医用钛及钛合金表面涂层研究进展

概述了钛及钛合金在医学领域的发展现状,以及常用的钛及钛合金表面处理技术,重点介绍了医用钛及钛合金表面耐蚀耐磨涂层、生物活性涂层和表面抗菌涂层的研究现状和发展趋势。在钛及钛合金表面制备涂层能够使其更适合作为植入物在医学领域应用,但由于涂层自身还存在一定局限性,临床试验也需要大量的时间,目前涂层还没有大规模应用到临床医疗中。为了尽可能地改善单一涂层存在的缺陷,多组元、多层复合涂层是目前医用钛及钛合金表面涂层的研究重点。     

钛及钛合金腐蚀行为研究进展

钛及钛合金在服役过程中会出现点蚀、应力腐蚀和电偶腐蚀等问题,因此对于钛及钛合金腐蚀行为的研究极为重要。综述了近年来钛及钛合金在海洋工程、航空工业、油气开采和化学工业中腐蚀行为的研究进展及存在问题,简要介绍了钛及钛合金表面处理技术取得的研究成果,最后对该领域发展趋势进行了展望：(1)在现有研究的基础上应更深入探究钛及钛合金在多影响因素耦合作用下的腐蚀失效行为及表面处理技术;(2)注重结合实验和数值模拟等手段从微观尺度探究钛及钛合金的腐蚀机理,加快建立钛及钛合金腐蚀性能等相关数据库;(3)进一步降低各种表面处理技术的成本,开发“复合防护”技术,深入探究能够提升钛及钛合金综合性能的新型表面处理技术。     

钛及钛合金表面强化技术

介绍了钛及钛合金的表面强化处理技术，综合评述了钛及钛合金表面氮化、渗碳和激光熔覆技术的发展现状。根据目前的研究趋势指出：今后对钛及钛合金表面强化处理技术，应结合各种工艺技术的特点制备多层复合涂层，以及涂层 渗层的思想进行研究。作者认为，降低表面改性层处理成本，使表面处理工艺更加简单．同时综合多种表面处理技术的优点，提高表面改性层的综合性能是钛及钛合金表面强化技术今后的研究方向。     

钛及钛合金表面处理技术的应用及发展

目前,钛及钛合金在国民经济和国防工业上的应用越来越广泛,但钛及钛舍金也存在一些固有的缺陷,为了进一步提高和改善其使用特性,需要对其进行表面处理。介绍了一些对钛及钛合金行之有效的先进表面处理技术,如化学处理、阳极氧化处理、化学镀及电镀、微弧氧化、电泳沉积和纳米电沉积等,并对其应用加以讨论和评述。这些表面处理方法大大扩展了钛及钛合金的应用领域,促进了钛及钛舍金在各行业领域的应用。     

钛表面薄膜技术的应用现状及发展

钛及钛合金具有比强度高、耐蚀性能好、无磁性等优点,但其所固有的高温易氧化、易发生接触腐蚀、导热系数小等缺点在一定程度上限制了其应用。为此,需对钛合金表面进行处理,而薄膜技术则是一种有效方法。首先概述了薄膜技术在钛材的耐磨处理、抗氧化处理、耐冲蚀处理、电活性功能处理四个方面的研究成果,然后结合作者自身的研究成果及对钛表面处理技术的认识,从钛的应用和薄膜技术的特点出发,提出了今后钛表面薄膜技术在这些方面可能的发展方向。     

钛合金激光表面处理的进展及应用

钛及其合金由于质轻、耐腐蚀性能好、强度高、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异,已成为应用最广泛的航空航天与生物医学金属材料之一。然而,较低的塑性、低硬度、和耐磨损性能限制了其发展和应用。激光表面处理（LST）技术在不改变材料体积的情况下增强表面性能,成为钛合金表面改性的一种有利手段。综述了利用LST技术对钛及其合金材料进行表面改性的研究进展和应用现状。分析了激光相变硬化、激光表面重熔、激光冲击喷丸、激光表面合金化、激光熔覆和复合LST的机理、工艺参数、表面特性和微观结构。总结了LST在航空航天、医学等领域的应用,介绍了现有的局限性,提出了未来的研究方向,并对LST在钛及其合金材料上的发展趋势进行了展望,以推进LST创新,为钛合金在多领域中的应用开辟新途径。     

《钛及钛合金表面处理技术和应用》出版

由屠振密、李宁和朱永明编著的《钛及钛合金表面处理技术和应用》重点对钛及钛合金电化学表面处理技术的原理、工艺、膜层特性和应用等进行     

钛表面处理技术的发展现状

综述了钛表面加工、耐磨处理以及耐蚀、抗氧化处理等技术的发展现状。指出了钛表面处理技术在朝着性能优、工艺简单、成本低的方向发展；工艺研究今后会集中在离子束增强沉积、离子渗金属合金化、微弧氧化、激光涂层等方面；钛材需要表面技术提高的性能主要集中在作为摩擦副的耐磨性能、作为生物材料的生物相容性、作为特殊介质中使用的材料的耐蚀性、作为建筑材料的表面艺术性以及日用品的表面低成本装饰性能等。     

钛及钛合金表面增强技术的研究进展

综述了钛及钛合金表面增强技术的研究现状,如表面纳米化处理、表面扩渗和离子注入、表面涂层技术。论述了钛及钛合金表面强化技术今后的研究方向。通过研究集成计算材料工程、膜层设计和多技术复合工艺在表面增强技术中的应用,将扩展钛及钛合金在各行业领域的应用。     

钛合金表面处理技术的新进展(上)

1前言 钛及钛合金具有低密度、良好的耐腐蚀能力、高比强度以及令人满意的生物相容性,在航空航天、化工、生物医学等领域得到广泛的应用,并为社会带来巨大的经济效益。然而,钛及钛合金表面硬度低,在滑动摩擦条件下摩擦力学性能差,特别是抗摩擦和磨损性能较差的钛合金,严重地限制了其应用范围。     

钛合金表面激光熔覆的研究进展

钛合金具有优异的物理化学性能,其在航空航天行业中被广泛应用.但钛合金的低硬度和低耐磨性能使它的应用受到了限制.激光熔覆因其熔覆层与基体结合力强,无污染等优点成为钛合金表面改性研究热点之一.钛合金表面熔覆具有不同特性的熔覆材料来提高钛合金表面的相应性能.介绍国内外钛合金激光熔覆的研究现状和发展趋势.     

钛合金表面技术的进展

钛合金具有抗腐蚀能力强、强度高、密度低、中温性能稳定等一系列的特征，但其所固有的一些缺点限制了它的应用，例如对粘着磨损非常敏感、容易氧化，对聚合物，金属及陶瓷涂层附着力差等。为克服这些缺点采取了相应的对策与手段，着重指出Ag,Cd镀层可用于钛合金在低温下的耐磨防护；Co CrO3复合镀层及阳极氧化＋干膜润滑剂等可用于钛合金在中温条件下的耐磨防护。随着钛合金使用温度的提高，TixAlyN涂覆层则代表了钛合金耐磨防护的发展方向。     

Machining induced surface integrity in titanium and nickel alloys: A review

Titanium and nickel alloys represent a significant metal portion of the aircraft structural and engine components. When these critical structural components in aerospace industry are manufactured with the objective to reach high reliability levels, surface integrity is one of the most relevant parameters used for evaluating the quality of finish machined surfaces. The residual stresses and surface alteration (white etch layer and depth of work hardening) induced by machining of titanium alloys and nickel-based alloys are very critical due to safety and sustainability concerns.This review paper provides an overview of machining induced surface integrity in titanium and nickel alloys. There are many different types of surface integrity problems reported in literature, and among these, residual stresses, white layer and work hardening layers, as well as microstructural alterations can be studied in order to improve surface qualities of end products. Many parameters affect the surface quality of workpieces, and cutting speed, feed rate, depth of cut, tool geometry and preparation, tool wear, and workpiece properties are among the most important ones worth to investigate. Experimental and empirical studies as well as analytical and Finite Element modeling based approaches are offered in order to better understand machining induced surface integrity. In the current state-of-the-art however, a comprehensive and systematic modeling approach based on the process physics and applicable to the industrial processes is still missing. It is concluded that further modeling studies are needed to create predictive physics-based models that is in good agreement with reliable experiments, while explaining the effects of many parameters, for machining of titanium alloys and nickel-based alloys.     

高强韧面心立方高熵合金的设计

钛合金因具有密度小、比强度高、耐腐蚀、可焊接等性能特点,广泛应用于航空航天、舰船、兵器、核工业等重要的工业领域。但是钛合金的成本限制了其进一步推广和大规模应用,是目前钛合金总体用量不高的核心原因。本文从原材料、合金制备技术、钛产业链单位的协作等三个方面对钛合金低成本化技术研究与发展进行了归纳和评述,在此基础上,提出了未来低成本钛合金发展的趋势和建议。     

钛合金表面耐磨性能及抗氧化性能的研究现状

钛合金具有密度小、质量轻、比强度高、比刚度高、良好的耐腐蚀性和耐热性、塑韧性好以及优良的加工性等优点,广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、体育器械及生物医疗等众多领域。但钛合金摩擦系数大、易黏着、耐磨性能差、高温(700℃)条件下氧化严重、不易润滑等缺点,大大限制了钛合金的应用和发展。介绍激光熔覆、磁控溅射、离子注入等常见的钛合金表面改性技术的研究现状,指出各种改性技术对钛合金耐磨性能、高温抗氧化性能的改善效果,并探讨各种改性技术的优缺点。在此基础上提出综合提高钛合金耐磨性和高温抗氧化性的新思路并展望其发展前景。     

钛及钛合金表面纳米管的生物功能化研究进展

钛及钛合金因为其良好的生物相容性和力学性能,作为生物医用材料得到广泛使用。通过表面处理后,可以在钛金属基体表面获得氧化钛纳米管阵列。氧化钛纳米管阵列的管径和长度尺寸可控,通常具有大表面积、强吸附性和超亲水性,可以提高钛及钛合金基体的生物相容性和耐腐蚀性能,为进一步赋予其更多的生物功能性奠定了基础。对钛及钛合金表面纳米管再次表面改性后,可使其具有更好的促进骨整合、抗菌消炎、药物响应可控释放、生物荧光成像等功能,在生物医学领域应用潜力巨大。介绍了钛及钛合金表面纳米管的制备方法,分析了氧化钛纳米管阵列的生物学特性,探讨了纳米管的物理特征对细胞行为的影响,对二次表面改性(包括碱处理、水热处理、电化学沉积、溶胶-凝胶法)影响氧化钛纳米管生物功能性的研究进展进行了综合评述,总结了氧化钛纳米管作为药物载体在药物缓释、响应性释放和疾病检测等生物功能化方面的进展情况,提出了对氧化钛纳米管生物功能化研究的一些问题,并展望了其未来发展方向。     

离子注入在医用钛及其合金表面改性中的应用

钛及其合金因具有较好的耐蚀抗磨性、生物活性、生物相容性以及在生理环境中的无毒性,成为医用领域中最常用的一种金属材料。但是,钛及其合金自身无抗菌性,表面摩擦因数大,抗塑性剪切能力低,且长期服役中易被环境污染和易于磨损失效,这些特性在一定程度上限制了其应用领域的扩展。因而,学者常采用离子注入技术对医用钛及其合金进行表面改性,以提升其表面性能,延长其制件服役寿命和扩展材料应用范围。研究表明,单一元素离子注入对提升钛及其合金的医用性能不够理想,因而学者采用金属+非金属、金属+金属离子进行复合注入,旨在提升改性层减摩抗磨、耐蚀性能的同时,增强改性层的生物活性及服役过程中的抗菌性。另外,对现有研究展开分析与综述后,提出了对医用钛及其合金的离子注入改性,将朝着进一步深入理论、模拟研究,多复合离子(特别是金属+金属+非金属复合离子)注入研究,高性能离子注入设备研发及其离子注入参数拟定与优化等方面发展。     

世界钛及钛合金产业现状及发展趋势

总结和阐述了近年来世界各国钛及钛合金的发展现状和未来发展趋势。重点描述了近年来钛及钛合金最新制备及加工技术的发展和应用, 主要包括钛及钛合金的冶炼提取、熔炼铸造、最新加工方法、热处理规范以及在航空航天、舰船、化工、生物及医用材料、汽车、体育等领域的发展和应用。通过对钛及钛合金近年来发展现状的了解, 结合钛研制开发过程中出现的一些问题, 简要分析了钛及钛合金的几个主要的发展方向及趋势。