях, плодах и семенах, но вообще в продуктах питания его немного. Растения, особенно водоросли, содержат больше титана, чем ткани животных; много его в кладофоре – кустистой ярко-зелёной водоросли, часто встречающейся в пресных водоёмах и морях.
Значение титана для организма человека

Зачем титан нужен организму человека? Учёные говорят, что его биологическая роль не выяснена, но он участвует в процессе образования эритроцитов в костном мозге, в синтезе гемоглобина и в процессе формирования иммунитета.

Титан есть в головном мозге человека, в слуховом и зрительном центрах; в женском молоке он есть всегда, причём в определённых количествах. Концентрации титана в организме активизируют обменные процессы, и улучшают общий состав крови, снижая в ней содержание холестерина и мочевины.

В сутки человек получает около 0,85 мг титана, с водой и продуктами питания, а также с воздухом, но в желудочно-кишечном тракте он всасывается слабо – от 1 до 3%.

Для человека титан нетоксичен или малотоксичен, и о летальной дозе у медиков тоже нет данных, но при регулярном вдыхании двуокиси титана он накапливается в лёгких, и тогда развиваются хронические заболевания, сопровождающиеся одышкой и кашлем с мокротой – трахеит, альвеолит и др. Накопление титана вместе с другими, более токсичными элементами, вызывает воспаления и даже гранулематоз – тяжёлое заболевание сосудов, опасное для жизни.

Избыток и недостаток титана

Чем может объясняться избыточное поступление титана в организм? Поскольку, как уже сказано, титан применяется во многих областях науки и промышленности, избыток титана и даже отравление им часто грозит рабочим разных производств: машиностроительных, металлургических, лакокрасочных и т. д. Наиболее токсичен хлорид титана: достаточно отработать на таком производстве около 3-х лет, не особенно соблюдая технику безопасности, и хронические заболевания не замедлят проявиться.

Лечат такие заболевания обычно антибиотиками, пеногасителями, кортикостероидами, витаминами; больные должны находиться в покое и получать обильное питьё.

Дефицит титана – как у человека, так и у животных, не выявлен и не описан, и в этом случае можно предположить, что его действительно не бывает.

В медицине титан необыкновенно популярен: из него делают превосходные инструменты, и при этом доступные и недорогие – титан стоит от 15 до 25 долларов за килограмм. Любят титан ортопеды, стоматологи и даже нейрохирурги – и неудивительно.

Оказывается, у титана есть ценное для медиков качество – биологическая инертность: это означает, что конструкции из него прекрасно себя ведут в организме человека, и абсолютно безопасны для мышечных и костных тканей, которыми они обрастают со временем. Структура тканей при этом не меняется: титан не подвержен коррозии, а его механические свойства очень высоки. Достаточно сказать, что в морской воде, которая по составу очень близка к лимфе человека, титан может разрушаться со скоростью 0,02 мм за 1000 лет, а в растворах щелочей и кислот он по устойчивости похож на платину.

Среди всех используемых в медицине сплавов титановые отличаются чистотой, и примесей в них почти нет, чего нельзя сказать о кобальтовых сплавах или нержавеющей стали.

Внутренние и наружные протезы, изготовленные из титановых сплавов, не разрушаются и не деформируются, хотя всё время выдерживают рабочие нагрузки: механическая прочность титана в 2-4 раза выше, чем у чистого железа, и в 6-12 раз выше, чем у алюминия.

Пластичность титана позволяет делать с ним всё, что угодно – резать, сверлить, шлифовать, ковать при низких температурах, прокатывать – из него получается даже тонкая фольга.

Температура его плавления, однако, довольно высока – около 1670°C.

Электропроводность у титана очень низкая, и он относится к немагнитным металлам, поэтому пациентам с титановыми конструкциями в организме можно назначать физиотерапевтические процедуры – это безопасно.

В пищевой промышленности используется диоксид титана – в качестве красителя, обозначающегося как Е171. Им окрашивают конфеты и жвачку, кондитерские изделия и порошковые продукты, лапшу, крабовые палочки, изделия из фарша; им же осветляют глазури и муку.

В фармакологии диоксидом титана окрашивают лекарства, а в косметологии – кремы, гели, шампуни и другие средства.

металл титан свойство металла титан характеристики металла титан

Титан

Титан (Ti) — это химический элемент под номером 22 в 4 группе современной периодической системы элементов. Простое вещество титан плавиться при температуре выше 1660 °C. Этот металл, как и цинк, в различных условиях может проявлять две формы устройства кристаллической решётки: форму a и форму b (при температуре выше 883 °C). a-Ti имеет гексагональную плотноупакованную форму решётки, b-Ti имеет кубическую объёмноцентрированную упаковку.

Обнаружили титан в XVIII веке, но в промышленных масштабах стали производить только в XX веке в виду сложности его извлечения из полиметаллической руды и больших энергозатратах на производство титана. В земной коре содержится порядка 0,57 % титана от общей массы, 0.001 мг/л³ в морской воде. Это десятый по популярности элемент в земной коре. Сегодня купить титан можно в нашем магазине.

В ходе изучения свойств этого металла обнаружились его полезные свойства. Титан имеет высокую прочность, пластичность, стойкость к коррозии (в виду образования оксидной плёнки) и устойчивость к воздействию кислот и щелочей (исключая плавиковую кислоту, концентрированную серную кислоту и ортофосфорную кислоту). Он имеет хорошую ковкость и вязкость. При этом его плотность по сравнению с другими металлическими сплавами невелика: 4,54 г/см³.

При температуре 250 °C титановые сплавы сильно теряют в прочности. Но жаропрочные сплавы хорошо проявляют себя в интервале 300-600 °C. С увеличением температуры они уступают в прочности сплавам Fe и Ni. По пластичность Ti проявляет лучшие качества чем металлы с аналогичным устройством кристаллической решётки (цинк, магний, кадмий). Таким образом это лёгкий, прочный, ковкий, вязкий, пластичный, коррозиестойкий металл, который содержится в земной коре в достаточных количествах, чтобы не быть чрезмерно дорогим.

Классификация титана и титановых сплавов

Из титана выпускается широкий спектр заготовок. Черновой титан производится в виде губки. Сплавы Ti легируются оловом, алюминием, марганцем, хромом, ванадием, молибденом и другими металлами, с целью совершенствования прочности, жаростойкости, коррозионной стойкости и других качеств. В виду этого, классификация титановых сплавов весьма велика. Следовательно различаются:

и многокомпонентные сплавы.

По способу изготовления сплавы классифицируются на:

и деформируемые

По механическим свойствам:

повышенной пластичности и низкой прочности,
средней прочности,
высокой прочности.

По степени обработки титановые сплавы:

всегда отожжённые,
прошедшие процедуру закалки и старения (сплавы с a+b кристаллической структурой),
прошедшие процедуру химико-термической обработки.

Ознакомившись с основной классификацией сплавов и заготовок из Ti, можно приступить к подробному описанию их свойств.

Свойства технического титана и промышленных сплавов

В маркировке титана присутствуют значительные отличия от других сплавов. Поэтому прежде, чем приступить к изучению таблиц, необходимо разобраться с этим.

В России на практике титановые сплавы всегда имеют маркировку Т.

Перед литерой Т проставляется буквенное обозначение производителя (В — ВИАМ, О — опытная разработка Свердловского завода и ВИАМ, П — «Прометей» Санкт-Петербург и другие).

Сплавы могут маркироваться численными обозначениями, указывающими чистоту сплава. К примеру, титан высшей чистоты, произведённый ВИАМ может маркироваться ВТ1-00. В других случаях численные обозначения могут не сказать Вам ничего конкретного.

Иногда же дополнительные литеры могут указывать на какие-то особые качества металла (И — специальный сплав, В — ванадиевый сплав, Л — литейный сплав, ГТ — губчатый титан).

Приведём наиболее популярные буквенные и цветовые маркировки сплавов с последующей расшифровкой.

Далее мы приводим таблицы по свойствам титановых сплавов, исключив промышленные заготовки.

Получение титана

Титан получают из полиметаллических руд: ильменита, рутила, перовскита, титанита, и других полезных ископаемых. В руде содержится до 60% TiO₂. Поэтому изначально необходимо получить ильменитовый концентрат, методом флотации. После флотационного обогащения ильменита, содержание оксида титана возрастает до 90-99 %.

Ильменитовый концентрат расплавляется, с целью получения титана в шлаке. Из шлака получают шихту Ti. Из титана получают тетрахлорид титана, с одновременным восстановлением TiO₂ и хлорированием. Тетрахлорид титана проходит ректификационную очистку. Сюда следует также включить процедуру получения магния электролизом из хлористого магния. Далее титан восстанавливается из тетрахлорида титана. (Наиболее перспективно восстановление с помощью магния). Восстановления производится в герметичных аппаратах или в аргонной среде, путём пропускания газа тетрахлорида титана через расплавленный магний. Титан проходит процедуру вакуумной сепарации. Блоки губчатого титана перерабатываются, после чего губки направляются на переплавку. Переплавка осуществляется в электродуговой печи с постоянным вольфрамовым электролитом, или в электропечи с высокочастотным нагревом.

Полученные заготовки идут на производства и формуются в:

Титановая промышленность

В мире имеется порядка одного миллиарда тон подтверждённых запасов титана. Хотя титан бал обнаружен в XVIII веке, в XIX веке был выделен в чистом виде, промышленные обороты производство титана приняло только в XX веке. Титановая промышленность и основные запасы титановых руд сосредоточены в КНР, России, США, Японии, Казахстане и Украине. С сохранением темпов расходования ресурсов титана, запасов Ti хватит ещё примерно на 150 лет. Для наглядности нами приведена сводка по титановой промышленности за 1996-2001 годы.

Титановая промышленность в России набирает обороты, ВСМПО-Ависма является одним из ведущих производителей в этой отрасли. Опыт этого предприятия весьма интересен и наглядно описывается в статье журнала Forbes — «Титаническое производство: как работает крупнейший производитель титана в мире». В этой статье говориться о том, что ВСМПО располагает двумя заводами вблизи Уральского хребта. ТГ — титановая губка производится в Березняках Пермского края, а заготовки в виде слитков и других полуфабрикатов производят в Верхней Следе.

На заводе, где из титана изготавливают детали, работает порядка 100 человек в три смены. Продукция производится по передовым технологиям, с применением дорогостоящих станков и автоматов, стоимость каждого составляет порядка 5 млн $. Станки доставлены из США, с согласия самого президента — Барака Обамы. Продукция заводов пользуется спросом по всему миру. На этом предприятии изготавливают детали для болидов формулы-1, продукции Boeing, Airbus и других.

Применение

Частично мы уже сказали о применении титана и его сплавов. Из него производят детали для авиационной промышленности, в машиностроении, космической отрасли, подводных лодок, товаров народного потребления. Однако, статистические исследования Titanium Corporation на 2005 год дают следующую оценку по потреблению этого материала.

Только 7 % титана используется в машиностроении.
13 % уходит на бумажное производство.
20 % используется при изготовлении пластика.
И 60 % при изготовлении красок.

Но давайте обратимся к рекомендациям. Сплавы Ti низкой прочности и высокой пластичности предназначены для эффективного использования в авиационной и космической отрасли, химической промышленности, производстве тепловой и криогенной техник. Из него производят практически все виды заготовок, и применяют для изготовления сварных элементов конструкций.

Ti средней прочности рекомендован для применения в производстве холодильной техники, в судостроении, производстве различных ёмкостей, деталей работающих длительное время при температуре 400 °C, 750-800 °C – кратковременно, в зависимости от типа сплава эти рекомендации могут отличаться.

Сплавы же Ti высокой прочности рекомендовано использовать при изготовлении ответственных деталей и элементов конструкций, работающих под нагрузкой, турбин, сварных элементов конструкций, штампованных изделий и деталей, рассчитанных для работы при температуре 400 °C, 750 °C – кратковременно.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНА И ЕГО ПРИМИНЕНИЕ

Насколько разнообразны химические элементы. Одни существуют в чистом виде, имеют широкое распространение в природе, другие же синтезируются в специальных реакторах и существуют доли секунды.

В настоящее время человечеству важно задуматься о рациональном использовании ресурсов, для сохранения экологии и улучшения качества жизни в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты. Думаю, что в скором времени актуальным станет производство долговечной, многоразовой продукции из чуть более дорогостоящего, но оправдывающего свою стоимость материала. Одним из представителей является титан, обладающий прочностью, легкостью и термостойкостью.

Титан (Ti), имеющий атомный номер 22 и атомный вес 47,88, является переходным элементом, относящимся к группе 4 (IVB) в середине периодической таблицы [2]. Металл блестящий, серебристо-белый по цвету. По распространению на Земле занимает девятое место. Он распространен в виде оксидов в большинстве магматических пород, в живых организмах и в природных водоемах. Содержание Ti в растениях колеблется от 1 до 578 мг кг −1 [2]. Температура плавления титана приблизительно 1660°С. При взаимодействии титана с кислородом воздуха, металл покрывается естественной оксидной пленкой, благодаря чему титан коррозиестойкий.Титановая стружка поддается горению, а титановая пыль- взрывоопасна. Титан реагирует со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей [1] с.30.

ПОЛУЧЕНИЕ ТИТАНА.

Титан получают из оксида титана (II) с примесями (магнийтермический метод). При использовании данного метода схема получения следующая: Диоксид титана спекают с коксом и обрабатывают хлором. Полученную соль TiCl4 восстанавливают магнием.

Существуют иные способы получения: электролитическая диссоциация, йодный способ (метод дорогостоящий, подходит для получения высокочистого титана в небольших количествах), гидридно-кальциевый метод и из титанового шлака.В промышленных масштабах титан получают магнийтермическим или гидридно-кальциевым методами. Они не требуют больших финансовых вложений, на выходе получают большое количество металла за малое количество времени.

ПРИМЕНЕНИЕ ТИТАНА.

Применение титана как конструкторского материала обусловлено благоприятным сочетанием его свойств. Обычно в промышленности используется титан с разными примесями, которые не сказываются на его химических свойствах. Примеси влияют только на жаропрочность металла. Однако это не критично, технический титан выдерживает 500-600°С.Из технического титана изготавливают различные емкости, арматуру, трубопроводы, насосы.

Особой прочностью и термостойкостью обладают сплавы на основе титана, легированные хромом, оловом, алюминием, молибденом, марганцем, кремнием и бором. Их используют в самолетостроении для изготовления крыльев, частей фюзеляжа, некоторых деталей двигателя, шасси. В ракетостроении из сплавов изготавливают баллоны для хранения сжатого водорода, корпуса ракет и детали двигателя. Свое применение сплавы нашли в изготовлении морских судов, автомобильного и железнодорожного транспорта, в химическом и металлургическом машиностроении.

Чистый титан применяют в электровакуумной промышленности, в электронике и электротехнике. Из него изготавливают детали радиоламп, рентгеновских трубок. В медицине чистый титан используется для изготовления хирургического инструмента, стоматологических, ортопедических, травматических имплантов и каркасов для протезирования. Титан считается биологически инертным веществом, поэтому в организме человека металл не вызывает аллергических реакций.

Титан используется и в товарах народного потребления. Например, ювелирные изделия (кольца, часы, браслеты, пирсинг). Изготавливаются украшения из сплава титана с золотом, они более прочные и легкие. Титан используют в монетах и медалях, для изготовления деталей компьютеров, и мобильных телефонов.Диоксид титана необходим для изготовления эмали, тугоплавких стекол, жароупорной лабораторной посуды, глазури и красок с высокой кроющей способностью, к тому же вещества с содержанием TiO2 коррозиестойкие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

[1]. Гаврилов Д.И. Титан: свойства, получение, применение/ Гаврилов Д.И., Карягин М.О., Нуяндин В.Д.// Academy.-2017.-№ 5-С.118.

[2]. Shiheng Lyu. Titanium as a Beneficial Element for Crop Production/ Shiheng Lyu, Xiangying Wei, Jianjun Chen1, Cun Wang, Xiaoming Wang, Dongming Pan// Frontiers in Plant Science.-2017.-25 April.

Титан

Титан
Атомный номер	22
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	47,88 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	147 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	657,8(6,82) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d² 4s²
Химические свойства
Ковалентный радиус	132 пм
Радиус иона	(+4e)68 (+2e)94 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,54
Электродный потенциал	-1,63
Степени окисления	4, 3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	4,54 г/см?
Молярная теплоёмкость	25,1 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	21. 9 Вт/(м·K)
Температура плавления	1933 K
Теплота плавления	18.8 кДж/моль
Температура кипения	3560 K
Теплота испарения	422,6 кДж/моль
Молярный объём	10,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная плотноупакованная (?-Ti)
Параметры решётки	a=2,951 с=4,697 (?-Ti) A
Отношение c/a	1,587
Температура Дебая	380 K

Ti	22
47,88
[Ar]3d²4s²
Титан

Титан — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 22. Обозначается символом Ti (лат. Titanium). Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: ?-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, -Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C

История открытия элемента Титан

Схема атома титана

Открытие TiO2 сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789), выделил новую «землю» (окись) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные окислы титана.

Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI4.

Происхождение названия

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот, в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противоход французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

Однако согласно другой версии, публиковавшейся в журнале «Техника-Молодежи» в конце 80-х, новооткрытый металл обязан своим именем не могучим титанам из древнегреческих мифов, а Титании — королеве фей в германской мифологии (жена Оберона в шекспировском «Сне в летнюю ночь»). Такое название связано с необычайной «лёгкостью» (малой плотностью) металла.

Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе. В свободном виде не встречается. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит CaTiOSiO₄, танталит (Fe,Mn)²⁺Ta₂O₆ и манганотанталит MnT₂O₆. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Запасы и добыча

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO₂. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т.^[2]. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. При современных темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА».

Получение

Брусок кристаллического титана (чистота 99,995 %, вес ?283 г, длина ?14 см, диаметр ?25 мм), изготовленный на заводе «Уралредмет» иодидным методом ван Аркеля и де Бура

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄: TiO₂ + 2C + 2Cl₂ =TiCl₄ + 2CO

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают Mg: TiCl₄+ 2Mg = 2MgCl₂+ Ti

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.

Физические свойства

Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: ?-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 A; с=4,697 A; z=2; пространственная группа C6mmc), ?-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 A; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода ?-? 883 °C, ?H перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1671 °C, точка кипения 3260 °C, плотность ?-Ti и ?-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см?, атомная плотность 5,71×1022 ат/см³. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400°С.

Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок горит на воздухе.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF,H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄).

Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF₆]^2-.

При нагревании на воздухе до 1200°C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO₂. Гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O и диоксид TiO₂амфотерны.

TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанат: TiO₂+K₂CO₃=K₂TiO₃+CO₂.

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl₄водородом, Al, Si, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твердые вещества с сильно восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br₂ и I₂.

С N₂ выше 400 °C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с C образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00).

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_х (x=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂. Титан образует сплавы со многими металлами.

Применение

Часы из титанового сплава

В виде сплавов

Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы), лёгких сплавах, остеопротезах. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Используется в художественном литье^[5]
Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

В виде соединений

Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
Диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов.
Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.
Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов —- сегнетоэлектрики.

Анализ рынков потребления

В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:

60 % — краска;
20 % — пластик;
13 % — бумага;
7 % — машиностроение.

Цены

15-25 $ за килограмм, в зависимости от чистоты.

Чистота и марка чернового титана (титановой губки) обычно определяется по степени её пластичности.

Физиологическое действие

Нитрид титана

Соединения титана

Титан, магний и их сплавы – Осварке.Нет

Получение титана. Титан – серебристо-белый металл с высокой механической прочностью и высокой коррозионной и химической стойкостью. Для производства титана используют рутил, ильменит, титанит и другие руды, содержащие 10-40% двуокиси титана ТiO2. После обогащения концентрат титановых руд содержит до 65% ТiO2. ТiO2 и сопутствующие окислы железа разделяют восстановительной плавкой. В процессе плавки окислы железа и титана восстанавливаются, в результате чего получают чугун и титановый шлак, в котором содержится до 80-90% ТiO2. Титановый шлак хлорируют, в результате чего титан соединяется с хлором в четыреххлористый титан TiCl4. Затем четыреххлористый титан нагревают в замкнутой реторте при температуре 950-1000°С в среде инертного газа (аргон) вместе с твердым магнием. Магний отнимает хлор, превращаясь в жидкий MgCl2, а твердые частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу, образуя титановую губку. Путем сложных процессов рафинирования и переплава из титановой губки получают чистый титан. Технически чистый титан (ГОСТ 19807-74) содержит 99,2-99,65% титана.

Свойства и применение титана. Прочность технически чистого титана зависит от степени его чистоты и соответствует прочности обычных конструкционных сталей. По коррозионной стойкости титан превосходит даже высоколегированные нержавеющие стали.
Для получения сплавов титана с заданными механическими свойствами его легируют алюминием, молибденом, хромом и другими элементами. Главное преимущество титана и его сплавов заключается в сочетании высоких механических свойств (σв≥1500 МПа; δ=10-15%) и коррозионной стойкости с малой плотностью.

Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность титана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность титановых сплавов. Сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением, обработке резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства, хорошо свариваются в среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно работают при температурах до 350-500°С.

По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые и литейные, а по прочности – на три группы: низкой (σв=300-700 МПа), средней (σв=700-1000 МПа) и высокой (σв более 1000 МПа) прочности. К первой группе относят сплавы под маркой BT1, ко второй – ВТЗ, ВТ4, ВТ5 и др. , к третьей – ВТ6, ВТ14, ВТ15 (после закалки и старения).

13. Механические свойства титановых сплавов

Для литья применяют сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. Литейные сплавы имеют более низкие механические свойства, чем соответствующие деформируемые. Титан и его сплавы, обработанные давлением, выпускают в виде прутков, листов и слитков. Титановые сплавы (табл. 13) применяют в авиационной и химической промышленности.

Получение магния. Магний – самый легкий из технических цветных металлов, его плотность 1,740 кг/м3, температура плавления 650°С. Технически чистый магний непрочный, малопластичный металл с низкой тепло- и электропроводностью. Для улучшения прочностных свойств в магний добавляют алюминий, кремний, марганец, торий, церий, цинк, цирконий и подвергают термообработке.
Для производства магния используют преимущественно карналлит (MgCl2∙КСl∙6Н2О), магнезит (MgCO3), доломит (CaCО3∙MgCО3) и отходы ряда производств, например титанового. Карналлит подвергают обогащению, в процессе которого отделяют КСl и нерастворимые примеси путем перевода в водный раствор MgCl2 и КCl. После получения в вакуум-кристаллизаторах искусственного карналлита, его обезвоживают и электролитическим путем получают из него магний, который затем подвергают рафинированию. Технически чистый магний (первичный) содержит 99,8-99,9% магния (ГОСТ 804-72). Маркировка и химический состав магниевых сплавов для фасонного литья и слитков, предназначенных для обработки давлением, приведены в ГОСТ 2581-78.

Свойства и применение магния. В зависимости от способа получения изделий магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые.

Литейные магниевые сплавы (ГОСТ 2856-68) применяют для изготовления деталей литьем. Их маркируют буквами МЛ и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МЛ5. Отливки из магниевых сплавов иногда подвергают закалке с последующим старением. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной промышленности: картеры, корпуса приборов, фермы шасси и т. п.

Деформируемые магниевые сплавы (ГОСТ 14957-76) предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5. Сплавы МА применяют для изготовления различных деталей в авиационной промышленности. Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Гидрид титана: свойства и применение

Современная химическая промышленность производит большое количество веществ, применяющихся в различных сферах. Благодаря своей универсальности они становятся незаменимыми, в частности, в такой отрасли, как металлургия. Их использование позволяет добиться улучшения характеристик изделий при условии унижения стоимости. Одним из таких веществ является гидрид титана.

Свойства вещества

Оно представляет собой порошок серо-черного цвета, состоящий из кубических и тетрагональных кристаллов, который принимает участие в реакциях алкилирования, карбоксилирования, ацилирования. Также веществом, с которым он вступает во взаимодействие, является вода. Результатом такой реакции становится получение гидроксида натрия или едкого натра. Что касается гидрата титана, то для него не характерна гигроскопичность, что делает невозможным взаимодействие с водой или разбавленными кислотами.

Если говорить о разложении вещества, то экспериментальным путем удалось добиться только частичного разложения при температуре 300 градусов по Цельсию. Повышение данного показателя не позволяет достичь полного разложения. Более того, оно приводит как к ускорению, так и к резкому замедлению процесса. Способствует разложению вещества вакуумирование, при котором оно более активно теряет водород.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что по отношению к металлам рассматриваемый порошок является нейтральным. Это дает возможность обеспечить защиту таких изделий от коррозионных процессов. С данной целью используются комбинации неорганического вещества и минерального масла, суспензий. Однако стоит помнить, что их получение сопровождается определенными трудностями: плавление гидрида титана осуществляется при температуре 800 градусов по Цельсию и под давлением. Примечательно, что указанное вещество обладает магнитными свойствами.

Сферы применения

На сегодняшний день представленное вещество активно применяется в различных отраслях. К ним следует отнести:

использование гидрида титана в качестве основного источника водорода в лабораторных условиях;
применение в процессах разработки двигателей внутреннего сгорания;
необходимость присутствия вещества для образования белого свечения пиротехниками.

Однако наиболее высоко востребованным он считается в металлургической промышленности и автомобилестроении. Использование гидрида титана требуется для:

восстановления титана в промышленных объемах;
выделения редких групп металлов;
получения пенометалла;
осуществления спайки металлов и керамики;
использования в виде добавки к воспламеняющимся составам.

Помимо перечисленного хорошее взаимодействие с таким материалом, как каучук, делает порошок неотъемлемым элементов процесса вулканизации. Чтобы добиться желаемого результата, организовано его производство в виде таких веществ, как минеральное либо парафиновое масло, вазелин. Стоит отметить, что введение гидрида титана в материал должно непосредственно предшествовать вулканизации. Готовые смеси, включающие в свой состав указанное вещество, на данный момент не производятся.

При необходимости допускается замена гидрида титана таким соединением, как хлорид натрия. Их химические свойства во многом сходны. Последнему отдается предпочтение в тех ситуациях, когда бюджет предприятия ограничен, так как для него характерна более доступная стоимость. Но особый спектр действия гидрида титана и обязательное его участие в некоторых процессах не позволяет полностью заменить его дешевым аналогом. Прежде чем принимать решение об использовании менее дорогостоящего вещества, производителям рекомендуется обязательно проконсультироваться с квалифицированными специалистами. В противном случае они могут не добиться поставленных целей, что приведет к дополнительным затратам на повторное приобретение химических веществ.

Использование и свойства титана

Титан — один из самых распространенных металлов в земной коре. Однако он не был обнаружен до 1791 года священнослужителем и энтузиастом геологии Уильямом Грегором в шахте в Корнуолле, на юге Англии. Спустя годы, в 1795 году, немецкий химик Мартин Генрих Клапрот окрестил его титаном, вдохновившись титанами, божествами греческой мифологии.

Свойства титана

Титан часто сравнивают со сталью из-за его твердости и коррозионной стойкости, но у титана есть много других характеристик :

Титан является отличным проводником тепла и электричества.
Это неферромагнитный металл , то есть не притягивается магнитами.
Это очень податливый материал , допускающий множество конфигураций.
Это твердый и легкий металл, благодаря чему он имеет высокое отношение прочности к весу. Его вес на 45% меньше, чем у стали.
Это очень эстетично . Его натуральный цвет серебристый.
Выдерживает высоких температуры, , так как его температура плавления составляет 1668°C, а температура кипения составляет 3287°C.
Как мы уже упоминали, титан очень устойчив к эрозии и атмосферной коррозии. В присутствии кислорода титан образует слой оксида титана (TiO2), который является изолирующим и не позволяет коррозионно-активным элементам проникать в материал.

Для чего используется титан?
Титан не получил широкого распространения до относительно недавнего времени, так как в свободном состоянии в природе не встречается. Чтобы получить его в чистом виде, его необходимо извлечь из различных полезных ископаемых, содержащих его, что является дорогостоящей и сложной задачей.
Его первые применения были в военной области Советского Союза, в 1950-х и 1960-х годах. Позже его стали использовать в авиации, как в СССР, так и в США. Он считался стратегическим материалом на протяжении всей холодной войны. В последующие годы его использование постепенно распространилось на другие отрасли.
Титан можно подвергать различным видам обработки: его можно ковать, отливать, сваривать, входить в состав сплавов и т. д. Этот факт, в дополнение ко многим другим его характеристикам, делает его идеальным металлом для использования во многих отраслях промышленности.
Промышленное использование титана
Несмотря на различия между различными типами нержавеющей стали, все они имеют ряд общих характеристик:
Большая часть производимого в мире титана используется в двигателях и в авиационной технике . Из-за своего легкого веса он часто используется в виде сплавов (например, с алюминием, цирконием или никелем) для различных компонентов самолетов, таких как роторы, турбины, компрессоры, выхлопы, крылья, трубы горячего воздуха и компоненты гидравлической системы.
Большая часть титановой руды перерабатывается в виде диоксида титана (TiO2), который используется в качестве отбеливателя для таких элементов, как пластмассы, зубные пасты, краски, бумага и т. д.
Поскольку он совместим с тканями человека и не магнитится, широко используется в медицине для создания протезов, хирургических инструментов, зубных и ортопедических имплантатов. По этим же причинам пирсинг обычно делают из титана.
Он также используется в контейнерах для радиоактивных отходов из-за его долговременной коррозионной стойкости, поскольку он может оставаться в хорошем состоянии в течение нескольких тысяч лет.
Как и в начале своей истории, титан до сих пор используется в оружейной промышленности , , где он ценится за свои сплавы, которые прочны, легки и обладают высокой устойчивостью к коррозии и износу.
В спорт, высоко ценится за легкость и прочность. Он широко используется в теннисных ракетках, шлемах для крикета, футбольных и бейсбольных шлемах, велосипедных рамах, клюшках для гольфа и т. д.
Титан также высоко ценится за его эстетическое использование в таких областях, как ювелирные изделия, из-за его легкости, прочности (идеальный для изготовления маленьких кусочков, которые не будут гнуться), совместимость с человеческим телом и его серебристый цвет в чистом виде.
Это всего лишь несколько примеров, но титан имеет гораздо больше применений в других областях, например, в энергетике, автомобилестроении, строительстве, декоративной и высокотехнологичной промышленности.
Что такое титановый сплав? | Марки и свойства титановых сплавов
Что такое титановые сплавы?
Марки, применение и свойства

Что такое титановые сплавы?
Титан
упоминается в стандартной таблице элементов как переходный металл и обозначается как
Ti. Его устойчивость к давлению, теплу, воде и соли, а также легкий вес делают его идеальным металлом для целого ряда применений. Сюда входят джойстики, зубные имплантаты, самолеты и корабли. Титановые сплавы сохраняют ту же прочность и стойкость к окислению, но в сочетании со сталью приобретают большую гибкость и универсальность.
Для многих важных высокотехнологичных применений используются титановые сплавы , такие как вращающиеся и неподвижные части газотурбинного двигателя и компоненты авиационных двигателей.Для этого барьера требуется кислород, как следует из названия оксида. Титан легко подвергается коррозии и ржавчине в вакуумных условиях, где мало кислорода. Тем не менее, найти и изготовить чистый титан, полностью устойчивый к коррозии и ржавчине, очень трудно и редко. Большинство насадок и предметов из титана изготовлены из титанового сплава, который смешивает различные уровни титана с различными металлами. Они уязвимы для ржавчины и коррозии, потому что они не сделаны из чистого титана. Многие из титановых сплавов, используемых в конструкционных целях в аэрокосмической, энергетической и химической промышленности, состоят из двухфазных смесей фаз α и β, смешанных в различных морфологиях и фракциях относительного объема.Двухфазные α + β-сплавы дают широкий диапазон сочетаний прочности, долговечности и свойств при высоких температурах до ~600 °С. Ключевыми факторами, определяющими функциональные характеристики этих сплавов, являются твердофазные превращения.
Свойства титановых сплавов
Характеристики связаны с содержанием примесей углерода, азота, водорода и кислорода. Иодид титана имеет чистоту менее 0.1%, но имеет низкую прочность и высокую пластичность. Технический чистый титан 99,5% имеет следующие характеристики: плотность p=4,5 г/куб.см, температура плавления 1725°C, теплопроводность a=15,24 Вт/(м.K), прочность при напряжении b=539МПа, дельта удлинения=25%, модуль упругости Е=1,078*105, твердость НВ195, усадка = 25%.

Свойства титановых сплавов
Благодаря своей уникальной прочности и сопротивлению ползучести технически чистый титан стабилен до температуры около 300°C. 7 циклов) составляет примерно 50% напряжения, а сварка не вызывает существенного снижения усталостной прочности.

Какой титан лучше всего?
Титан классов 1, 2, 3 и 4 является коммерчески чистым (минимум 99% титана). Этот сорт имеет незначительные изменения химического состава, которые влияют на механические характеристики и возможности конструкции. Стойкость к коррозии на всех четырех уровнях одинакова. Титан класса 2 является предпочтительным сплавом для большинства промышленных применений с хорошей гибкостью и коррозионной стойкостью между четырьмя технически чистыми (C.П.) марок титана. Марка 3 наименее используется в технически чистом титане, но не менее ценна. Сорт 3 прочнее и менее поддается формованию, чем сорта 1 и 2, но имеет более высокие механические компоненты, чем его предшественники. 3 класс имеет пластичный характер.
Титановый сплав
Grade 2 обеспечивает превосходную стойкость к морской воде и морской коррозионной среде. Стойкость к окислению четвёрки технически чистых близка. Марки, но с разным содержанием кислорода и железа, различаются механическими свойствами.Титан класса 2 устойчив к влажным хлоридам, хлоридам металлов, хлоритам и гипохлоритам, азотной и хромовой кислотам, органическим кислотам и многим другим промышленным газообразным средам.
Влияние сплава на титановые сплавы
Химические компоненты каждого сорта
Марка
Fe%
С%
Н%
Н%
О%
Ал%
В%
Мо%
Ni%
Pd%
Ти
гр1
0. 2
0,08
0,03
0,015
0,18
—
—
—
—
—
БАЛ.
гр2
0.3
0,08
0,03
0,015
0,25
—
—
—
—
—
БАЛ.
гр3
0.3
0,08
0,05
0,015
0,35
—
—
—
—
—
БАЛ.
гр.4
0.3
0,08
0,05
0,015
0,40
—
—
—
—
—
БАЛ
гр5
0. 25
0,08
0,03
0,015
0,02
5,5 — 6,75
3,5 — 4,5
—
—
—
БАЛ
гр7
0.3
0,08
0,03
0,015
0,25
—
—
—
—
0,12 — 0,25
БАЛ.
гр.9
0.25
0,08
0,03
0,015
0,15
2,5 — 3,3
2,0 — 3,0
—
—
—
БАЛ.
гр.12
0.3
0,08
0,03
0,015
0,25
—
—
0,2 — 0,4
0,6 — 0,9
—
БАЛ.
гр23
0.3
0,08
0,03
0,015
0,13
5,5 — 6,75
—
—
—
—
БАЛ
Механические характеристики каждой марки
Марка
Прочность на растяжение (мин)
Предел текучести 0.Смещение 2%
Удлинение на 2 дюйма или 50 мм % (мин. )
КСИ
МПа
КСИ
МПа
Группа 1
35
240
20 — 45
138 — 310
24
гр.2
50
345
40 — 65
275 — 450
20
Группа 3
65
450
55 — 80
380 — 550
18
гр. 4
80
550
≥70
≥483
15
Группа 5
138
950
≥128
≥880
14
гр.7
50
345
≥40
≥275
24
Группа 9
125
860
≥105
≥725
10
гр. 12
70
483
≥50
≥345
18
Группа 23
125
860
≥115
≥790
15
Применение титановых сплавов
Титановые сплавы
обладают высокой прочностью, низкой плотностью, отличными механическими свойствами, высокой прочностью и устойчивостью к коррозии.Титановый сплав также слаб в производстве и трудно режется. Примеси, такие как водород, кислород, азот и углерод, могут легко поглощаться при нагревании. Износостойкость также низкая, а процесс производства сложен. В 1948 году началось автоматизированное производство титана. Титановая промышленность растет вместе с ростом авиационной промышленности на среднегодовом уровне 8%. Ежегодное производство материалов для обработки титановых сплавов в мире составляет более 40 000 тонн, и доступно около 30 форм титановых сплавов.
Поле доставки
Лодки и другие приспособления уже давно погружаются в воду, поэтому их компоненты должны быть устойчивыми к коррозии, прочными и долговечными. Благодаря полному набору прочности, уникальным физическим свойствам, отличным механическим характеристикам, стойкости к коррозии и повреждениям титановые сплавы нашли широкое применение в судостроении. На насосах, фильтрах, трубопроводах, устройствах пожаротушения, катерах и другом оборудовании российских кораблей используются титановые сплавы.
Применение в аэрокосмической отрасли
В фюзеляже, двигателе и деталях ракет титан является важным «космическим материалом». При проектировании высокопроизводительных самолетов, таких как ASX-31, X-30, использование материалов из титановых сплавов дало замечательные результаты. Коэффициент М вырос примерно на три, а общее качество самолета упало на 80%. Россия поставляет листы из титановых сплавов и другое сырье для производства авиационной техники.Для исследований и разработок космического корабля Шэньчжоу в Китае обычно использовались титановые сплавы.
границ | Прогресс в исследованиях высокоэнтропийного сплава на основе титана: методы, свойства и применение
Введение
В последние десятилетия биомедицинские материалы широко используются в имплантатах и восстановительных операциях благодаря их высокой прочности, износостойкости, коррозионной стойкости и биосовместимости (Saini, 2015). Чтобы улучшить реабилитацию костной ткани в биомедицинских целях, следует выбирать такие материалы, которые обладают свойствами, аналогичными свойствам натуральной кости, чтобы они могли поддерживать функцию клеточной адгезии после имплантации, способствовать восстановлению тканей и ускорять процесс заживления.Среди всех материалов для биомедицинских имплантатов наиболее широко используемой группой материалов в клинической практике являются металлические. Металлические биоматериалы включают нержавеющую сталь, сплав CoCrMo, сплав NiTi с памятью формы, сплав магния, титан и его сплавы (Saini, 2015; Liu et al., 2020; Wang W. et al., 2020). Титан и его традиционные сплавы являются идеальными биомедицинскими материалами с хорошими механическими свойствами, биосовместимостью и коррозионной стойкостью. Эти материалы в основном используются в ортопедии и зубных имплантатах (Niinomi, 2003, 2008; Geetha et al., 2009; Чжу и др., 2016; Чжан и др., 2017 г.; Rabadia et al., 2018), таких как пластины, стенты, эндопротезы тазобедренных и коленных суставов, корни зубов и т. д. Однако чистый титан и его сплавы также имеют некоторые ограничения, такие как низкая износостойкость, при которой материал изнашивается и создает некоторые металлические частицы и мусор в условиях длительных и повторяющихся нагрузок. Эти металлические частицы и мусор могут вызывать локальные повреждения тканей и воспаление. Сплавы Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb известны как традиционные сплавы Ti (Kobayashi et al. , 1998; Тамилсельви и др., 2006 г.; Ассис и Коста, 2007 г.; Дин и др., 2016; Ван Х. и др., 2019). Эти два материала отвечают требованиям прочности имплантата, но легирующие элементы, такие как алюминий и ванадий, могут вызывать токсические эффекты и неблагоприятно влиять на живые ткани и органы. Элемент Al может накапливаться в головном мозге, печени, селезенке, почках, щитовидной железе и других тканях и органах и вызывать определенные повреждения (Attarilar et al., 2020). Кроме того, элемент V может вызывать размягчение костей, анемию и нервные расстройства.Более того, модуль упругости этих двух титановых сплавов (около 120 ГПа) все еще очень высок по сравнению с натуральной костью (10-35 ГПа). Niinomi (2008) обнаружил, что титановые сплавы с низким модулем упругости имеют лучшие характеристики передачи нагрузки, чем сплавы с высоким модулем упругости. Плотный металлический имплантат воспринимает большую часть прикладываемой нагрузки и приводит к значительному снижению уровня напряжения на периферии костной ткани, вследствие чего плотность и прочность костной ткани постепенно снижаются. Это явление известно как эффект защиты от стресса, который вызывает медленное заживление кости, резорбцию кости, расшатывание имплантата и его отторжение.
В последнее время высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) известны как новые металлические функциональные материалы и привлекают к себе значительное внимание. HEA обладают большим потенциалом в области биомедицины и, похоже, находят множество применений в медицинской промышленности (Yan and Zhang, 2020). Концепция HEA возникла из-за увеличения количества элементов для увеличения энтропии смешения материала для достижения цели образования стабильного сплава в твердом растворе. Их также называют сплавами с несколькими основными элементами (МПЭА) или сложными по составу сплавами (ССА) (Miracle and Senkov, 2017; George et al., 2020). Основываясь на многоэлементном принципе, ВЭС являются представителями нового класса сплавов, которые обеспечивают лучшие характеристики за счет корректировки состава и методов управления, в которых фазовый состав претерпевает некоторые переходы от однофазного твердого раствора к множеству сложных фаз. композиции. Более того, исследователи разделили большое количество ВЭС на две основные категории и проанализировали механизмы их деформации (Brechtl et al., 2020). Первый основан на кристаллографической структуре фазы и включает ГЦК-, ОЦК-, ГПУ-, аморфные и интерметаллические ВЭА.Второй классифицируется по типам фаз и включает однофазные, двухфазные, эвтектические и многофазные ВЭС. ВЭА привлекли значительное внимание благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая прочность/твердость, высокая износостойкость, высокая вязкость разрушения, отличные характеристики при низких температурах и структурная стабильность, хорошая коррозионная стойкость, стойкость к окислению и т. д. (Juan et al., 2015; Сюй и др., 2015; Шан и др., 2017; Чен Дж. и др., 2018; Джин и др., 2018; Цю, 2018; Шарма и др., 2018; Шуанг и др., 2019 г.; Тиан и др., 2019; Джордж и др., 2020 г.; Яо и др., 2020). Например, Pruša et al. (2020) исследовали механизм упрочнения ультрамелкозернистого ВЭС CoCrFeNiNb механическим легированием и искровым плазменным спеканием, показавшим сверхвысокую прочность 2412 МПа и высокую твердость 798 ± 9 HV при 1000°C. Кроме того, исследователи также поняли, что быстрое окисление в условиях высоких температур ограничивает применимость высокотемпературных ВЭА. Добавление и содержание легирующих элементов являются ключевыми факторами, влияющими на стойкость к окислению и применение ВЭС.Недавние исследования подтвердили, что добавление Al и Cr в сплав может эффективно улучшить стойкость к окислению ВЭА, а образование некоторых сложных оксидов также может обеспечить лучшую защиту сплава (Waseem and Ryu, 2020).
Этот новый тип сплава и его современная концепция устраняют узкие места традиционного дизайна материалов и представляют новые идеи для исследований и разработок высокоэффективных металлических материалов. Таким образом, разработка материалов Ti-HEA с превосходной биосовместимостью и хорошими механическими свойствами имеет большое значение для развития медицинских имплантатов.
Появление и разработка ВЭС на основе титана
Йех и др. (2004) и Yeh (2006) представили HEA в 2004 году, этот новый класс металлических материалов, обычно состоящий из 5 или более металлических элементов в почти эквиатомных пропорциях (Cantor et al. , 2004; Miracle and Senkov, 2017; Zhang et al. , 2018). Хотя состав сплавов с высокой энтропией очень сложен, он обычно состоит из однофазной или двухфазной структуры с надлежащей стабильностью и гибкостью (George et al., 2020).
Конструкция ВЭУ основана на четырех эффектах, включая эффект высокой энтропии, искажение решетки, вялую диффузию и эффект «коктейля» (Zhang et al., 2014). Эффект высокой энтропии является важной концепцией ВЭС. Первоначально ученые полагали, что сплав, содержащий несколько основных элементов, приведет к получению различных интерметаллических соединений и/или сложных микроструктур. Однако через некоторое время они обнаружили особое явление, при котором ВЭС не образуют большого количества интерметаллических соединений, а склонны образовывать простую ОЦК, ГПУ и ГЦК фазу или даже аморфные структуры после затвердевания. как эффект высокой энтропии.Из-за этого высокоэнтропийного эффекта высокая энтропия смешения усиливает взаимное растворение между элементами и тем самым препятствует образованию интерметаллических соединений. Как правило, ВЭС включают пять или более элементов, каждый из которых имеет одинаковую вероятность занимать узлы решетки. Разница в размерах атомов при образовании твердого раствора вызовет искажение решетки в кристаллической структуре, которое называется эффектом искажения решетки. Когда энергия искажения решетки слишком высока, кристалл не может поддерживать стабильную структуру, и искаженная решетка разрушается, образуя аморфную фазу или интерметаллические соединения.Но независимо от того, находится ли он в кристаллическом или аморфном состоянии, этот эффект искажения повлияет на механические свойства, электрические свойства, оптические свойства и даже химические свойства материала. Эффект медленной диффузии объясняется тем, что в процессе литья ВЭС скоординированная диффузия нескольких элементов затрудняется из-за фазовых переходов жидкость-твердое, а сильное искажение решетки замедляет скорость диффузии элементов. Таким образом, скорость разделения фаз при высокой температуре медленная, даже подавляется при низких температурах, что является основной причиной образования нанопреципитатов в литых ВЭС. Под эффектом «коктейля» понимается комбинированный эффект за счет многоэлементного взаимодействия ВЭС, который сочетает в себе исходные характеристики различных элементов и относительно нивелирует их недостатки. С учетом эффекта «четырех ядер» в ВЭС легко получить фазы твердого раствора, наноструктуры и даже аморфные структуры с высокой термической стабильностью (Yeh, 2006; Zhang et al., 2014), и их можно рассматривать как композиционные. материалов на атомном уровне. Более того, конструкция ВЭУ — это не простое смешивание элементов, необходимо учитывать взаимодействие между элементами, которое повлияет на общие характеристики получаемого сплава (George et al., 2020). В настоящее время проектирование ВЭУ в первую очередь осуществляется посредством компьютерного моделирования, в котором необходимо определить влияние термодинамики и кинетики сплава, а также необходимо учитывать влияние законов фазообразования (Koval et al., 2019). Компьютерное моделирование обычно использует расчеты из первых принципов и расчеты фазовых диаграмм для прогнозирования структуры, фазовой стабильности и механических свойств ВЭС. Ге Х. и др. (2017) использовали расчеты по первому принципу для прогнозирования упругих и тепловых свойств тройных или четвертичных тугоплавких ВЭС, содержащих элементы Al, Ti, V, Cr, Nb и Mo.Они обнаружили, что рассчитанные с помощью моделирования свойства согласуются с экспериментальными результатами. В последние годы критерий Хьюма-Розери и критерий концентрации валентных электронов часто используют для изучения фазового состояния и возможности образования ВЭС. Яо и др. (2017) использовали три параметра Ω, δ и ΔH обычных твердых растворов, интерметаллических соединений и сплавов серии NbTaV-(Ti, W) для прогнозирования фазообразования разработанного сплава.
В последних отчетах об исследованиях большинство HEA, используемых в медицинских имплантатах, состоят из огнеупорных элементов нетоксичной и гипоаллергенной природы (Stiehler et al., 2008; Юрченко и др., 2020). В биомедицинских ВЭС в качестве основных компонентов обычно используют Ti и нетоксичные и гипоаллергенные элементы группы IV и группы V с добавлением элементов Cu и Co на матрицу. Открытие трех последних HEA на основе TiTaHf, которые показали значительную биосовместимость в экспериментах по иммерсии, продемонстрировало потенциал этих новых HEA, которые можно использовать в качестве материалов для долгосрочных имплантатов (Gurel et al., 2020). Среди них присутствие элементов Nb и Zr внесло огромный вклад в улучшение коррозионных характеристик материала.Юань и др. (2019) подготовили серию ВЭС TiZrHfNbTa с низким модулем, хорошей биосовместимостью и низкой магнитной восприимчивостью. Кроме того, они систематически анализировали и обобщали характеристики ВЭС с добавлением любого элемента. Было обнаружено, что модуль Юнга в ВЭА относительно легче контролировать, чем в традиционных металлах имплантатов, и сравнение между ВЭА на основе титана и другими металлическими биоматериалами показано на рисунке 1. Это дает больше возможностей для использования ВЭА в качестве материалов для биомедицинских имплантатов в будущее.Чинг и др. (2020) сообщили о методе теоретического моделирования для прогнозирования свойств ВЭС; они проанализировали и предсказали эффективность тринадцати биосовместимых НЕА. Предлагаемая ими технология основана на квантово-механических измерениях, общей плотности порядка связей (TBOD) и частичной плотности порядка связей (PBOD). Он может глубоко анализировать электронную структуру и межатомные связи ВЭС и имеет важное руководящее значение для разработки и применения медицинских ВЭС в будущем.
Рисунок 1. Сравнение характеристик ВЭС на основе титана и других металлических сплавов, (A) Зависимость модуля Юнга и структуры кристаллической фазы от ВЭУ во всех исследованных ВЭС. (B) Сравнение магнитной восприимчивости сплавов 1, 4, 6 и чистого Zr со сплавами, обычно используемыми в медицинских устройствах. (Сплав 1: Ti ₂₅ Zr ₂₅ Nb ₂₅ Ta ₂₅; Сплав 2: Ti _31,67 Zr _31.67 Nb _31,66 Ta ₅ ; Сплав 3:Ti ₃₅ Zr ₃₅ Nb ₂₅ Ta ₅ ; Сплав 4: Ti ₄₅ Zr ₄₅ Nb ₅ Ta ₅ ; Сплав 5:Ti _21,67 Zr _21,67 Nb _21,66 Ta ₃₅ ; Сплав 6: Ti ₁₅ Zr ₁₅ Nb ₃₅ Ta ₃₅ (Yuan et al. , 2019). Воспроизведено из Yuan et al. (2019) с разрешения.
Методы изготовления ВЭС на основе титана
Методы подготовки ВЭА в основном включают металлургию слитков, порошковую металлургию, селективную лазерную плавку, лазерную наплавку, магнетронное напыление и т. д.Среди них металлургия слитков, порошковая металлургия и селективное лазерное плавление являются наиболее используемыми методами для получения объемных ВЭС, в то время как методы лазерной наплавки и магнетронного напыления обычно используются для получения тонких пленок или покрытий ВЭС. Преимущества и ограничения различных методов приготовления ВЭА перечислены в таблице 1.
Таблица 1. Преимущества и ограничения препаратов ВЭА.
Приготовление объемных ВЭС
Дуговая плавка
Дуговая плавка в настоящее время является одним из наиболее часто используемых методов подготовки для производства сыпучих ВЭА (Baldenebro-Lopez et al., 2015; Чен Ю. и др. , 2018 г.; Хоу и др., 2019; Чжан Дж. и др., 2020). Процесс включает заливку определенной доли металлических материалов в щипцы. Затем, после многократного вакуумирования, вакуумная печь заполняется защитным газом аргоном. Затем элементы полностью расплавляются за счет плазменно-дугового нагрева электрода, затем в процессе быстрого охлаждения с водяным охлаждением весь расплав затвердевает в сплав. Схема дуговой плавки показана на рисунке 2.
Недавно Wang and Xu (2017) приготовили методом дугового плавления эквиатомный ВЭС TiZrNbTaMo, который содержит двойные фазы BCC1 и BCC2 и демонстрирует хорошую коррозионную стойкость в фосфатном буферном растворе.Диррас и др. (2016) исследовали сужение и поверхности излома ВЭС TiHfZrTaNb в литом состоянии и выявили сочетание нескольких полос скольжения, искажение границ зерен, а также неглубокие и глубокие ямки, которые демонстрируют высокопластическое поведение при растяжении. Юань и др. (2019) разработал Tizrhfnbta в городы, и они фокусируются на Ti ₂₅ ZR ₂₅ NB ₂₅ TA ₂₅, Ti ₄₅ ZR ₄₅ NB ₅ TA ₅ и Ti ₁₅ Zr ₁₅ Nb ₃₅ Ta ₃₅ HEA. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) и СЭМ-изображения трех ВЭА показаны на рисунке 3. Типичная дендритная морфология, обогащенная Nb и Ta, показана на рисунке 3A, C, а равноосные зерна показаны на рисунке 3B. Кроме того, Ti ₄ ₅ Zr ₄ ₅ Nb ₅ Ta ₅ HEA продемонстрировал более низкие значения модуля (57 ГПа), чем эквиатомный TiZrHfNbTa HEA, который похож на HEA Юнга ~30 ГПа). Механические свойства ВЭС, полученных дуговой плавкой, представлены в табл. 2.Кроме того, для дальнейшего изучения коррозионной стойкости и износостойкости ВЭС TiZrTaHfNb Motallebzadeh et al. (2019) провели сравнение TiZrTaHfNb и Ti _1,5 ZrTa _0,5 Hf _0,5 Nb _0,5 НЕА со сплавами 316L, CoCrMo и Ti6Al4V. Морфология продуктов коррозии образцов после электрохимического испытания в электролите с фосфатно-солевым буфером (PBS) показана на рис. 4. Видно, что на поверхностях сплавов 316L, CoCrMo и Ti6Al4V обнаружена значительная точечная коррозия. Напротив, на поверхностях TiZrTaHfNb и Ti _1,5 ZrTa _0,5 Hf _0,5 Nb _0,5 ВЭА нет явных признаков ямкообразования. Отжиг может эффективно улучшить механические свойства сплава. Исследователи исследовали влияние отжига на микроструктуру и свойства ВЭА на основе титана. Нагасе и др. (2020) изучали микроструктуру эквиатомного и неэквиатомного ВЭС TiNbTaZrMo, укрупнение дендритов и сегрегацию элементов можно наблюдать после операции отжига.
Рис. 3. СЭМ-изображения и светлопольные микрофотографии ПЭМ трех ВЭС TiZrNbTa. (A) Ti ₂₅ ZR ₂₅ NB ₂₅ TA ₂₅ (B) Ti ₄₅ ZR ₄₅ NB ₅ TA ₅ (C) TI ₁₅ Zr ₁₅ Nb ₃₅ Ta ₃₅ HEA (Yuan et al., 2019). Воспроизведено из Yuan et al. (2019) с разрешения.
Таблица 2. Структурные особенности и свойства покрытий ВЭА, полученных методами дуговой плавки и порошковой металлургии.
Рис. 4. FESEM-изображения различных сплавов после потенциодинамических испытаний в электролите PBS при 37°C. (A) 316L, (b) Cocrmo сплав, (C) Ti6al4v, (d) Tizrtahfnb Hea, и (E) Ti _1.5 ZRTA _0.5 HF _0.5 NB _0,5 HEA (Моталлебзаде и др., 2019). Воспроизведено из Motallebzadeh et al.(2019) с разрешения.
В качестве одного из наиболее важных методов получения ВЭС, класса ВЭС на основе титана, получаемых дуговой плавкой, считается, что они обладают превосходными биологическими свойствами. Однако оценка цитотоксичности HEA на основе Ti все еще находится в стадии изучения, и для подтверждения его биологического поведения необходимы дополнительные эксперименты in vivo и in vitro . Кроме того, механические свойства также являются одним из важных аспектов HEA при оценке функциональности ортопедических материалов.Предел текучести и твердость по Виккерсу литых ВЭА на основе титана значительно выше, чем у нержавеющей стали 316L, сплава CoCrMo и сплава Ti6Al4V, что кажется многообещающим для увеличения срока службы ортопедических имплантатов.
Порошковая металлургия
ВЭА, изготовленные методом порошковой металлургии (ПМ), обычно используют в качестве сырья элементарные порошки или предварительно легированные порошки (Rao et al., 2014; Wang et al., 2017, 2017a,b). Затем сыпучий ВЭУ подготавливают посредством шаровой мельницы/смешивания, прессования, спекания и последующей обработки.По сравнению с методом литья применение ПМ может эффективно уменьшить сегрегацию компонентов сплава, а также устранить грубую и неравномерную структуру металла отливки и значительно улучшить оптимальный расход сырья (Малек и др., 2019a). Однако в настоящее время исследования по получению ВЭА методом порошковой металлургии ограничены.
В дополнение к традиционным методам механической обработки все больше и больше исследований и применений технологии порошковой металлургии в биомедицинских металлах.Согласно недавно опубликованным исследованиям сплавов ВЭА на основе титана, Ti-Nb-Zr, Ti-Mo-Nb, Ti-Nb-Ag, Ti-Nb-Ta-Zr, Ti-Nb-Ta-Mn, Ti-Nb -Ta-V, Ti-Al-Ni-Co-Fe и Ti-Nb-Hf-Zr-Ta (Sakaguchi et al. , 2005; Gabriel et al., 2012; Wen et al., 2014; Hussein et al. al., 2015; Nazari et al., 2015; Aguilar et al., 2016; Anand Sekhar et al., 2019; Guo et al., 2019; Málek et al., 2019a,b). Вен и др. (2014) провели сравнительный анализ сплава Ti-Nb-Ag после вакуумного спекания и искрового плазменного спекания.Образец, спеченный в вакуумной печи, имеет поры, тогда как образцы, спеченные методом ИПС, имели плотную структуру на поверхности. Кроме того, для изучения взаимосвязи между структурой и механическими свойствами и временем спекания ВЭУ, приготовленных PM, Málek et al. (2019b) обнаружили, что сплав HfNbTaTiZr обладал лучшей стойкостью к укрупнению зерен после спекания по сравнению со сплавом, полученным дуговой плавкой, который имел небольшую пористость после спекания, а пористость устранялась в процессе последующей термообработки.Гуо и др. (2019) изучали сплав NbTaTiV, полученный методом ПМ, который показал отличные свойства, более высокую твердость 510 HV, предел текучести 1,37 ГПа и предел прочности при сжатии 2,19 ГПа при комнатной температуре.
Среди этих сплавов сплавы системы Ti-Nb-Ta-Zr нашли много применений в биомедицинской области (Wang et al., 2009, 2015, 2017; Wei et al., 2011; Liu et al., 2015; Ran et al. и др., 2018; Гу и др., 2019; Хафиз и др., 2019, 2020). Сакагути и др. (2005) изучали механизм деформации сплавов Ti-Nb-Ta-Zr с различным содержанием Nb.В то же время для дальнейшего изучения ТЭА на основе Ti с биомедицинскими перспективами биологические свойства других элементов, добавленных к ТЭА Ti-Nb-Ta-Zr, были изучены Stráský et al. (2017). Кроме того, Popescu et al. (2018) подготовили новый Ti ₄₀ Nb ₂₀ Zr ₂₀ Ta ₁₀ Fe ₁₀ HEA, который показал превосходную коррозионную стойкость по сравнению с Ti6Al4V. Цао и др. (2020) подготовили TiNbTa _0,5 ZrA _l0,5 HEA методом ПМ и обнаружили, что после горячей обработки TiNbTa _0.5 ZrA _l0,5 ВЭА превратился из исходной ОЦК-фазы в ОЦК- и ГПУ-фазу с пределом текучести при высоком давлении 1740 МПа (Chen et al. , 2019).
Из вышеизложенного видно, что порошковая металлургия также может быть отличной альтернативой процессу производства сплавов на основе титана. Этот метод позволяет производить детали из пористого титана при более низкой температуре обработки и позволяет более точно контролировать переменные процесса и размер пор, а также физические и химические свойства.В проводимых в настоящее время исследованиях установлено, что ВЭА на основе титана, полученный методом порошковой металлургии, обладает превосходной коррозионной стойкостью в имитированных жидкостях организма (SBF) и может стать потенциальной биомедицинской заменой. В частности, TiNbZrTaFe HEA имеет сверхнизкий модуль Юнга и лучшую коррозионную стойкость, чем традиционные материалы для ментальных имплантатов. Особенно с развитием технологии лазерной 3D-печати персонализированные металлические имплантаты будут постепенно продвигаться в применении в клиниках. Однако исследований по получению ВЭА на основе титана с помощью порошковой металлургии немного, и дальнейшее развитие этого метода будет по-прежнему сосредоточено на его биомедицинских исследованиях.
Подготовка тонкопленочных ВЭУ
Согласно опубликованным методам получения покрытий HEA, методы модификации поверхности включают электрохимическое осаждение (Soare et al., 2015), физическое осаждение из паровой фазы (PVD) (Khan et al., 2020; Xia et al., 2020), лазерное наплавка (Zhang et al., 2017; Guo et al., 2018; Wang L. et al., 2019), плазменная наплавка (Anupam et al., 2019; Peng et al., 2019; Zhu et al., 2020) и термическое напыление (Wang et al., 2011; Vallimanalan et al., 2020) и др.В частности, магнетронное напыление и лазерная наплавка в биомедицинской области являются двумя относительно перспективными технологиями для получения ВЭА-покрытий. Свойства покрытий ВЭА на основе титана, полученных двумя разными способами, приведены в таблице 3.
Таблица 3. Структурные особенности и свойства покрытий ВЭА, полученных методами лазерной наплавки и магнетронного напыления.
Магнетронное напыление
В качестве важной технологии модификации поверхности магнетронное распыление широко используется в различных областях. Магнетронное распыление, разделенное на магнетронное распыление постоянным током (DC) и радиочастотное (RF) магнетронное распыление по типу источника питания, которое является одним из методов PVD (Yan et al., 2018; Deng et al., 2020). Этот метод использует явление плазмы для бомбардировки материала мишени, чтобы отделить атомы металла от поверхности мишени и нанести тонкую пленку на поверхность подложки. Газы аргон (Ar) и азот (N ₂ ) часто используются в качестве рабочих газов для приготовления пленок ВЭА.Схематическая диаграмма этого процесса показана на рисунке 5 (Calderon Velasco et al., 2016). Типы рабочего газа и его параметры сильно влияют на структуру и характеристики получаемых пленок ВЭА.
Цуй и др. (2020) изучали влияние различного содержания азота на микроструктуру и механические свойства осажденных пленок ВЭА, изготовили пленку (AlCrTiZrHf)N методом ВЧ-магнетронного распыления. Они обнаружили, что твердость и коэффициент трения пленки HEA изменялись по мере увеличения потока азота, и пленка трансформировалась из исходного аморфного состояния в столбчатую структуру со структурой FCC, что демонстрирует низкий коэффициент трения и отличную износостойкость. Лян и др. (2011) обнаружили, что при расходе азота 4 SCCM твердость и модуль упругости покрытий (TiVCrZrHf)N достигают соответственно своих максимальных значений около 23,8 ± 0,8 и 267,3 ± 4,0 ГПа. Кроме того, коррозионная стойкость покрытия NbTiAlSiZrNx HEA была получена Xing et al. (2019) при различных расходах азота значительно отличается от нержавеющей стали 304. Лукаэ и др. (2020) получили пленку HfNbTaTiZr HEA, которая представляет собой наноячеистую структуру с тонкой микроструктурой поверхности и неравномерным распределением дефектов, путем магнетронного распыления на постоянном токе.Чен и др. (2019) изучали механические свойства и трибокоррозионное поведение тонкой пленки ВЭА VAlTiCrCu, нанесенной на поверхность нержавеющей стали 304 при различных температурах осаждения методом магнетронного распыления. Пленка показала отличную коррозионную стойкость в растворе Н ₂ SO ₄, твердость пленки при температуре осаждения 300°С составила 10,93 ± 1,07 ГПа, модуль упругости 230,04 ± 56,03 ГПа.
Недавно ученые обнаружили, что пленки HEA или сплавов со средней энтропией могут стать потенциальными материалами для использования в качестве покрытий для модификации поверхности имплантатов (Nguyen et al., 2018; Чен и др., 2020 г.; Ван С. и др., 2020). Чен и др. (2020) получили пленки из сплава TiTaNb со средней энтропией методом магнетронного напыления, которые обладают превосходной биокоррозионной стойкостью, более высокой износостойкостью и более высокой твердостью. Помимо напыления или нанесения покрытия HEA на поверхность материала имплантата, нанесение слоя гидроксиапатита на поверхность материала имплантата также может улучшить биосовместимость металлического материала с помощью метода магнетронного напыления. Параметры осаждения можно контролировать для получения тонкого, безупречного и однородного слоя с плотной адгезией к подложке, низкой шероховатостью, устойчивостью к коррозии и истиранию, которые являются важными характеристиками в медицинских приложениях.Несмотря на более высокий модуль Юнга пленки НЕА по сравнению с костями человека, ее применение в качестве поверхностного покрытия не влияет на модуль Юнга материала имплантата.
Лазерная наплавка
Лазерная плакировка, как хорошо известный процесс модификации поверхности, в основном улучшает твердость, износостойкость и коррозионную стойкость поверхности подложки за счет плакирования порошка сплава на подложку. В настоящее время выбраны обычные материалы подложки, включающие Q235, алюминий, сплавы титана, магния и инструментальную сталь (Zhang et al., 2017, 2019; Чжан Дж. и др., 2020 г.; Тиан и др., 2019; Ван Л. и др., 2019). Принципиальная схема лазерной наплавки показана на рисунке 6. Кроме того, основными параметрами процесса лазерной наплавки с нескольких аспектов являются мощность лазера, метод подачи порошка, скорость сканирования, диаметр пятна и коэффициент перекрытия (Shu et al., 2019). .
Для изучения влияния элемента Ti на износостойкость покрытия, полученного методом лазерной наплавки, Wang X. et al. (2020) изучали покрытия CoCrFeNiTix HEA с различным содержанием Ti и обнаружили, что твердость и коррозионная стойкость покрытий увеличиваются с добавлением содержания Ti. Кроме того, основным механизмом коррозии высокоэнтропийных покрытий CoCrFeNiTix в 3,5 мас.% растворе NaCl является точечная коррозия. Кай и др. (2018) провели углубленный анализ фазового состава и износостойкости покрытия ВЭС Ni-Cr-Co-Ti-V после лазерной модификации поверхности. Покрытие после процесса плакирования и переплава содержит фазу, богатую титаном, и фазу ОЦК с превосходной износостойкостью. Чжан Л.-К. и другие. (2020) получили высокоэнтропийные покрытия на основе Ti (TiAlNiSiV), нанесенные на сплав Ti-6Al-4V, которые показали структуру ОЦК и твердость покрытия 1151~1357 HV.Кроме того, авторы проанализировали механизм упрочнения покрытия и обнаружили, что упрочнение твердого раствора и дисперсионное упрочнение являются основными причинами повышения твердости покрытия. Чжан и др. (2017) охарактеризовали микроструктуру покрытия ВЭС TiZrNbWMo, полученного методом лазерной наплавки. Микроструктура в основном состоит из дендритов и междендритных структур. Кроме того, с помощью ПЭМ-характеристики в этом покрытии были обнаружены нанопреципитаты, что можно объяснить эффектом высокой энтропии и медленной диффузии НЕА. Таким образом, сочетание технологии лазерной наплавки на HEA является новой попыткой в технологии модификации поверхности для улучшения превосходных характеристик HEA.
Большое количество исследований было сосредоточено на изучении влияния морфологии и состава поверхности на имплантаты. Биомиметический расчет шероховатости и пористости покрытия без влияния на химическую структуру подложки позволяет точно контролировать механические свойства и биологические реакции покрытия. Лазерная наплавка — это гибкий и эффективный метод получения желаемых свойств за счет смешивания различных порошковых материалов для формирования специального биологического покрытия на поверхности детали.Однако из-за несоответствия между коэффициентом теплового расширения плакирующего слоя и матрицы проблемы с качеством поверхности, такие как трещины и поры в плакирующем слое, трудно точно контролировать.
В последние годы возник ряд опасений по поводу модификации поверхности титанового сплава (Liu W. et al., 2019; Wang Q. et al., 2020; Zhang L.-C. et al., 2020), что показывает, что технологии модификации поверхности играют важную роль в улучшении поверхностных свойств имплантата.Кроме того, методы модификации поверхности имеют определенные ограничения, поскольку антибактериальные покрытия, нанесенные на поверхность имплантата, не обладают длительными антибактериальными свойствами из-за плохой износостойкости и слабых сил сцепления между подложками. Покрытия ВЭА на основе титана, нанесенные с помощью лазерной наплавки и магнетронного напыления, обладают хорошей коррозионной стойкостью и износостойкостью, поэтому ВЭА можно использовать в качестве потенциального покрытия на поверхности долговременных имплантатов. Тем не менее, применение покрытий HEA на основе титана в медицинских имплантатах все еще находится в зачаточном состоянии, и на более поздних стадиях необходимо провести еще экспериментов in vivo, чтобы гарантировать его потенциальное использование в сердечно-сосудистых или оральных имплантатах.
Биомедицинские приложения
Биомедицинские материалы можно разделить на несколько групп, включая металлические, полимерные, керамические и биокомпозитные материалы (Chen and Thouas, 2015). Среди них керамические материалы предпочтительны для клинического применения искусственных суставов, реставраций зубов и операций по восстановлению сердечно-сосудистой системы благодаря их хорошей износостойкости, химической стабильности, высокой твердости и хорошей биосовместимости. Биополимерные материалы широко используются для изготовления носителей для высвобождения лекарств, непостоянных имплантируемых устройств, тканевой регенерации и тканевой инженерии.В последние годы биокерамика нашла широкое применение в ортопедических клиниках благодаря отличной биосовместимости, коррозионной стойкости и жесткости. Пациентам могут быть полезны керамические компоненты для замены поврежденной костной ткани и заполнения костных дефектов частицами биокерамики. Однако в контексте инженерии костной ткани керамические каркасы легко становятся хрупкими, и, как и в случае с металлическими каркасами, трудно точно контролировать скорость их деградации. Поэтому разработка каркасов из керамического/полимерного композита с превосходными механическими свойствами привлекает все больше и больше исследователей.Уделять больше внимания. С другой стороны, высвобождение ионов в керамических материалах может ингибировать воспалительную реакцию макрофагов, что, как считается, сильно влияет на биологическую активность клеток и регенерацию тканей. Гидрофобность полимера делает его неспособным к адсорбции клеток, что ограничивает его применение в медицинских имплантатах без вторичной модификации (Lozano et al., 2010; Chen and Liu, 2016; Huang et al., 2018). Поэтому вводят вторичную химическую обработку для обработки поверхности каркаса на полимерной основе и используют органические растворители для увеличения микропор.Обычно модификация поверхности или добавление биологически активных веществ способствует адгезии и пролиферации клеток. Поэтому разработка новых биоматериалов очень актуальна, и ожидается, что появление ВЭА на основе титана удовлетворит актуальные клинические потребности. Очень необходимо провести соответствующие эксперименты in vivo и in vitro .
In-vivo Оценка
Прежде чем материал имплантата будет официально введен в клиническую практику, необходимо оценить его биологическую безопасность как in vivo , так и in vitro .Наиболее эффективным методом оценки биосовместимости является проведение теста in vivo , но, к сожалению, прямой тест на биосовместимость на организме человека является рискованным, поэтому для оценки биологической безопасности материалов обычно используют тесты на имплантацию животных. В частности, возможную применимость в тканях человека следует интерпретировать с осторожностью, поскольку результаты моделей на животных не обязательно предсказывают результаты использования человеком.
Го и др. (2013) оценили биосовместимость сплава Ti ₃₅ Nb ₂ Ta ₃ Zr в условиях in vivo и in vitro и обнаружили, что степень образования новой кости вокруг Ti ₃₅ Nb2 Имплантаты Ta ₃ Zr эквивалентны имплантатам Ti6Al4V, которые продемонстрировали превосходную совместимость с костной тканью in vivo . Стенлунд и др. (2015) оценили способность сплава Ti-Nb-Ta-Zr к остеоинтеграции, который демонстрирует те же биологические свойства, что и имплантированный чистый титан, в модели большеберцовой кости крысы. Световые микрофотографии некальцинированных шлифованных участков поверхности контакта с костью имплантатов Ti и имплантатов Ti–Ta–Nb–Zr показаны на рисунке 7. Можно было заметить, что остеобласты расположены в виде тканой кости на периферии имплантированного материала и указывают на кость. формирование.
Рис. 7. Световые микрофотографии некальцинированных шлифованных срезов кости, граничащей с титановыми имплантатами. (A–C) и имплантаты Ti–Ta–Nb–Zr (B–D) после 7-дневного заживления. OCB, оригинальная кортикальная кость; PMB, частично минерализованная кость; БМ, костный мозг; белая стрелка = остеоид, белая стрелка = остеокласт и черная стрелка = швы остеобластов (Stenlund et al., 2015). Воспроизведено из Stenlund et al. (2015) с разрешения.
Медицинские исследования ВЭС на основе титана остались на стадии выбора материала. Насколько известно авторам этой статьи, всестороннего исследования in vivo по оценке использования HEA на основе Ti в качестве имплантатов не проводилось. Тесты in vivo обычно оценивают следующие аспекты: биомеханику, гистологию, гистоморфометрию и ультраструктуру, а также экспрессию генов. В будущем необходимо провести углубленное исследование по оценке in vivo HEA на основе Ti.
In-vitro Оценка
Антибактериальный тест
Согласно сообщениям, титановые сплавы и другие металлические материалы в качестве имплантатов подвержены бактериальным инфекциям после операции в организме человека.В настоящее время, помимо использования антибиотиков, используются имплантаты с антибактериальными свойствами, чтобы снизить частоту бактериальных инфекций во время операции по восстановлению имплантата. Как только возникает бактериальная инфекция, имплантат может расшататься со своего места и выйти из строя. Пациенту обычно приходится принимать антибиотики в течение длительного времени или даже подвергаться множественным операциям для выздоровления, что увеличивает психологическую и финансовую нагрузку как для пациентов, так и для медицинской системы. Поэтому исследователи биомедицинских материалов взялись за разработку новых материалов с антибактериальной функцией.В области медицины также срочно необходимо разработать новые биомедицинские материалы, которые могут выполнять долгосрочную противоинфекционную функцию, тем самым снижая вероятность заражения и снижая злоупотребление антибиотиками. Облегчение страданий пациентов и улучшение качества жизни людей имеет далеко идущее значение. В предыдущей исследовательской литературе (Wu et al., 2006) некоторые исследователи проверяли антибактериальные свойства HEA, инокулируя бактерии Staphylococcus aureus , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa на поверхность HEA покрытие.Через 24 ч было обнаружено, что покрытие из ВЭА оказывает значительное ингибирующее действие на образование бактериальных колоний, а степень антибактериального действия достигла 99,99%, что свидетельствует о положительных антибактериальных свойствах покрытий из ВЭА.
Как правило, в антибактериальный металлический материал добавляют небольшое количество антибактериальных элементов, таких как Cu и Ag, для улучшения его механических свойств и антибактериальной активности (Liu et al., 2014; Han et al., 2020; Wang Y. et др., 2020). В последние годы некоторые ученые изучали антибактериальные свойства медьсодержащих ВЭА на основе Ti и медьсодержащих ВЭА.Ке и др. (2019) изготовили медицинский сплав Ti-13Nb-13Zr-10Cu, модуль упругости которого был значительно ниже, чем у CP-Ti, и показал значительную антибактериальную активность через 24 ч культуры S. aureus . Кроме того, Чжоу и соавт. (2020) разработали новый медный сплав Al _0,4 CoCrCuFeNi с высокой энтропией (AHEA), который использовался для предотвращения роста биологически агрессивных морских бактерий. При этом антибактериальные свойства разных образцов (НЕА и нержавеющей стали 304, а также медьсодержащей нержавеющей стали 304 и чистой меди) сравнивались тремя морскими бактериями. Процесс антибактериального испытания показан на рисунке 8. После 1, 3 и 7 дней культивирования в среде бактериальные колонии на HEA значительно уменьшились, а антибактериальный эффект был аналогичен действию чистой меди (рисунок 9).
Рисунок 9. (A) Схематическая иллюстрация антимикробного механизма AHEA, (B) поляризационные кривые 304 SS, 304 Cu-SS и AHEA в смоделированной морской воде и (C) предел текучести и антибактериальные показатели (Zhou et al., 2020). Воспроизведено из Zhou et al. (2020) с разрешения.
Электрохимический тест
В последние годы, в связи с широким использованием металлических материалов для имплантатов в области медицины, исследователи пытались наблюдать и исследовать пациентов после восстановительной хирургии. Они обнаружили, что материал имплантата может подвергаться коррозии из-за сложного взаимодействия с жидкостями организма. Кроме того, между костями может произойти стрессовое изнашивание. Как следствие, материал будет пластически деформироваться, что в конечном итоге повлияет на его свойства, имплантат выйдет из строя, а в тяжелых случаях пациенты могут подвергаться множественным восстановительным операциям.В то же время износ материалов имплантата с окружающими тканями организма человека приводит к образованию металлических обломков, что может привести к инфицированию тканей и аллергическим явлениям. Кроме того, коррозия и стрессовое изнашивание имплантатов могут вызвать осаждение ионов некоторых токсичных металлов, что, в свою очередь, может вызвать токсические и аллергические реакции. Чтобы уменьшить вредное воздействие имплантатов на организм человека, необходимо производство новых материалов для имплантатов с превосходными комплексными характеристиками.Поэтому в текущих исследованиях материалов имплантатов коррозионная стойкость, а также свойства трения и износа имплантатов находятся в центре внимания исследователей (Ghiban et al., 2018).
Из-за определенного влияния значения pH смоделированной физиологической среды на коррозионное поведение металлических имплантатов многие исследователи изучали коррозионное поведение НЕА на основе титана в качестве потенциальных материалов для имплантатов в смоделированных физиологических средах. Song and Xu (2020) исследовали электрохимические свойства (TiZrNbTa) ₉₀ Mo ₁₀ HEA в растворе Рингера и использовали XPS для характеристики образования пассивной пленки на поверхности (TiZrNbTa) ₉₀ Mo ₁₀ HEA.Кроме того, (TiZrNbTa) ₉₀ Mo ₁₀ HEA демонстрирует более высокую коррозионную стойкость, чем сплавы CoCrMo и нержавеющая сталь. Брайк и др. (2012) получили покрытия (TiZrNbHfTa)N и (TiZrNbHfTa)C методом магнетронного напыления на постоянном токе на сплаве Ti6Al4V. Обработанные образцы исследовали коррозионными и трибологическими испытаниями в SBF, а также тестами на жизнеспособность клеток. Эти пленки обладали хорошими защитными свойствами и не вызывали цитотоксического ответа остеобластов (24 и 72 ч), при хорошей морфологии прикрепленных клеток.Аксой и др. (2019) изучали осаждение пленок ВЭА TiTaHfNbZr на сплаве с памятью формы NiTi методом ВЧ-магнетронного распыления, затем они погружали его в растворы искусственной слюны (ИС) и желудочного сока (ЖЖ). Это исследование демонстрирует, что покрытия TiTaHfNbZr HEA обладают значительным ингибирующим эффектом в отношении высвобождения ионов Ni. Таким образом, тонкие пленки TiTaHfNbZr HEA могут служить в качестве потенциального биомедицинского покрытия на имплантатах NiTi для предотвращения высвобождения ионов Ni. Тютен и др. (2019) получили ВЭА-покрытия TiTaHfNbZr на подложках Ti-6Al-4V методом ВЧ-магнетронного напыления, которые считаются эффективным покрытием для долговечных ортопедических имплантатов с защитным эффектом от поверхностного износа и растрескивания.
Анализ клеточной адгезии и цитотоксичности
Клеточная адгезия является основным условием поддержания стабильности структуры ткани, а также регуляторным фактором движения и функции клеток, оказывающим существенное влияние на пролиферацию и дифференцировку клеток (Yang et al., 2011). Анализ цитотоксичности обычно используется для оценки влияния сплава на активность роста клеток, что представляет собой один из наиболее важных показателей в оценке in vitro (Rincic Mlinaric et al. , 2019). Цитотоксичность – это процесс воздействия химических веществ, лекарств или физиологического действия клеток на основную структуру. Эти процессы включают структуру клеточной мембраны или цитоскелета, процесс клеточного метаболизма, синтез, деградацию или высвобождение клеточных компонентов или продуктов, ионную регуляцию, клеточное деление и т. д., что в конечном итоге приводит к выживанию клеток, пролиферации или функциональным нарушениям, которые приводят к неблагоприятным реакциям. .
В последние годы исследователи обнаружили в последующем исследовании пациентов после операции по восстановлению имплантатов, что долгосрочная имплантация металлических материалов в человеческое тело вызовет ряд биологических проблем.Например, металлические элементы, такие как Co и Ni, в сплавах на основе кобальта имеют серьезные проблемы с сенсибилизацией, а длительная имплантация элементов Al и V в обычно используемые имплантаты Ti-6Al-4V будет оказывать влияние на органы человека и функции. Таким образом, определение цитотоксичности и активности материалов металлических имплантатов имеет большое значение перед операцией по имплантации и репарации у людей. Анализы цитотоксичности и клеточной активности в основном основаны на функции отдельных клеток, и они могут изменять проницаемость клеточной мембраны.Согласно предыдущим исследованиям ученых, методы определения цитотоксичности и активности делятся на следующие четыре типа: анализы исключения красителей, колориметрические анализы, флуорометрические анализы, люминометрические анализы (Aslantürk, 2018). Среди них анализ MTT, анализ XTT, анализ LDP или колориметрические анализы являются одними из наиболее часто используемых методов обнаружения клеток.
Для оценки адгезионного эффекта остеобластов на поверхности НЕА использовали иммуноцитохимические методы наблюдения за поведением клеточной адгезии.Хори и др. (2019) разработали серию новых неэквиатомных ВЭС Ti-Nb-Ta-Zr-Mo. Они продемонстрировали, что эта система НЕА способствует созреванию локальных пятен адгезии в остеобластах. Как показано на рисунке 10, количество остеобластов, прилипших к двум HEA, включая Ti _1,4 Zr _1,4 Nb _0,6 Ta _0,6 и Ti _0,6 Zr 9102 1.4 Та _1.4 Мо ₁ . ₄ больше, чем SUS316L.Кроме того, Ti _1.4 ZR _1.4 NB _1,4 NB _0.6 TA _0.6 MO _0,6 г. показывает превосходную биосовместимость из-за его фибильной структуры адгезии значительно дольше, чем Ti _0,6 ZR _0,6 NB _1.4 TA _1.4. Пн ₁ . ₄ . Нагасе и др. (2020) обнаружили, что ТЭА Ti-Zr-Hf-Cr-Mo и Ti-Zr-Hf-Co-Cr-Mo показали превосходную биосовместимость по сравнению с CP-Ti. Эдалати и др. (2020) изучали TiAlFeCoNi HEA, демонстрирующий сверхвысокую твердость и благоприятную клеточную активность, с помощью комбинации анализа МТТ и измерений микротвердости.Тодай и др. разработал новый TiNbTaZrMo HAE, который показывает хорошую биосовместимость по сравнению с Cp-Ti. Остеобласты на отлитой и отожженной поверхности ВЭА TiNbTaZrMo демонстрируют широкий спектр морфологии, сходный с остеобластами на поверхности Cp-Ti. С другой стороны, распределение остеобластов на нержавеющей стали 316L показывает меньшее количество различных морфологий. Остеобласты на TiNbTaZrMo HEA и Cp-Ti очень полезны для формирования костного матрикса.
Рисунок 10. Биосовместимость слитков био-ВЭС. (A) Окрашивание по Гимзе изображений остеобластов на изготовленных образцах из SUS316L (нержавеющая сталь), CP-Ti (коммерческий чистый титан) и Ti _1,4 Zr _1,4 Nb _0,6 Ta _0,6 Mo , (Б) флуоресцентные изображения адгезии остеобластов на изготовленных образцах из SUS316, CP-Ti, эквиатомного TiNbTaZrMo и неэквиатомного Ti Мо _х ( х = 0.6, 1.4) bio-HEA и количественный анализ (C) регулирования размера фибриллярных спаек (длиной более 5 мкм) в остеобластах, культивируемых на изготовленных образцах (Hori et al. , 2019). Воспроизведено из Hori et al. (2019) с разрешения.
Из приведенных выше объяснений можно понять, что ВЭА на основе Ti имеют большой потенциал для использования в качестве биомедицинского материала благодаря их превосходным антибактериальным свойствам, износостойкости и коррозионной стойкости, а также более низкой цитотоксичности.В частности, ВЭС Ti-Nb-Ta-Zr и ВЭС на основе TiTaHf обладают значительной биосовместимостью по сравнению с Cp-Ti и привлекают большое внимание со стороны исследовательских сообществ. Как правило, имплантируемые устройства из биоматериалов направлены на улучшение качества жизни и продление жизни пациентов. После длительного использования пластических хирургических протезов из биологически инертных материалов в настоящее время основное внимание уделяется материалам, которые способствуют пролиферации и дифференцировке остеобластов и активируют механизмы восстановления тканей (так называемые биологически активные материалы).Кроме того, что касается биосовместимости имплантируемых сплавов, необходимо обеспечить повышенную коррозионную стойкость в агрессивных физиологических средах (Yang et al. , 2020). Поэтому в будущем больше внимания следует уделять ВЭС системы Ti-Nb-Ta-Zr. Кроме того, дизайн ВЭУ также является важным фактором, определяющим его эффективность, и исследователи должны сосредоточиться на установлении надлежащих принципов и критериев проектирования для разработки новых био-ВЭС.
Заключение
В этом обзоре дается представление о разработке ВЭС на основе титана, а также обобщаются современные методы изготовления ВЭС, блоков или покрытий ВЭС, а также анализируются его свойства и биологические применения.Металлические материалы имплантатов обычно изготавливаются из традиционного титанового сплава, нержавеющей стали 316L и сплавов CoCrMo, и они оказывают менее вредное воздействие на организм человека после операции. Чтобы разработать материалы для имплантатов с превосходными функциональными свойствами, многие ученые начали обращать свое внимание на ВЭА, которые имеют широкий спектр применения благодаря своим исключительным физическим, химическим, намагничивающим и механическим свойствам. Появление HEA открыло широкие возможности для развития в области материалов для медицинских имплантатов.Эта концепция дизайна HEA переворачивает принципы традиционного проектирования сплавов и делает упор на несколько основных элементов в качестве основы. Также было использовано небольшое количество модифицированных элементов для взаимного контроля структуры и механических свойств сплава.
Перспективы
В последние годы, в связи с непрерывным совершенствованием медицинской науки и техники, требования к эксплуатационным характеристикам материалов имплантатов для ревизионных и имплантационных операций становятся все более и более значительными.HEA на основе Ti недавно появились в качестве альтернативных материалов для имплантатов для решения некоторых нерешенных проблем с точки зрения производительности и биосовместимости. По сравнению с традиционными сплавами сложность различных химических элементов в ВЭС делает их функциональными. Комбинация химических элементов может обеспечить превосходные механические свойства, а также обеспечивает функциональность и биосовместимость. Более того, он подходит для использования в качестве нового типа биосовместимого металлического материала. Хотя HEA на основе титана относятся к новым потенциальным металлическим материалам для имплантатов, его цитотоксичность и биологическая оценка, а также исследования по его имплантации животным находятся на начальном этапе, а HEA на основе Ti еще не применялись в клинических условиях.Таким образом, будущая разработка ВЭС на основе титана все еще требует большого количества экспериментальных исследований и дальнейших углубленных исследований.
Вклад авторов
NM написал основную часть рукописи. SL и WL внесли большой вклад в методы изготовления деталей. NM и BZ внесли свой вклад в обработку данных. LX, DW, LW и YW внесли значительный вклад, особенно в пересмотр рукописи. NM, LL и WL подготовили и сформулировали эталоны. Все авторы внесли свой вклад в рукопись и одобрили представленную версию.
Финансирование
Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (№№ 51671152 и 51874225), Проектом индустриализации Департамента образования Шэньси (18JC019), финансированием 2020ZDLGY13-10 и финансированием 2020KJRC0048.
Конфликт интересов
LL и BZ работали в компании Chengsteel Group Co., Ltd., HBIS Group Co., Ltd.
Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Авторы искренне благодарят Shokouh Attarilar, Xintao Li, Tong Xue и Qingge Wang из Сианьского архитектурно-технологического университета за анализ данных этой статьи.
Ссылки
Агилар, К., Гусман, П., Ласкано, С., Парра, К., Бехар, Л., Медина, А., и соавт. (2016). Твердый раствор и аморфная фаза в системах Ti–Nb–Ta–Mn, синтезированных механосплавлением. J. Alloys Compounds 670, 346–355. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.12.173
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Аксой, К.Б., Канадинк, Д., и Ягчи, М.Б. (2019). Оценка высвобождения ионов Ni из NiTi-подложек с памятью формы, покрытых высокоэнтропийным сплавом TiTaHfNbZr, в искусственной слюне и желудочном соке. Матер. хим. физ. 236:121802. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.121802
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ананд Сехар Р., Самал С., Наян Н. и Бакши С. Р. (2019). Микроструктура и механические свойства высокоэнтропийных сплавов на основе Ti-Al-Ni-Co-Fe, полученных методом порошковой металлургии. J. Alloys Compounds 787, 123–132. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.02.083
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Анупам, А., Коттада, Р.С., Кашьяп, С., Мегвал, А., Мурти, Б.С., Берндт, С.С., и соавт. (2019). Понимание эволюции микроструктуры покрытий из высокоэнтропийных сплавов, изготовленных методом плазменного напыления в атмосфере. Заяв. Серф. науч. 505:144117. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144117
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Аслантюрк, Ö (2018). Анализы цитотоксичности и жизнеспособности клеток in vitro: принципы, преимущества и недостатки. Лондон: In Tech.
Академия Google
Ассис С.Л. и Коста И. (2007). Электрохимическая оценка сплавов Ti-13Nb-13Zr, Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb для биомедицинского применения путем длительных иммерсионных испытаний. Матер. Коррозия 58, 329–333. doi: 10.1002/maco.200604027
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Аттарилар, С., Ян, Дж., Эбрахими, М., Wang, Q., Liu, J., Tang, Y., et al. (2020). Феномен токсичности и связанное с ним явление в наночастицах металлов и оксидов металлов: краткий обзор с биомедицинской точки зрения. Перед. биоинж. Биотехнолог. 8:822. doi: 10.3389/fbioe.2020.00822
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Бальденебро-Лопес, Ф.Х., Эррера-Рамирес, Х.М., Арредондо-Реа, С.П., Гомес-Эспарса, К.Д., и Мартинес-Санчес, Р. (2015). Одновременное влияние процессов механического легирования и дуговой плавки на микроструктуру и твердость высокоэнтропийного сплава AlCoFeMoNiTi. J. Alloys Compounds 643, S250–S255. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.12.059
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Браич В., Балачану М., Браич М., Владеску А., Пансери С. и Руссо А. (2012). Характеристика многоэлементных покрытий (TiZrNbHfTa)N и (TiZrNbHfTa)C для биомедицинских применений. Дж. Мех. Поведение Биомед. Матер. 10, 197–205. doi: 10.1016/j.jmbbm.2012.02.020
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Брехтл, Дж., Chen, S., Lee, C., Shi, Y., Feng, R., Xie, X., et al. (2020). Обзор явления прерывистого течения и его роли в деформационном поведении высокоэнтропийных сплавов. Металлы 10:1101. doi: 10.3390/met10081101
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Цай, З., Цуй, X., Лю, З., Ли, Ю., Донг, М., и Джин, Г. (2018). Микроструктура и износостойкость покрытия из высокоэнтропийного сплава Ni-Cr-Co-Ti-V, плакированного лазером, после обработки лазерным переплавом. Оптика Лазерная технология. 99, 276–281. doi: 10.1016/j.optlastec.2017.09.012
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Кальдерон Веласко, С., Кавалейро, А., и Карвалью, С. (2016). Функциональные свойства нанокомпозитных покрытий керамика-Ag, полученных методом магнетронного распыления. Прог. Матер. науч. 84, 158–191. doi: 10.1016/j.pmatsci.2016.09.005
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Кантор, Б., Чанг, И. Т. Х., Найт, П., и Винсент, А. Дж. Б. (2004). Развитие микроструктуры в эквиатомных многокомпонентных сплавах. Матер. науч. англ. А 375-377, 213-218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Цао Ю., Лю Ю., Ли Ю., Лю Б., Фу А. и Ни Ю. (2020). Поведение при осаждении и механические свойства горячедеформированного тугоплавкого высокоэнтропийного сплава TiNbTa0,5 ZrAl 0,5. Междунар. Дж. Преломление. Металлы Hard Mater. 86:105132. doi: 10.1016/j. ijrmhm.2019.105132
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чен, Дж., Zhou, X., Wang, W., Liu, B., Lv, Y., Yang, W., et al. (2018). Обзор основ высокоэнтропийных сплавов с перспективными высокотемпературными свойствами. J. Alloys Compounds 760, 15–30. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.05.067
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чен, К., и Туас, Г. А. (2015). Металлические биоматериалы имплантатов. Матер. науч. англ. Респ. 87, 1–57. doi: 10.1016/j.mser.2014.10.001
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чен, С., Cai, Z., Lu, Z., Pu, J., Chen, R., Zheng, S., et al. (2019). Трибокоррозионное поведение пленки высокоэнтропийного сплава VAlTiCrCu. Матер. Характер. 157:109887. doi: 10.1016/j.matchar.2019.109887
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чен Ю., Чжу С., Ван Х., Ян Б., Хань Г. и Цю Л. (2018). Эволюция микроструктуры и механизм упрочнения высокоэнтропийных сплавов Al0,4 CoCu 0,6NiSix (x = 0–0,2), полученных методом вакуумно-дуговой плавки и быстрого затвердевания с инжекцией меди. Пылесос 150, 84–95. doi: 10.1016/j.vacuum.2018.01.031
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Chen, Y.H., Chuang, W.S., Huang, J.C., Wang, X., Chou, H.S., Lai, Y.J., et al. (2020). О биокоррозии и биосовместимости пленок среднеэнтропийных сплавов TiTaNb. Заяв. Серф. науч. 508:145307. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.145307
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чинг, В.-Ю., Сан, С., Брехтл, Дж., Сакиджа, Р., Чжан, М.и Лиав, П.К. (2020). Фундаментальная электронная структура и многоатомная связь в 13 биосовместимых высокоэнтропийных сплавах. NPJ комп. Матер. 6:45. doi: 10.1038/s41524-020-0321-x
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Cui, P., Li, W., Liu, P., Zhang, K., Ma, F., Chen, X., et al. (2020). Влияние содержания азота на микроструктуру и механические свойства нитридных пленок высокоэнтропийного сплава (AlCrTiZrHf)N. J. Alloys Compounds 834:155063. дои: 10.1016/j.jallcom.2020.155063
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Дэн Ю., Чен В., Ли Б., Ван К., Куанг Т. и Ли Ю. (2020). Технология физического осаждения из паровой фазы для режущих инструментов с покрытием: обзор. Керам. Междунар. 46(11 пт.б), 18373–18390. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.04.168
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Дин, З., Чжан, К., Се, Л., Чжан, Л.-К., Ван, Л., и Лу, В. (2016). Влияние обработки трением с перемешиванием на фазовое превращение и микроструктуру сплава Ti-6Al-4V, содержащего TiO2. Металл. Матер. Транс. А 47, 5675–5679. doi: 10.1007/s11661-016-3809-8
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Диррас, Г., Лиленстен, Л., Джемиа, П., Лоран-Брок, М., Тингауд, Д., Кузинье, Ж. П., и соавт. (2016). Упругие и пластические свойства литого эквимолярного высокоэнтропийного сплава TiHfZrTaNb. Матер. науч. англ. А 654, 30–38. doi: 10. 1016/j.msea.2015.12.017
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Эдалати, П., Флориано, Р., Tang, Y., Mohammadi, A., Pereira, K.D., Luchessi, A.D., et al. (2020). Сверхвысокая твердость и биосовместимость высокоэнтропийного сплава TiAlFeCoNi, обработанного кручением под высоким давлением. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 112:110908. doi: 10.1016/j.msec.2020.110908
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Фэн Дж., Сун К., Лян С., Го С. и Цзян Ю. (2020). Электрический износ армированных частицами TiB2 композитов Cu и Cu–Cr, полученных методом вакуумно-дуговой плавки. Вакуум 175:109295. doi: 10.1016/j.vacuum.2020.109295
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Габриэль, С.Б., Панайно, Дж.В.П., Сантос, И.Д., Араужо, Л.С., Мей, П.Р., де Алмейда, Л.Х., и соавт. (2012). Характеристика нового бета-титанового сплава Ti–12Mo–3Nb для биомедицинских применений. J. Alloys Compounds 536, S208–S210. doi: 10.1016/j.jallcom.2011.11.035
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ге, Х., Тиан, Ф.и Ван, Ю. (2017). Упругие и термические свойства тугоплавких высокоэнтропийных сплавов из первопринципных расчетов. Комп. Матер. науч. 128, 185–190. doi: 10.1016/j.commatsci.2016.11.035
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ge, W., Wu, B., Wang, S., Xu, S., Shang, C., Zhang, Z., et al. (2017). Характеристика и свойства покрытия из высокоэнтропийного сплава CuZrAlTiNi, полученного механическим легированием и вакуумным горячим прессованием. Доп. Порошковая технология. 28, 2556–2563. doi: 10.1016/j.apt.2017.07.006
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Гита, М., Сингх, А.К., Асокамани, Р., и Гогия, А.К. (2009). Биоматериалы на основе титана — лучший выбор для ортопедических имплантатов — обзор. Прог. Матер. науч. 54, 397–425. doi: 10.1016/j.pmatsci.2008.06.004
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Джордж, Э.П., Кертин, В.А., и Тасан, К.С. (2020). Сплавы с высокой энтропией: целенаправленный обзор механических свойств и механизмов деформации. Acta Mater. 188, 435–474. doi: 10.1016/j.actamat.2019.12.015
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Гибан Б., Попеску Г., Лазар К., Росу Л., Константин И., Олару М. и др. (2018). Коррозионное поведение высокоэнтропийного сплава на основе титана в средах, стимулирующих человека. Матер. науч. англ. 374:010024. дои: 10.1088/1757-899x/374/1/012004
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Гу, Х., Дин, З., Ян, З., Ю, В., Чжан, В., Лу, В. и др. (2019). Эволюция микроструктуры и электрохимические свойства микро/нанокомпозитов TiO2/Ti-35Nb-2Ta-3Zr, полученных методом фрикционного перемешивания. Матер. Дес. 169:107680. doi: 10.1016/j.matdes.2019.107680
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Guo, W. , Liu, B., Liu, Y., Li, T., Fu, A., Fang, Q., et al. (2019). Микроструктура и механические свойства пластичного тугоплавкого высокоэнтропийного сплава NbTaTiV, полученного методом порошковой металлургии. Дж.Соединения сплавов 776, 428–436. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.10.230
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Го, Ю., Чен, Д., Ченг, М., Лу, В., Ван, Л., и Чжан, X. (2013). Совместимость с костной тканью нового сплава Ti35Nb2Ta3Zr с низким модулем Юнга. Междунар. Дж. Мол. Мед. 31, 689–697. doi: 10.3892/ijmm.2013.1249
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Го, Ю., Шан, X., и Лю, К. (2018). Микроструктура и свойства лазерной наплавки, армированной TiN in situ Композитные покрытия из высокоэнтропийного сплава CoCr2FeNiTi. Прибой. Пальто. Технол. 344, 353–358. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.03.035
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Гурель, С. , Ягчи, М.Б., Бал, Б., и Канадинк, Д. (2020). Коррозионное поведение новых высокоэнтропийных сплавов на основе титана, предназначенных для медицинских имплантатов. Матер. хим. физ. 254:123377. doi: 10.1016/j.matchemphys.2020.123377
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хафиз Н., Лю Дж., Ван Л., Вэй Д., Тан Ю., Лу, В. и др. (2020). Сверхупругий отклик низкомодульного пористого сплава бета-типа Ti-35Nb-2Ta-3Zr, полученного методом лазерной плавки в порошковом слое. Доп. Производство. 34:101264. doi: 10.1016/j.addma.2020.101264
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хафиз Н., Лю С., Лу Э., Ван Л., Лю Р., Лу В. и др. (2019). Механическое поведение и фазовое превращение сплава β-типа Ti-35Nb-2Ta-3Zr, изготовленного методом 3D-печати. J. Alloys Compounds 790, 117–126.doi: 10.1016/j.jallcom.2019.03.138
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хан, X., Цзи, X., Чжао, М. , и Ли, Д. (2020). Отношения Mg/Ag индуцировали адгезию клеток in vitro и предварительные антибактериальные свойства TiN на медицинском сплаве Ti-6Al-4V путем имплантации Mg и Ag. Прибой. Пальто. Технол. 397:126020. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.126020
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хори Т., Нагасе Т., Тодай М., Мацугаки А. и Накано Т.(2019). Разработка неэквиатомных высокоэнтропийных сплавов Ti-Nb-Ta-Zr-Mo для металлических биоматериалов. Скрипт. Матер. 172, 83–87. doi: 10.1016/j.scriptamat.2019.07.011
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хоу, Л., Хуэй, Дж., Яо, Ю., Чен, Дж., и Лю, Дж. (2019). Влияние содержания бора на микроструктуру и механические свойства высокоэнтропийного сплава AlFeCoNiBx, полученного вакуумно-дуговой плавкой. Вакуум 164, 212–218. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.03.019
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хуанг, Ю., Ву, К., Чжан, X. , Чанг, Дж., и Дай, К. (2018). Регуляция иммунного ответа биоактивными ионами, выделяемыми из силикатной биокерамики для регенерации кости. Акта Биоматер. 66, 81–92. doi: 10.1016/j.actbio.2017.08.044
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Хусейн, М. А., Сурьянараяна, К., и Аль-Акили, Н. (2015). Изготовление нанозернистых биоматериалов Ti–Nb–Zr методом искрового плазменного спекания. Матер. Дес. 87, 693–700. doi: 10.1016/j.matdes.2015.08.082
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Джин Г., Цай З., Гуань Ю., Цуй X., Лю З., Ли Ю. и др. (2018). Характеристики высокотемпературного износа покрытия из высокоэнтропийного сплава FeNiCoAlCu с лазерным напылением. Заяв. Серф. науч. 445, 113–122. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.03.135
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хуан, К.-К., Цай, М.-Х., Цай, К.-В., Линь, К.-М., Ван, В.-Р., Ян, С.-С., и др. (2015). Повышение механических свойств тугоплавких высокоэнтропийных сплавов HfMoTaTiZr и HfMoNbTaTiZr. Интерметаллиды 62, 76–83. doi: 10.1016/j.intermet.2015.03.013
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ке, З., Йи, К., Чжан, Л., Хэ, З., Тан, Дж., и Цзян, Ю. (2019). Характеристика нового сплава Ti-13Nb-13Zr-10Cu с повышенной антибактериальной активностью для биомедицинских применений. Матер. лат. 253, 335–338. doi: 10.1016/j.матлет.2019.07.008
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хан, Н. А., Ахаван, Б., Чжоу, К., Чжоу, Х., Чанг, Л., Ван, Ю., и соавт. (2020). ВЧ-магнетронное напыление тонких пленок высокоэнтропийного сплава AlCoCrCu0.5FeNi с настроенной микроструктурой и химическим составом. J. Alloys Compounds 836:155348. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155348
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Кобаяши Э., Ван Т.Дж., Дои Х., Ёнеяма Т. и Хаманака Х.(1998). Механические свойства и коррозионная стойкость стоматологических отливок из сплава Ti–6Al–7Nb. Матер. Мед. 9, 567–574. дои: 10.1023/A:1008
8948
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Коваль, Н. Э., Хуаристи, Дж. И., Диес Муиньо, Р., и Алдусин, М. (2019). Упругие свойства многоосновного сплава TiZrNbTaMo изучены из первых принципов. Интерметаллиды 106, 130–140. doi: 10.1016/j.intermet.2018.12.014
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лян, С.-C., Tsai, D.-C., Chang, Z.-C., Sung, H.-S., Lin, Y.-C., Yeh, Y.-J., et al. (2011). Структурно-механические свойства многоэлементных покрытий (TiVCrZrHf)N методом реактивного магнетронного напыления. Заяв. Серф. науч. 258, 399–403. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.09.006
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лю Дж., Ли Ф., Лю К., Ван Х., Рен Б., Ян К. и др. (2014). Влияние содержания Cu на антибактериальную активность спеченных сплавов титана с медью. Матер.науч. англ. С 35, 392–400. doi: 10.1016/j.msec. 2013.11.028
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Лю Дж., Лю Х., Чен П. и Хао Дж. (2019). Микроструктурные характеристики и коррозионное поведение покрытий из высокоэнтропийных сплавов AlCoCrFeNiTix, полученных методом лазерной наплавки. Прибой. Пальто. Технол. 361, 63–74. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.01.044
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лю, С., Лю, Дж., Ван, Л., Ma, R.L.-W., Zhong, Y., Lu, W., et al. (2020). Сверхэластичное поведение эвтектической реакции на месте производства высокопрочного трехмерного пористого каркаса NiTi-Nb. Скрипт. Матер. 181, 121–126. doi: 10.1016/j.scriptamat.2020.02.025
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лю В., Ченг М., Вахафу Т., Чжао Ю., Цинь Х., Ван Дж. и др. (2015). Характеристики in vitro и in vivo стронцийсодержащего покрытия на низкомодульном сплаве Ti35Nb2Ta3Zr, сформированного методом микродугового оксидирования. Дж. Матер. науч. Матер. Мед. 26:203.
Академия Google
Лю, В., Лю, С., и Ван, Л. (2019). Модификация поверхности биомедицинского титанового сплава: микроморфология, эволюция микроструктуры и биомедицинские применения. Покрытия 9:249. doi: 10.3390/покрытия
49
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лозано, Д., Манзано, М., Доадрио, Дж. К., Салинас, А. Дж., Валлет-Реги, М., Гомес-Баррена, Э., и соавт. (2010). Нагруженная остеостатином биокерамика стимулирует рост и дифференцировку остеобластов. Акта Биоматер. 6, 797–803. doi: 10.1016/j.actbio.2009.08.033
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Лукаэ, Ф., Грушка, П., Чихо, С., Власак, Т., Цижек, Й., Кмье, Т., и др. (2020). Дефекты в тонких слоях высокоэнтропийного сплава HfNbTaTiZr. Акта физ. пол. А 137, 219–221. doi: 10.12693/APhysPolA.137.219
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Малек, Й. , Зика, Й., Лукаэ, Ф., Эйжек, Й., Кунеицка, Л., и Коцич, Р.(2019а). Микроструктура и механические свойства спеченного и термообработанного высокоэнтропийного сплава HfNbTaTiZr. Металлы 9:1324. doi: 10.3390/met24
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Малек, Дж., Зыка, Дж., Лукач, Ф., Вилемова, М., Власак, Т., Чижек, Дж., и соавт. (2019б). Влияние способа обработки на свойства высокоэнтропийного сплава HfNbTaTiZr. Материалы 12:4022. дои: 10.3390/ma12234022
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Чудо, Д.Б., Сенков О. Н. (2017). Критический обзор сплавов с высокой энтропией и связанных с ними концепций. Acta Mater. 122, 448–511. doi: 10.1016/j.actamat.2016.08.081
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Моталлебзаде А., Пейгамбардуст Н.С., Шейх С., Мураками Х., Го С. и Канадинк Д. (2019). Микроструктурные, механические и электрохимические характеристики тугоплавких высокоэнтропийных сплавов TiZrTaHfNb и Ti1. 5 ZrTa 0.5Hf0.5Nb0.5 для биомедицинских применений. Интерметаллиды 113:106572. doi: 10.1016/j.intermet.2019.106572
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Нагасе Т., Иидзима Ю., Мацугаки А., Амеяма К. и Накано Т. (2020). Разработка и производство высокоэнтропийных сплавов Ti-Zr-Hf-Cr-Mo и Ti-Zr-Hf-Co-Cr-Mo в качестве металлических биоматериалов. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 107:110322. doi: 10.1016/j.msec.2019.110322
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Назари, К.А., Нури А. и Хилдич Т. (2015). Механические свойства и микроструктура сплавов порошковой металлургии Ti–xNb–yMo для имплантационных материалов. Матер. Дес. 88, 1164–1174. doi: 10.1016/j.matdes.2015.09.106
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Нгуен, В. Т., Цянь, М., Ши, З., Сонг, Т., Хуан, Л., и Цзоу, Дж. (2018). Новый четырехкомпонентный эквиатомный сплав Ti-Zr-Nb-Ta со средней энтропией (MEA). Интерметаллиды 101, 39–43. doi: 10.1016/j.intermet.2018.07.008
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Нииноми, М. (2003). Недавние исследования и разработки в области титановых сплавов для биомедицинских применений и товаров медицинского назначения. наук. Технол. Доп. Матер. 4, 445–454. doi: 10.1016/j.stam.2003.09.002
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Пэн, Ю.Б., Чжан, В., Ли, Т.С., Чжан, М.Ю., Ван, Л., Сонг, Ю., и др. (2019). Микроструктура и механические свойства композиционных покрытий высокоэнтропийного сплава FeCoCrNi с армирующими частицами WC, полученных методами лазерной и плазменной наплавки. Междунар. Дж. Преломление. Металлы Hard Mater. 84:105044. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105044
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Погребняк А., Якущенко И., Багдасарян А., Бондарь О., Краузе-Реберг Р., Абадиас Г. и др. (2014). Микроструктура, физические и химические свойства наноструктурированных покрытий (Ti-Hf-Zr-V-Nb)N при различных условиях осаждения. Матер. хим. физ. 147, 1079–1091. doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.06.062
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Полетти, М.Г., Бранц С., Фиоре Г., Шост Б. А., Крайтон В. А. и Баттеццати Л. (2016). Равновесные высокоэнтропийные фазы в многокомпонентных сплавах X-NbTaTiZr (X = Al, V, Cr и Sn). J. Alloys Compounds 655, 138–146. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.09.118
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Попеску, Г., Гибан, Б., Попеску, К.А., Росу, Л., Труска, Р., Карча, И., и др. (2018). Новый высокоэнтропийный сплав TiZrNbTaFe для медицинских применений. Матер.науч. англ. 400:022049. дои: 10.1088/1757-899x/400/2/022049
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Пруша Ф., Кабиббо М., Шенкова А., Куэра В., Веселка З., Школакова А. и др. (2020). Высокопрочный ультрамелкозернистый высокоэнтропийный сплав CoCrFeNiNb, полученный механосплавлением: свойства и механизм упрочнения. J. Alloys Compounds 835:155308. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155308
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Цю, Х.(2018). Микроструктура, твердость и коррозионная стойкость покрытий из высокоэнтропийного сплава Al2CoCrCuFeNiTix, полученных методом быстрого отверждения. J. Alloys Compounds 735, 359–364. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.11.158
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Рабадия, К.Д., Лю, Ю.Дж., Ван, Л., Сунь, Х., и Чжан, Л.К. (2018). Выделение фазы Лавеса в сплавах Ti-Zr-Fe-Cr с высокой прочностью и большой пластичностью. Матер. Дес. 154, 228–238. doi: 10.1016/j.матдес.2018.05.035
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ран, Р., Лю, Ю., Ван, Л., Лу, Э., Се, Л., Лу, В., и др. (2018). α» Механизм мартенситного и аморфного фазового превращения в сплаве TiNbTaZr, объединенном с частицами TiO2 во время обработки трением с перемешиванием. Metall. Mater. Trans. A 49, 1986–1991.
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Рао, X., Чу, C.L., и Чжэн, Y.Y. (2014). Фазовый состав, микроструктура и механические свойства пористых сплавов Ti-Nb-Zr, полученных методом двухстадийной вспенивания порошковой металлургии. Дж. Мех. Поведение Биомед. Матер. 34, 27–36. doi: 10.1016/j.jmbbm.2014.02.001
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ринчич Млинарик, М., Дурго, К., Катич, В., и Спаль, С. (2019). Цитотоксичность и окислительный стресс, индуцированные ионами никеля и титана из стоматологических сплавов, на клетки желудочно-кишечного тракта. Токсикол. заявл. Фармакол. 383:114784. doi: 10.1016/j.taap.2019.114784
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Сакагучи, Н., Нииноми М., Акахори Т., Такэда Дж. и Тода Х. (2005). Взаимосвязь между деформационным поведением при растяжении и микроструктурой в сплавах системы Ti–Nb–Ta–Zr. Матер. науч. англ. 25, 363–369. doi: 10.1016/j.msec.2004.12.014
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сенков О., Скотт Дж., Сенкова С., Миракл Д. и Вудворд К. (2011). Микроструктура и свойства при комнатной температуре высокоэнтропийного сплава TaNbHfZrTi (препринт). J. Alloys Compounds 509, 6043–6048.doi: 10.1016/j.jallcom.2011.02.171
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шан, К., Аксинте, Э., Ге, В., Чжан, З. и Ван, Ю. (2017). Покрытия из высокоэнтропийных сплавов с превосходной механической, коррозионной стойкостью и магнитными свойствами, полученные механическим легированием и спеканием при горячем прессовании. Прибой. интерф. 9, 36–43. doi: 10.1016/j.surfin.2017.06.012
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шарма А. С., Ядав С., Бисвас К. и Басу Б.(2018). Высокоэнтропийные сплавы и металлические нанокомпозиты: проблемы обработки, развитие микроструктуры и улучшение свойств. Матер. науч. англ. 131, 1–42. doi: 10.1016/j.mser.2018.04.003
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шу Ф., Чжан Б., Лю Т., Суй С., Лю Ю., Хе П. и др. (2019). Влияние мощности лазера на микроструктуру и свойства аморфных покрытий из высокоэнтропийного сплава CoCrBFeNiSi, плакированных лазером. Прибой. Пальто. Технол. 358, 667–675.doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.10.086
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шуанг С., Дин З.Ю., Чанг Д., Ши С.К. и Ян Ю. (2019). Коррозионностойкий наноструктурированный эвтектический высокоэнтропийный сплав. Коррозионная наука. 164:108315. doi: 10.1016/j.corsci.2019.108315
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Соаре, В., Бурада, М., Константин, И., Митрицэ, Д., Бэдилицэ, В., Карагеа, А., и др. (2015). Электрохимическое осаждение и исследование микроструктуры тонких пленок высокоэнтропийных сплавов AlCrFeMnNi и AlCrCuFeMnNi. Заяв. Серф. науч. 358, 533–539. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.07.142
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сун, К.-Т., и Сюй, Дж. (2020). (TiZrNbTa)90Mo10 высокоэнтропийный сплав: электрохимическое поведение и характеристика пассивной пленки под воздействием раствора Рингера. Коррозионная наука. 167:108513. doi: 10.1016/j.corsci.2020.108513
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Стенлунд П., Омар О., Брохеде У., Норгрен С., Норлинд Б., Йоханссон, А., и соавт. (2015). Реакция костей на новый сплав Ti-Ta-Nb-Zr. Акта Биоматер. 20, 165–175. doi: 10.1016/j.actbio.2015.03.038
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Stiehler, M., Lind, M., Mygind, T., Baatrup, A., Dolatshahi-Pirouz, A., Li, H., et al. (2008). Морфология, пролиферация и остеогенная дифференцировка мезенхимальных стволовых клеток, культивируемых на поверхностях из титана, тантала и хрома. Дж. Биомед. Матер. Рез. Часть А 86, 448–458.doi: 10.1002/jbm.a.31602
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Страски Й., Харкуба П., Вацлавова К., Хорват К., Ланда М., Срба О. и др. (2017). Повышение прочности биомедицинского сплава Ti-Nb-Ta-Zr путем легирования Fe, Si и O. J. Mech. Поведение Биомед. Матер. 71, 329–336. doi: 10.1016/j.jmbbm.2017.03.026
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Тамилсельви С., Раман В. и Раджендран Н.(2006). Коррозионное поведение сплавов ЭЛИ Ti–6Al–7Nb и Ti–6Al–4V в моделируемом растворе жидкости организма методом электрохимической импедансной спектроскопии. Электрохим. Acta 52, 839–846. doi: 10.1016/j.electacta.2006.06.018
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Тянь Ю., Лу К., Шен Ю. и Фэн Х. (2019). Микроструктура и коррозионные свойства покрытия высокоэнтропийным сплавом CrMnFeCoNi на подложке Q235 методом механического легирования. Прибой. интерф. 15, 135–140.doi: 10.1016/j.surfin.2019.02.004
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Тютен, Н., Канадинц, Д., Моталлебзаде, А., и Бал, Б. (2019). Микроструктура и трибологические свойства покрытий из высокоэнтропийного сплава TiTaHfNbZr, нанесенных на подложки Ti 6Al 4V. Интерметаллиды 105, 99–106. doi: 10.1016/j.intermet.2018.11.015
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Валлиманалан, А., Кумареш Бабу, С.П., Мутукумаран, С., Мурали, М., Гаурав, В.и Махендран, Р. (2020). Коррозионное поведение термически напыленного покрытия из высокоэнтропийного сплава AlCoCrNi с добавлением молибдена. Матер. Сегодня 27, 2398–2400. doi: 10.1016/j.matpr.2019.09.149
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, Х., Лю, К., Го, Ю., и Лан, Х. (2019). Покрытие из тугоплавкого высокоэнтропийного сплава MoFe1,5CrTiWAlNbx, полученное методом лазерной наплавки. Интерметаллиды 115:106613. doi: 10.1016/j.intermet.2019.106613
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, Л., Лу В., Цинь Дж., Чжан Ф. и Чжан Д. (2009). Влияние холодной деформации на мартенситное превращение и механические свойства сплава Ti–Nb–Ta–Zr. J. Alloys Compounds 469, 512–518. doi: 10.1016/j.jallcom.2008.02.032
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Wang, L., Qu, J., Chen, L., Meng, Q., Zhang, L.-C., Qin, J., et al. (2015). Исследование механизмов деформации в сплаве β-типа Ti-35Nb-2Ta-3Zr с помощью FSP, приводящего к упрочнению поверхности. Металл.Матер. Транс. А 46, 4813–4818. doi: 10.1007/s11661-015-3089-8
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Wang, L., Xie, L., Lv, Y., Zhang, L.-C., Chen, L., Meng, Q., et al. (2017). Эволюция микроструктуры и сверхэластичное поведение в сплаве Ti-35Nb-2Ta-3Zr, обработанном трением с перемешиванием. Acta Mater. 131, 499–510. doi: 10. 1016/j.actamat.2017.03.079
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, Л., Се, Л., Шен, П., Фан, К., Wang, W., Wang, K., et al. (2019). Микроструктура поверхности и механические свойства нанокомпозита Ti-6Al-4V/Ag, полученного методом FSP. Матер. Характер. 153, 175–183. doi: 10.1016/j.matchar.2019.05.002
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, Л.М., Чен, К.С., Йе, Дж.В., и Ке, С.Т. (2011). Микроструктура и механизм упрочнения газотермических покрытий NixCo0,6 Fe 0,2CrySizAlTi0,2 высокоэнтропийных сплавов. Матер. хим. физ. 126, 880–885.doi: 10.1016/j.matchemphys.2010.12.022
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Wang, Q., Zhou, P., Liu, S., Attarilar, S., Ma, R.L.-W., Zhong, Y., et al. (2020). Многомасштабная обработка поверхности титановых имплантатов для быстрой остеоинтеграции: обзор. Наноматериалы 10:1244. doi: 10.3390/nano10061244
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ван, С. , Ву, Д., Ше, Х., Ву, М., Шу, Д., Донг, А., и другие. (2020). Разработка высокопластичных среднеэнтропийных сплавов для дентальных имплантатов. Матер. науч. англ. 113:110959. doi: 10.1016/j.msec.2020.110959
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ван, С. П., и Сюй, Дж. (2017). Высокоэнтропийный сплав TiZrNbTaMo, разработанный для ортопедических имплантатов: литая микроструктура и механические свойства. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 73, 80–89. doi: 10.1016/j.msec.2016.12.057
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ван, В., Хань, П., Peng, P., Zhang, T., Liu, Q., Yuan, S.-N., et al. (2020). Обработка магниевых сплавов трением с перемешиванием: обзор. Акта Металл. Грех. 33, 43–57. doi: 10.1007/s40195-019-00971-7
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, X., Лю, Q., Хуан, Y., Се, L., Сюй, Q. и Чжао, T. (2020). Влияние содержания Ti на микроструктуру и коррозионную стойкость высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiTix, полученных методом лазерной наплавки. Материалы 13:2209. дои: 10.3390/ma13102209
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ван, Х.-Р., Ван, З.-К., Ли, В.-С., Лин, Т.-С., Хе, П., и Тонг, С.-Х. (2017а). Получение и микроструктура покрытий из среднеэнтропийного сплава CuNiTiZr на подложке TC11 с помощью электроискрового процесса осаждения с числовым программным управлением. Матер. лат. 197, 143–145. doi: 10.1016/j.matlet.2017.03.109
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, С.-Р., Ван, З.-К., Лин, Т.-С., и Хе, П. (2017b). Тенденции массопереноса покрытий из высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi на подложку TC11 методом электроискрового осаждения с числовым программным управлением. Дж. Матер. Процесс. Технол. 241, 93–102. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.09.012
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван Ю., Чжао С., Ли Г., Чжан С., Чжао Р., Донг А. и др. (2020). Получение и антибактериальные свойства in vitro анодных покрытий, легированных медью, цинком и фосфором, на сплаве Ti–6Al–4V. Матер. хим. физ. 241:122360. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.122360
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Васим, О.А. и Рю, Х. Дж. (2020). Комбинаторный синтез и анализ тугоплавких высокоэнтропийных сплавов AlxTayVz-Cr20Mo20Nb20Ti20Zr10 и Al10CrMoxNbTiZr10: поведение при окислении. J. Alloys Compounds 828:154427. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.154427
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Вэй, К., Ван, Л., Фу, Ю., Цинь, Дж., Лу, В. и Чжан, Д. (2011). Влияние содержания кислорода на микроструктуру и механические свойства сплава Ti–Nb–Ta–Zr. Матер. Дес. 32, 2934–2939.doi: 10.1016/j.matdes.2010.11.049
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Вен, М., Вен, К., Ходжсон, П., и Ли, Ю. (2014). Изготовление сплава Ti–Nb–Ag методом порошковой металлургии для биомедицинских применений. Матер. Дес. 56, 629–634. doi: 10.1016/j.matdes.2013.11.066
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ву, В.-Х., Ян, К.-К., и Йе, Дж.-В. (2006). Промышленная разработка высокоэнтропийных сплавов. Энн. Чим. науч. Матер. 31, 737–747.
Академия Google
Ся А., Тони А., Хирн С., Болелли Г., Лусварги Л. и Франц Р. (2020). Осаждение тонких пленок ВЭС MoNbTaVW в зависимости от угла тремя различными методами физического осаждения из паровой фазы. Прибой. Пальто. Технол. 385:125356. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125356
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Xing, Q., Wang, H., Chen, M., Chen, Z., Li, R., Jin, P., et al. (2019). Механические свойства и коррозионная стойкость высокоэнтропийных пленок NbTiAlSiZrNx, полученных ВЧ-магнетронным распылением. Энтропия 21:396. дои: 10.3390/e21040396
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Xingwu, Q., Mingjun, W., Yan, Q., Chunge, L., Yunpeng, Z., and Chongxiang, H. (2018). Микроструктура и коррозионная стойкость покрытий высокоэнтропийных сплавов Al2CrFeCoCuNixTi, полученных методом лазерной наплавки. Инфракрасный лазер Eng. 47:706008. doi: 10.3788/irla201847.0706008
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сюй, Ю.-Ф., Сяо, Ю.-Ф., Йи, Д. К., Лю, Х.-Q., Ву, Л., и Вен, Дж. (2015). Коррозионное поведение сплава Ti–Nb–Ta–Zr–Fe для биомедицинских применений в растворе Рингера. Пер. Цветные металлы Soc. Китай 25, 2556–2563. doi: 10.1016/s1003-6326(15)63875-4
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Янь, X., и Чжан, Ю. (2020). Функциональные свойства и перспективные области применения высокоэнтропийных сплавов. Scripta Mater. 187, 188–193. doi: 10.1016/j.scriptamat.2020.06.017
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ян, Х.Х., Ли, Дж. С., Чжан, В. Р., и Чжан, Ю. (2018). Краткий обзор высокоэнтропийных фильмов. Матер. хим. физ. 210, 12–19. doi: 10.1016/j.matchemphys.2017.07.078
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ян, К.-Х., Ван, Ю.-Т., Цай, В.-Ф., Ай, К.-Ф., Линь, М.-К., и Хуанг, Х.-Х. (2011). Влияние обработки кислородно-плазменной иммерсионной ионной имплантацией на коррозионную стойкость и клеточную адгезию поверхности титана. клин. Оральные имплантаты Res. 22, 1426–1432.doi: 10.1111/j.1600-0501.2010.02132.x
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ян В., Лю Ю., Панг С., Лиав П. К. и Чжан Т. (2020). Биокоррозионное поведение и биосовместимость in vitro эквимолярного высокоэнтропийного сплава TiZrHfNbTa. Интерметаллиды 124:106845. doi: 10.1016/j.intermet.2020.106845
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Яо Х., Тан З., Хе Д., Чжоу З., Чжоу З., Сюэ Ю. и другие. (2020). Высокопрочный и пластичный высокоэнтропийный сплав AlCrFeNiV с иерархически неоднородной микроструктурой, полученный методом селективного лазерного плавления. J. Alloys Compounds 813:152196. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.152196
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Яо, Х.В., Цяо, Дж.В., Хоук, Дж.А., Чжоу, Х.Ф., Чен, М.В., и Гао, М.К. (2017). Механические свойства тугоплавких высокоэнтропийных сплавов: эксперименты и моделирование. J. Alloys Compounds 696, 1139–1150. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.11.188
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Йе, Ж.-В. (2006). Недавний прогресс в высокоэнтропийных сплавах. Энн. Чим. науч. Матер. 31, 633–648. doi: 10.3166/acsm.31.633-8
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Yeh, J.-W., Chen, S.K., Lin, S.-J., Gan, J.-Y., Chin, T.-S., Shun, T., et al. (2004). Наноструктурированные высокоэнтропийные сплавы с несколькими основными элементами: новые концепции дизайна сплавов и результаты. Передовые инженерные материалы 6, 299–303. doi: 10.1002/адем.200300567
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Юань Ю., Wu, Y., Yang, Z., Liang, X., Lei, Z., Huang, H., et al. (2019). Формирование, структура и свойства биосовместимых высокоэнтропийных сплавов TiZrHfNbTa. Матер. Рез. лат. 7, 225–231. дои: 10.1080/21663831.2019.1584592
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Юрченко Н., Панина Е., Тихоновский М., Салищев Г., Жеребцов С. и Степанов Н. (2020). Новый тугоплавкий высокоэнтропийный сплав Ti-Nb-Hf-Al, упрочненный частицами орторомбической фазы. Междунар.Дж. Преломление. Металлы Hard Mater. 92:105322. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2020.105322
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, К., Дин, З., Се, Л., Чжан, Л.-К., Ву, Л., Фу, Ю., и др. (2017). Электрохимическое поведение и поведение in vitro наноразмерных композитов Ti-6Al-4V и TiO2, изготовленных методом фрикционного перемешивания. Заяв. Серф. науч. 423, 331–339. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.06.141
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, Х.X., Dai, JJ, Sun, C.X., and Li, S.Y. (2020). Микроструктура и износостойкость высокоэнтропийного лазерного наплавочного покрытия TiAlNiSiV на Ti-6Al-4V. Дж. Матер. Процесс. Технол. 282:116671. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116671
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Zhang, J., Hu, Y., Wei, Q., Xiao, Y., Chen, P., Luo, G., et al. (2020). Микроструктура и механические свойства высокоэнтропийных сплавов RexNbMoTaW, полученных дуговой плавкой с использованием металлических порошков. Дж.Соединения сплавов 827:154301. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.154301
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, Л.-К., Чен, Л.-Ю., и Ван, Л. (2020). Модификация поверхности титана и титановых сплавов: технологии, разработки и интересы будущего. Доп. англ. Матер. 22:18. doi: 10.1002/адем.2018
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, М., Чжоу, X., Ю, X., и Ли, Дж. (2017). Синтез и определение характеристик тугоплавкого покрытия из высокоэнтропийного сплава TiZrNbWMo методом лазерной наплавки. Прибой. Пальто. Технол. 311, 321–329. doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.01.012
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, В., Ляу, П.К., и Чжан, Ю. (2018). Наука и техника в высокоэнтропийных сплавах. наук. Китай Матер. 61, 2–22. doi: 10.1007/s40843-017-9195-8
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан Ю., Хань Т., Сяо М. и Шен Ю. (2019). Влияние содержания Nb на микроструктуру и свойства лазерной наплавки FeNiCoCrTi0.5 Покрытие из высокоэнтропийного сплава Nbx . Оптик 198:163316. doi: 10.1016/j.ijleo.2019.163316
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Zhang, Y., Zuo, T.T., Tang, Z., Gao, M.C., Dahmen, K.A., Liaw, P.K., et al. (2014). Микроструктуры и свойства высокоэнтропийных сплавов. Прог. Матер. науч. 61, 1–93.
Академия Google
Чжао Ю., Ю Т., Сунь Дж. и Цзян С. (2020). Микроструктура и свойства наплавленного лазером композитного покрытия на основе B4C/TiC/Ni. Междунар. Дж. Преломление. Металлы Hard Mater. 86:105112. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105112
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Zhou, E., Qiao, D., Yang, Y., Xu, D., Lu, Y., Wang, J., et al. (2020). Новый медьсодержащий высокоэнтропийный сплав со значительными антибактериальными свойствами против коррозионных морских биопленок. Дж. Матер. науч. Технол. 46, 201–210. doi: 10.1016/j.jmst.2020.01.039
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжу, К., Lv, Y., Qian, C., Qian, H., Jiao, T., Wang, L., et al. (2016). Пролиферация и остеогенная дифференциация крысиных СККМ на новом нанокомпозите с металлической матрицей Ti/SiC, модифицированном трением с перемешиванием. наук. Респ. 6:38875. дои: 10.1038/srep38875
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Чжу, С., Ю, Ю., Чжан, Б., Чжан, З., Янь, X., и Ван, З. (2020). Микроструктура и износостойкость композитных покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов CoCrFeNiMn, армированных TiN-Al2O3, полученных методом плазменной наплавки. Матер. лат. 272:127870. doi: 10.1016/j.matlet.2020.127870
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Физические свойства титана | Тугоплавкие металлы и сплавы
Физические свойства титана
Просмотры сообщений: 3470
Титан представляет собой серебристо-белый переходный металл , характеризующийся легким весом, высокой прочностью и металлическим блеском.Титан относительно распространен в земной коре и занимает 10-е место среди всех элементов. Однако титан считается редким металлом, потому что он существует в природе относительно рассредоточенно и трудно извлекается. Помимо перечисленных выше свойств титана и базовых знаний о титане, что еще мы должны знать о титане? В этой статье мы рассмотрим некоторые физические свойства титана .
Физические свойства титана
1. Титан имеет металлический блеск и обладает пластичностью. Титан имеет плотность 4,5 г/см3, температуру плавления 1660 ± 10 °С, температуру кипения 3287 °С, валентности +2, +3 и +4, энергию ионизации 6,82 электрон-вольта.
2. Основными характеристиками титана являются малая плотность, высокая механическая прочность и простота обработки. Пластичность титана в основном зависит от чистоты, чем чище титан, тем больше пластичность.
3. Титан обладает хорошей коррозионной стойкостью и не подвержен влиянию атмосферы и морской воды. При комнатной температуре титан не подвергается коррозии соляной кислотой с концентрацией менее 7%, серной кислотой с концентрацией менее 5%, азотной кислотой, царской водкой или разбавленными щелочными растворами. На него могут действовать только плавиковая кислота, концентрированная соляная кислота, концентрированная серная кислота и т.п.
Физические свойства титана
4. Титан является важным легирующим элементом в стали и сплавах.Плотность титана 4,506-4,516 г/куб.см (20°С), что выше алюминия и ниже железа, меди и никеля , но удельная прочность его самая высокая у металла.
5. Титан имеет температуру плавления 1668±4°С, скрытую теплоту плавления 3,7-5,0 ккал/г атом, температуру кипения 3260±20°С, скрытую теплоту парообразования 102,5-112,5 ккал/г. г атом, критическая температура 4350°С, критическое давление 1130 атм.
6. Титан имеет плохую теплопроводность и электропроводность, которая аналогична или немного ниже, чем у нержавеющей стали. Титан обладает сверхпроводимостью. Критическая температура чистого титана 0,38-0,4К.
7. При 25 °С теплоемкость титана составляет 0,126 кал/грамм-атом·градус, энтальпия тепла составляет 1149 кал/грамм-атом, а энтропия составляет 7,33 калории/грамм-атом·градус. Металлический титан является парамагнитным веществом с магнитной проницаемостью 1.00004.
8. Титан обладает пластичностью. Относительное удлинение высокочистого титана может достигать 50-60 %, а скорость усадки сечения может достигать 70-80 %, но прочность на усадку низкая (то есть прочность, образующаяся при усадке).
9. Наличие в титане примесей сильно влияет на его механические свойства, особенно примеси внедрения (кислород, азот, углерод) могут сильно повышать прочность титана и значительно снижать его пластичность.Хорошие механические свойства титана как конструкционного материала достигаются за счет строгого контроля содержания соответствующих примесей и добавления легирующих элементов.
10. Титан не является ферромагнитным, и атомным подводным лодкам, построенным из титана, не нужно беспокоиться о нападении магнитных мин.
Заключение
Спасибо, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять физические свойства титана .Если вы хотите узнать больше о титане и других тугоплавких металлах , вы можете посетить Advanced Refractory Metal (ARM) для получения дополнительной информации.
Штаб-квартира в Лейк-Форест, Калифорния, США, ARM — один из ведущих производителей и поставщиков тугоплавких металлов во всем мире. Мы предоставляем нашим клиентам высококачественную продукцию из тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден, тантал, рений, титан, и цирконий по очень доступной цене.
Факты о титане — использование, свойства, элемент Ti, прочность, ювелирные изделия, сплавы
Британский пастор Уильям Грегор открыл титан в 1791 году. Позже он был назван немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который назвал его титаном в честь титанов греческой мифологии. Только в 1910 году новозеландец Мэтью А. Хантер произвел титан с чистотой 99,9%. Этот метод стал известен как процесс Хантера.
Титан
имеет температуру плавления 3034 ° F (1668 ° C) и температуру кипения 5 949 ° F (3287 ° C).
Многие элементы, такие как железо, алюминий, никель и ванадий, сплавляются с титаном для получения прочных легких сплавов. Эти титановые сплавы используются в производстве военно-морских кораблей, космических кораблей, ракет и самолетов, причем около двух третей всего производимого титанового металла используется в авиационных двигателях и рамах.
Превосходство титана
в отношении прочности к весу позволило в последнее время использовать этот металл в качестве компонента во многих других продуктах, включая ноутбуки, огнестрельное оружие, теннисные ракетки, клюшки для гольфа, клюшки для лакросса, решетки для футбольных шлемов, рамы велосипедов, походную посуду и посуду.
Около 95% всего титана используется для производства соединения диоксида титана, который представляет собой очень яркий и преломляющий белый пигмент, который используется в красках, пластмассах, зубной пасте, солнцезащитных кремах, спортивном инвентаре и бумаге.
Тот факт, что титан прочный, легкий, нетоксичный и не вступает в реакцию с нашим телом, делает его ценным медицинским ресурсом. Он используется для изготовления хирургических инструментов и имплантатов, таких как замена тазобедренного сустава, которые могут оставаться на месте до 20 лет.

Чистый титан – свойства и применение
Титан — серебристо-серо-белый металл, имеющий в периодической таблице символ Ti.Впервые он был обнаружен геологом Уильямом Грегором в 1791 году в Корнуолле, Великобритания. Он был назван в честь титанов греческой мифологии Мартином Генрихом Клапротом. Хотя он был открыт более 200 лет назад, коммерческое использование титана началось только в 1950-х годах. Титан — это элемент, который присутствует в нескольких месторождениях полезных ископаемых, таких как ильменит и рутил, которые легко найти на поверхности земли. Однако добыча титана из руд довольно затратна, поэтому титан достаточно дорог на мировом рынке.

Свойства титана
Металлический титан почти такой же прочный, как сталь, но примерно на 45% менее плотный. Титан товарного сорта (99,2%) имеет прочность около 434 МПа, что аналогично сплавам из низкосортной стали. Его химические и физические свойства аналогичны свойствам циркония и в два раза прочнее алюминия. Он немагнитен и имеет низкую теплопроводность.

Чистый титан весит на 40% меньше, чем углеродистая сталь, и обычно его сплавляют с алюминием, никелем и ванадием для повышения его прочности и коррозионной стойкости к кислотам.Эта высокая устойчивость к коррозии является причиной того, что чистый титан можно использовать в качестве материала для морских применений.

Применение титана
Титан признан высокопрочным, но легким, структурно эффективным металлом, который используется во многих областях. Некоторые из основных областей, где используется титан, — это аэрокосмическая промышленность, ортопедические и зубные имплантаты, медицинское оборудование, производство электроэнергии, хранение ядерных отходов, автомобильные компоненты, а также производство продуктов питания и фармацевтических препаратов.

Титан
обладает хорошими свойствами теплопередачи, что делает его идеальным для деталей самолетов. Он часто используется в качестве легирующего элемента при производстве нержавеющей стали для снижения содержания углерода. Он может быть легирован алюминием, медью, марганцем, железом, ванадием, молибденом и другими металлами для достижения более высокой прочности и устойчивости к коррозии.

Титан является нетоксичным элементом, поэтому его можно использовать в биоматериалах, даже в зубных имплантатах, в фармацевтике и даже в качестве пищевого красителя. T Итановый сплав s с другими элементами используются в качестве компонентов протезов, таких как детали сердечных клапанов, несущие нагрузку тазобедренные суставы или заменители костей, искусственные сердечные насосы и корпуса кардиостимуляторов.

Сегодня титан составляет всего около 5% от общего объема поставок титана. Остальные изготавливаются из оксида титана (TiO2) , который является наиболее часто используемым соединением титана во многих коммерческих и промышленных применениях.Диоксид титана — важный белый перманентный пигмент, содержащийся в зубной пасте, красках, пластике и бумаге. Его добавляют в цемент, драгоценные камни, клюшки для гольфа и удочки.

Диоксид титана также является ключевым ингредиентом солнцезащитных средств из-за его способности поглощать тепло и блокировать кожу от солнечных лучей. В настоящее время применяется в оптических целях. TiO2 имеет очень высокий показатель преломления. Он может даже очищать воздух или использоваться в качестве фильтрующего покрытия для кондиционеров.

Было разработано множество приложений для титана и его производного, диоксида титана. По мере изобретения и разработки новых технологий, в которых можно использовать титан, спрос на титан на мировом рынке будет продолжать расти.

Подразделение Stanford Advanced Materials http://www.samaterials.com
Stanford Advanced Materials (SAM) Corporation является глобальным поставщиком ряда чистых металлов, сплавов, керамики и минералов, таких как оксиды, хлориды, сульфиды, оксисоли и т. д.Наша штаб-квартира, расположенная в Ирвине, штат Калифорния, США, была впервые создана в 1994 году и начала поставлять высококачественную редкоземельную продукцию для исследований и разработок (НИОКР).

Нравится:
Нравится Загрузка…
Родственные
Свойства и применение титана
Титан — странный материал, не в последнюю очередь из-за мифов, окружающих его. Его часто описывают как невероятно тяжелый или невероятно сильный, хотя на самом деле это не так.Он может быть впечатляюще прочным по сравнению с его плотностью, но ничем не выделяется в этом отношении. Это было очень дорого, и для человека на улице это было недосягаемо. Однако он не дороже на единицу массы, чем многие марки стали или алюминия. Он широко используется в автоспорте, но редко в серийных автомобилях и мотоциклах.
Если оставить в стороне неосведомленные мнения и сосредоточиться на механических и физических аспектах титановых сплавов, это все же странный материал.Несмотря на то, что сплавы, используемые для компонентов автоспорта, относительно прочны, их поведение при воздействии даже на умеренные уровни поверхностного напряжения крайне плохое. Например, титан невозможно использовать практически во всех случаях, когда необходимо скольжение. Несмотря на его прочность при растяжении или изгибе, мы не можем использовать титан или его сплавы для скольжения, если мы не примем меры по улучшению поверхности за счет использования твердых инженерных покрытий, таких как нитрид хрома (CrN), нитрид титана (TiN), алмаз углеродоподобный (DLC) или металлическое покрытие, такое как молибден.
Титан
также обладает заметно низкой теплопроводностью, а его способность изолировать компоненты от воздействия тепла позволяет использовать его в двигателях, где разрешено использование этого материала. Титан, рассматриваемый (на мой взгляд, ошибочно) как экзотический материал, запрещен многими регулирующими органами для гоночных двигателей. Его можно использовать в качестве изолирующей «прокладки» для некоторых применений, а крепежные детали из титана уменьшают передачу тепла через соединения по сравнению со сталью и другими материалами.Несмотря на то, что мы можем видеть, что крепежные детали имеют небольшую площадь поперечного сечения по сравнению с остальной частью соединения, теплопередача может быть значительной, и можно измерить измеримое снижение температуры компонентов, заменив стальные крепежные детали на титановые.
Сочетание теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости означает, что титан имеет очень низкий коэффициент температуропроводности, который является мерой способности материала проводить тепло, деленной на его способность накапливать тепло.Материалы с низкой температуропроводностью демонстрируют высокие температурные градиенты в ответ на локальный нагрев, поскольку передача тепла от «горячих точек» к более холодным областям затруднена. Температуропроводность титана составляет менее 50% от стали и около 10% от алюминия.
Титан, хотя и ничем не примечательный с точки зрения прочности и жесткости, имеет низкое отношение жесткости к прочности. В некоторых случаях, особенно в случае застежек, это очень привлекательная комбинация. Для заданной эксплуатационной нагрузки на соединение уменьшение жесткости крепежного элемента приводит к уменьшению циклической нагрузки, воспринимаемой крепежным элементом.Вот почему у крепежных изделий, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как шпильки головки блока цилиндров или шатунные болты, хвостовики сужены. В некоторых случаях переход со стальных креплений на титановые также может сопровождаться уменьшением габаритов креплений без потери прочности.
Плотность титана по сравнению со сталью означает, что для эквивалентной массы компонента можно использовать больше титана. Для такого компонента, как шатун, это дает возможность улучшить жесткость на изгиб и кручение.