Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-O合金的力学性能和微观结构(4)
表来源[2]
除减重外，航空用钛合金的其它主要驱动力如：可替代铝合金、镍基合金和超级钢的使用温度；可替代铝合金和低合金钢的抗蚀性；与聚合物基复合材料具有电化学相容性；较小的空间限制等。
通常，减重是机身材料选择钛合金的主要原因，因而航空构架采用高比强的金属。许多情况下，即使高强钢的强度更高，或者是铝合金的密度更低，采用钛合金代替还是值得的。这使得在过去四十年力钛合金在航空构架中的应用逐步增加，例如钛合金在波音商业飞机中的应用增长情况：
图来源[2]
燃气涡轮发动机是航空钛合金的另一大这要应用领域。使用在飞机发动机中等温度部位时，钛比钢具有更高的疲劳强度、屈服强度和蠕变强度，较低的弹性模量，这样在疲劳载荷的情况下能够减少应力。钛合金优异的抗大气腐蚀性能能大大改善喷气发动机的压缩性能。
在所有的钛合金中最为典型的是Ti-6Al-4V，该合金为美国水城兵工厂于1954年研制成功，其产品占钛合金生产总量的55%至65%，可用于生产各种大规模航空锻件和零件。Ti-6Al-4V合金由于它具有的优异的综合性能，研究的最为深入，使用的时间最长，应用的领域最为广泛所以该合金诞生半个世纪以来一直保持着旺盛的生命力。
2. 钛及钛合金在医学领域的应用
在人体内因外伤、肿瘤造成的骨、关节损伤，采用钛及钛合金制造人工关节、接骨板和螺钉，现已广泛应用于临床。
对于植入材料的要求可以归结为三个方面：材料与人体的生物相容性，材料在人体环境中的耐腐蚀性和材料的力学性能，作为长期植入材料的具体要求：耐蚀性；生物相容性；优越的力学和疲劳性能；韧性；低的弹性模量；在组合体中有好的耐磨性；令人满意的价格。
1.2 口香糖金属
摘要：据估计，至2010年，全世界的老年人口将增至3970万，他们中的90%将会面临由关节功能退化或是自我修复缓慢所带来的功能丧失或难以忍受的病痛的折磨。因此，对于植入性的生物医用器材的研究就显得尤为重要。最近，口香糖金属，包括一组体心立方结构的β-Ti合金（Ti-12Ta-9Nb-3V-6Zr-1.5O,Ti-23Nb-0.7Ta-1.2O,Ti-20Nb-3.5Ta-3.4Zr-1.2O(at%)）,被揭示具有多种综合的优异力学性能。例如，超低的弹性模量，超高强度，类似超弹性的弹性变形能力，类似超塑性的塑性变形能力，很优良的生物相容性及抗磨损性能等。这些综合的性能组合使这组材料成为理想的生物医用材料。
1．2.1 粗晶口香糖金属
2001年，日本丰田中央研究所的Saito研究组计划设计出低弹性模量、高强度的钛合金。众所周知，能改变材料组织的塑性变形和热处理能改变材料的力学性能如强度，硬度等。而涉及原子间键合或电子状态的其它物理性能如弹性模量，热膨胀性等基本不受塑性变形和热处理的影响。
考虑到新型钛合金涉及原子间距或电子状态的弹性模量和热膨胀性能的反常，这组性能优异的合金，在设计之初基于密度泛函理论，被要求需要具备以下三个电磁数：1> 组成元素的平均价电子数e/a大约为4.24；2>代表键合力的键级约为2.87；3>与电负性相关的d电子轨道能级约为2.45 eV(4)。只有在这三组电磁数同时被满足，并且合金须经受足够的塑性变形和含有一定量的氧元素的情况下，合金的这些性能才得以发挥。为避免造成应力遮蔽效应，与人体骨骼弹性模量（20-30Gpa）相近的β相合金成为首选。（众所周知，β相比α相及（α+β)相的弹性模量要低。）鉴于目前最广泛运用的工业生物医疗材料Ti基合金Ti-6Al-4V的另一弊端：合金在人体内缓慢分解释放V离子，无毒性的元素如Nb，Ta，Zr被优先选取添加到合金中来替换对人体有害的元素从而提高该合金的生物相容性。此外，这些替换元素或许能对Ti合金的物理性能有益，如提高强度，增加耐磨性，降低弹性模量等。
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