钛合金的电化学行为与生物活性研究(2)
质性的进展。钛合金有很多优异性能，首先它的强度-重量比值很小。钛合金的
密度一般在4.5g/cm3
左右，仅为同等钢密度的 60％[2]
，如图1.1所示。这使得钛
合金等接近于钢材的强度，但要比钢质地更轻，目前应用最多是以其高强度来制
作的飞机发动机压气机部件。钛合金的热强度高，铝合金的使用温度较低，而钛
合金在较高温度下(450℃-500℃)[3]
仍旧有相当高的强度。钛合金的耐腐蚀性好，
对酸碱，腐蚀性物质，有机化学试剂等均有优良的抗腐蚀能力，可以在潮湿的大
气及海洋中使用而不会被腐蚀。钛十分活泼，与平时环境中的较多元素均可以产
生强烈的化学反应。当 C 的含量大于等于总合金的 0.2％时，钛合金中会形成碳
化钛；在高温情况下与氮接触会形成硬质的氮化钛；在 600℃以上时，氧气被钛
吸收反应生成硬化层；同时氢气被反应出来上升，会导致氢脆。钛的导热系数小，
λ=15.24W/（m.K）约为镍的 1/4，铁的 1/5，铝的 1/14，当钛金属在加入了一些
其他元素后会使导热系数有明显的下降，约下降 50%[4]1.2 钛合金的分类
钛是同素异构体，它的熔点很高，为 1668℃；钛合金在通常温度下为α钛，
呈现密排吹冰方结构；钛合金的体心立方晶格结构会在 882℃以上产生，称为β钛。
根据钛的结构会随着温度变化而出现的两种变化，再在钛金属中加入一些合金元
素，使得合金的相变温度得到改变，同时其中各个元素占得比重也会变化，从而
得到不同合金的钛合金。室温下，常用的钛合金有三种结构组织，钛合金也就分
为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
1.2.1 α钛合金
α钛合金的结构呈规则的密排吹冰方晶格结构，一般在低于 882℃称为α钛。
由于其结构十分稳定，只有三个滑移系，所以塑性比较差，但塑性比较高。α钛
合金中全部都是α相固溶体，合金形成后不论在通常温度下或是经过热处理，组
分都不会变，组织稳定，放在通常环境下不容易氧化。在 500℃～600℃的温度
下，这种合金强度依旧很高，且对其施加不变应力时，形变量很少。α合金相对
于其他种类的钛合金来说切割性能较好，应用较为广泛。 Kβ接近0的合金为
α钛合金，这类合金几乎不含β稳定元素[5]优点，在经过淬火，时效硬化后的强度会提升一倍左右；它在高温下依然能保持
较高的强度，可一直在 400℃～500℃的温度下使用并不会发生形态变化，其热
稳定性次于α钛合金。这类钛合金中一般会加入 Al 元素，但Al 的量一般在 8％
以下，而形成β相所必要元素的量为 2％～10％，主要是为了获得足够数量的β
相，从而得到更高的压力加工性能和高温强化能力。
在应用领域中，α+β钛合金由于有两相合金的优良特性，所以应用面最广；
α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号
为TA，β钛合金代号为 TB，α+β钛合金代号为 TC。
1.3 Ti合金在生物方面的应用
1.3.1医用钛合金的发展历史
一些拥有稳定元素的 Ti 合金在目前可用于生物活性材料。Ti 合金由于其良
好的耐腐蚀性能和与人骨相近的弹性模量一直被研究用于人体的谷骨骼替代材
料。目前整形外科使用最广泛的的材料是纯钛和 Ti6Al4V（α+β型），它们的