参 考 文 献 39

第一章 绪论

1。1 钛及其合金的应用与缺陷

钛合金具有很多优点比如质量轻、比强度高、耐腐蚀等，故在汽车工业中有广泛 使用，其中汽车发动机系统应用钛合金最多[1]。对于制造飞机汽车的发动机零件，利 用钛及其钛合金有很多好处。钛合金由于密度很低，可以达到降低运动零件惯性质量 的效果，同时钛气门弹簧具有减弱车身的振颤，增加自由振动，提高发动机的输出功 率的作用。因为减小了运动零件的惯性质量，所以摩擦力会减小，发动机的燃油效率 也会提高。由此可知选择钛及其合金的好处有：可以减轻相关零件的负载应力，缩小 零件尺寸，从而使得发动机及整车的质量减轻[2]。降低零部件的惯性质量可以减弱振 动和噪声，达到改善发动机性能的要求。在汽车的其他部分应用钛及钛合金可以提高 舒适性和方便工作人员，此外钛及钛合金在汽车行业在外观、节能方面的应用起到了 不可估量的作用。

耐热钛合金具有良好的强度、低温韧性和断裂韧性，所以许多航空器发动机零件 被用作火箭导弹等结构上。此外钛也被用作燃料和氧化剂箱和压力容器的加工材料。 在石油工业中，它主要用于各种热交换、管道、反应器、泵、容器和阀门等[3]。钛及 其合金可以用作马达和发电站以及环境污染冷凝器的装置。在仪器仪表领域镍钛形状 记忆合金已得到广泛应用。钛也可以作为钢的脱氧剂、合金结构钢和不锈钢组成部分。 在医疗中，钛可作为人造骨和各种器具。由于其良好的生物相容性和临床物理和化学 特性，钛和钛合金成为生产人工关节、牙科植入物、骨固定装置和骨重建所需材料中 被最广泛使用的植入材料，但它也有生物活性差、无骨诱导、没有周围组织功能强大、 愈合结合需要很长的时间等缺点[4]。钛及其合金不能满足一些要求，如临床愈合、高 骨结合强度等，因此钛及钛合金种植体的应用也受到影响。论文网

表 1。1 列出了常见的材料和钛合金的机械性能比较，除了一个显著的较低的热导 率外，其余均证明钛的性能优势。然而，由于钛与氧有很强的亲和力，新鲜空气接触 后，钛的活化表面可以容易地被氧化，以形成一个具有相特性的陶瓷，生成几乎不发 生在表面上的功能性的成核和电镀多相被动致密 TixOy 膜的生长物。因此，基于钛的 表面处理，必须进行修改，以弥补天生的缺陷。为了提高钛及其钛合金的耐磨性，钛 和钛合金表面的硬度，研究者几乎应用了任何金属表面处理方法对钛及其合金进行表

面改性处理。

表 1。1 钛及其合金与其他金属材料进行力学性能比较[5]

材 料 熔点

/K 比强度

/N·m/kg 弹性模量

/GPa 延伸率

/% 线膨胀系数

/K-1×10-6 热导率

/W·(m·K)-1

纯钛 1941 18 108 27 8。6 22

TC4 2300 24 110 15 8。0