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鈦合金的常見應用
鈦基合金具有低密度、高強度、良好的耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性等特點,在許多領域有廣泛的應用。例如:醫(yī)療器械領域,由于鈦合金與人體組織具有良好的生物相容性,能顯著延長植入體的使用壽命,因此被廣泛用于如人工關節(jié)、牙科植入物、脊柱融合裝置等;航空航天領域,鈦合金具有較高的強度、剛度和耐腐蝕性,可用于飛機結構、發(fā)動機零部件、衛(wèi)星等。
在醫(yī)療領域的外科植入物為了獲得良好的生物相容性,需要特有的晶格結構實現(xiàn)更高的孔隙率,有助于血管和神經細胞的長入。傳統(tǒng)的制造工藝可能無法滿足要求,往往采用更為先進的制造工藝,如:選區(qū)激光熔融。但這種工藝在樣品冷卻的過程中,材料會產生張力或應力,需要后續(xù)熱處理消除應用。
在航空航天領域,傳統(tǒng)的銑削加工難以處理結構復雜的零件,無法一次成型,同樣需要借助先進的制造工藝。而后續(xù)的熱處理工藝,如何保證每批零件熱處理結果的一致性,這對質量和熱處理工藝的遵從性提出了更高的要求。航空航天領域有著特有的熱處理標準,即AMS2750G。
鈦合金熱處理工藝
典型的鈦合金熱處理工藝
說到鈦合金熱處理,在427°C 的溫度下會完全氧化,因此這種熱處理需要在惰性氣氛中進行。該過程在DIN65084中有明確定義,但常用且廣泛使用的熱處理工藝是在700°C時、標準大氣壓或高真空下、高純度氬氣氣氛中(每英寸樣品的保溫時間為1小時)進行。以下作為一個典型的鈦合金熱處理工藝,保證氣密的前提下,在高純氬氣氣氛中進行,避免表面氧化。同時為了對比,我們用同樣的零件在高真空下,以同樣的溫度和時間進行熱處理。
(圖1:鈦合金樣品)
(圖2:高純氬氣氣氛下的熱處理)
(圖3:高真空下的熱處理)
熱處理后,經X射線能譜(SEM-EDX)分析熱處理之后的表面氧化程度,示意圖如下,同時,我們放了鈦合金在空氣中熱處理被氧化后泛藍的圖片做對比:
在氬氣中在大氣壓下熱處理的樣品顯示平均氧含量,EDX 峰值強度為8.2 ±1.7。在大約 5x10E-5 mbar的高真空氣氛中熱處理的樣品顯示平均氧含量,峰值強度為5.1 ± 0.5。當使用高真空時,這些鈦合金樣品的表面氧含量只減少了38%。相比真空度,我們更應該關注真空泄漏率。要獲得較低的真空泄漏率,不但需要設備密封良好,而且需要選用高質量的真空部件,更需要定期對清潔和保養(yǎng)。無論采用哪種熱處理工藝,在熱處理過程中不能完全防止樣品氧化,對于日常工作,樣品的應用環(huán)境和最終要求決定是否需要高真空。
(表1:高純氬氣和高真空環(huán)境下熱處理后的含氧量對比)
卡博萊特蓋羅以下三款產品有著各自的優(yōu)點和應用環(huán)境,可提供不同的熱處理需求。
(表2:卡博萊特蓋羅三款產品參數(shù)對比)
如樣品是用于航空航天領域,可選配符合AMS2750G要求的熱處理爐,如GPCMA,滿足航空二級爐,B類儀表要求:則有效空間內的溫度均勻性要滿足±5°C(或±6°C);控溫精度優(yōu)于±1.7°C;除了控溫和超溫保護傳感器(熱電偶),還必須配置一根用于記錄樣品溫度的傳感器(熱電偶)。除此之外,設備選配的儀表:溫度控制器和記錄儀;所有的熱電偶都須經過認證的第三方出具可追溯的校驗合格證書。
弗爾德(上海)儀器設備有限公司隸屬全球技術領先者-弗爾德集團旗下,提供最先進的樣品處理與分析設備及解決方案。
旗下五大品牌:德國Retsch(萊馳)粉碎、研磨、篩分設備,德國Microtrac MRB(麥奇克萊馳)多功能粒度粒形分析儀,Carbolite?Gero(卡博萊特?蓋羅)烘箱、高溫烘箱、箱式馬弗爐、灰化爐、管式馬弗爐、氣氛馬弗爐、真空馬弗爐、高溫馬弗爐及工業(yè)定制爐,Eltra(埃爾特)碳/氫/氧/氮/硫元素分析儀,QATM(奧德鎂)切割機、鑲嵌機、磨拋機、硬度計。
服務于全球無數(shù)實驗室、制造商和科研機構,是客戶最忠實的合作伙伴。弗爾德致力于和客戶共同進步成長,為客戶提供有效可靠的產品、流程和工藝方法,使其能夠更安全、更高效、更持久地發(fā)展業(yè)務。我們希望通過不懈努力,不斷推動技術進步,使世界變得更加健康和安全。
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