鈦棒是由純鈦或鈦合金通過熔煉、鍛造、軋制等工藝制成的棒狀材料,具有輕質(zhì)高強(qiáng)(密度4.51g/cm3)、耐腐蝕性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)。在醫(yī)療領(lǐng)域常采用Gr5鈦合金(Ti-6Al-4V)制作人工關(guān)節(jié),其抗拉強(qiáng)度可達(dá)895MPa,遠(yuǎn)高于普通不銹鋼材料。需要特別注意的是,鈦棒表面會(huì)自然形成致密氧化膜,這使得其在海水、酸堿環(huán)境中表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性,即便是濃度70%的硝酸溶液也難以對(duì)其造成腐蝕。
從生產(chǎn)工藝來看,熱軋鈦棒(加工溫度β相變點(diǎn)以上)通常用于需要承受高負(fù)荷的航空部件,而冷軋鈦棒則更適合制造精密醫(yī)療器械。不同于普通金屬材料,鈦棒在500℃高溫環(huán)境下仍能保持良好機(jī)械性能,這使得它成為航天發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片的理想選擇。實(shí)際應(yīng)用中還需關(guān)注其導(dǎo)熱系數(shù)較低(17W/m·K)的特性,在焊接時(shí)需要采取特殊工藝防止變形。
鈦棒的規(guī)格參數(shù)跨度很大,常見直徑范圍6-300mm,長(zhǎng)度可達(dá)6000mm。特殊規(guī)格如超細(xì)鈦棒(φ0.5mm)可用于微創(chuàng)手術(shù)器械,而超大直徑鈦棒則用于深海探測(cè)器耐壓殼體。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)可通過鈦粉選擇性激光熔融(SLM)直接成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)鈦棒,這種工藝制造的部件內(nèi)部孔隙率能控制在0.5%以下,為醫(yī)療器械個(gè)性化定制提供了新可能。
在材料采購(gòu)時(shí),需要重點(diǎn)關(guān)注氧含量指標(biāo)(工業(yè)純鈦TA1要求≤0.18%),這項(xiàng)參數(shù)直接影響材料的延展性和沖擊韌性。值得注意的是,相同規(guī)格的鈦棒價(jià)格可能相差數(shù)倍,這主要取決于微量元素含量、晶粒度級(jí)別(1-8級(jí))以及是否經(jīng)過β熱處理等工藝差異。對(duì)于要求生物相容性的醫(yī)療級(jí)鈦棒,還必須通過ISO5832-2或ASTMF136等認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。