Ti-15Mo主要由钛和钼等两种元素组成,对人体较为温和,在金属材料中具有与骨骼相似的柔韧性(弹性模量比传统合金更接近骨骼),是一种有望实现高治愈力的生物用钛合金。在生物医疗、化工设备、航空航天等高端领域应用广泛,有关Ti-15Mo钛合金的核心性能、执行标准、应用情况,利泰金属整理如下:
Ti-15Mo钛合金详解
1、基本特性
类型:近β型钛合金
化学成分(wt%):
Mo:14.0~16.0%
Ti:余量
杂质元素(如Fe、O、N、C)严格限制(如O≤0.15%)。
执行标准:
ASTM F2066(医用植入材料标准)
ISO 5832-14(外科植入物专用标准)
2、核心性能
力学性能:
抗拉强度:≥900 MPa
屈服强度:≥800 MPa
延伸率:≥10%
弹性模量:约75~85 GPa(接近人骨模量,减少应力屏蔽效应)
耐腐蚀性:
在氯化物、酸性环境中表现优异,适用于人体体液和化工腐蚀介质。
生物相容性:
符合医疗植入物生物安全性要求(ISO 10993标准)。
3、应用领域
生物医疗:
骨科植入物:人工关节、骨钉、脊柱固定器械。
牙科应用:种植体、正畸弓丝(因低模量和高耐腐蚀性)。
化工设备:
用于强酸(如盐酸、硫酸)环境下的反应器、阀门、管道。
航空航天:
非主承力结构件,如紧固件、支架(需结合表面处理提升疲劳性能)。
4、执行标准要求(ASTM F2066)
成分控制:
Mo含量严格控制在14%~16%,避免β相不稳定。
限制间隙元素(O≤0.15%、N≤0.05%)以确保韧性。
力学性能测试:
需通过拉伸试验、硬度测试(如洛氏硬度HRC≥25)。
生物安全性:
需通过细胞毒性、致敏性等生物相容性测试。
5、与其他β型钛合金的差异
合金牌号 | 主要成分 | 弹性模量 (GPa) | 典型强度 (MPa) | 核心优势 | 主要应用 |
Ti-15Mo | Ti-15Mo | 75~85 | 抗拉≥900 | 低模量、生物相容性 | 骨科植入物 |
TB5 | Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al | 80~95 | 抗拉≥1000 | 冷成形性、高强度 | 航天紧固件 |
Ti-5553 | Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr | 110~120 | 抗拉≥1250 | 超高强度、深淬透性 | 航空结构件(如起落架) |
Ti-13Nb-13Zr | Ti-13Nb-13Zr | 60~80 | 抗拉≥800 | 超低模量、耐磨性 | 牙科种植体 |
6、加工与处理
热处理:
固溶处理:通常在800~900℃保温后水淬,获得单一β相。
时效处理:450~550℃保温,析出α相以提升强度。
加工性能:
冷加工:可进行冷轧、冷拔,但需控制变形量避免开裂。
焊接:需采用惰性气体保护(如TIG焊),焊后需退火消除应力。
表面处理:
阳极氧化:提升表面硬度和耐腐蚀性。
喷砂处理:用于医疗植入物促进骨整合。
7、局限性
成本较高:因钼元素添加及严格的生产控制,价格高于常规钛合金(如TC4)。
高温性能受限:长期使用温度不宜超过300℃,β相在高温下易粗化。
8、选型建议
医疗领域:首选Ti-15Mo或Ti-13Nb-13Zr,需权衡模量与强度。
化工耐蚀:若介质为还原性酸,Ti-15Mo优于TC4;若为氧化性酸,TA2更优。
轻量化结构:需高强度时选择Ti-5553,需低模量则选Ti-15Mo。
总结
Ti-15Mo钛合金凭借其低弹性模量、优异的生物相容性和耐腐蚀性,成为医疗植入物及特殊化工环境的理想材料。其性能与成本介于传统α+β合金(如TC4)与高强度β合金(如Ti-5553)之间,选型时需结合具体工况需求。
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