موضوع مقاله: آلیاژهای دوتایی تیتانیوم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # آلیاژهای دوتایی تیتانیوم | مقدمه: آلیاژهای دوتایی تیتانیوم شامل آلیاژهایی می‌شوند که از ترکیب تیتانیوم (فلز زمینه) و یک فلز دیگر ساخته می‌شوند. | ## بخش 1: آلیاژهای دوتایی تیتانیوم | تیتانیوم خالص، به علت چگالی کم، مقاومت مکانیکی بالا و مقاومت خوب در برابر خوردگی جزو رده فلزهایی است که در صنایع پیشرفته مثل هوافضا و بایومتریال کاربرد دارند. اما برخی از ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی تیتانیوم خالص باید با آلیاژسازی در جهت کاربرد مورد نظر بهینه‌سازی شوند. چگالی پایین، مقاومت فوق‌العاده در برابر خوردگی و خواص خوب کششی این مواد، توجه بخش بزرگی از متالورژیست‌ها و طراحان را که به دنبال مواد بهتر برای ساخت و تولید قطعات بودند را جلب کرد. نتیجهٔ سال اول این پروژه در سه مقاله منتشر شد که یکی از آن‌هتا به‌طور ویژه به آلیاژهای دوتایی تیتانیوم اختصاص داشت. اکثر عناصر آلیاژی استفاده‌شده در آلیاژهای تجاری تیتانیوم را می‌توان به‌عنوان پایدار کنندگان فاز آلفا مانند آلومینیوم و پایدارکننده فاز بتا مانند وانادیوم و کروم دسته‌بندی کرد. این دسته‌بندی بر این اساس است که آیا دمای تغییر شکل آلوتروپیک با افزودن عنصر آلیاژی چگونه تغییر می‌کند. پایدارکننده‌های فاز بتا همچنین به‌عنوان عناصری که به‌طور کامل محلول در تیتانیوم بتا هستند، دسته‌بندی می‌شوند (مانند وانادیوم، مولیبدنیوم، تانتالوم، نیوبیوم) و آن‌هایی که با تیتانیوم سیستم یوتکتوییدی می‌سازند (مثل آهن و کروم). قلع و زیرکونیوم نیز معمولاً با تیتانیوم آلیاژسازی می‌شوند اما به‌جای پایدارسازی هرکدام از این فازها، انحلال‌پذیری زیادی در هر دو فاز آلفا و بتا دارند. آلیاژهای تیتانیوم ازلحاظ ساختار شبکه به چهار گروه تقسیم می‌شوند:آلفا، آلفا/بتا، بتا، ترکیبات میان‌فلزی(TixAl). آلیاژهای تیتانیوم که در صنایع هوافضا استفاده می‌شوند شامل عناصر پایدارکنندهٔ آلفا و بتا هستند تا خواص مکانیکی مورد انتظار از قبیل مقاومت کششی، خزش، خستگی، مقاومت به رشد ترک خستگی، چغرمگی شکست، خوردگی تنشی و مقاومت به اکسیداسیون را به دست دهند. | ## بخش 2: آلیاژهای دوتایی تیتانیوم | پس از گزینش ترکیب شیمیایی، بهینه‌سازی خواص مکانیکی، با تغییر شکل/کار به‌منظور کنترل اندازه، شکل و توزیع فاز آلفا و بتا انجام می‌شود. برای کاربردهای به‌غیراز زمینهٔ هوافضا، جایی که تیتانیوم به خاطر خواص خوردگی فوق‌العاده‌اش استفاده می‌شود، تیتانیوم تجاری خالص یا آلیاژهایی که با افزودن فلزات گروه پلاتین ساخته می‌شوند، استفاده می‌گردد. آلیاژهای تیتانیوم آلومینیومی که بر اساس Ti-Al ساخته می‌شوند پتانسیل فوق‌العاده‌ای در تبدیل‌شدن به یکی از مهم‌ترین مواد اولیهٔ صنعت هوافضا را دارند؛ به علت چگالی پایین، دمای ذوب بالا، استحکام خوب در دمای بالا، مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و جذب هیدروژنی و نیز خواص فوق‌العادهٔ خزشی. مهم‌ترین معضل استفاده از این آلیاژها چکش‌خواری پایین آن‌ها در دماهای متوسط است که منجر به چغرمگی شکست کم و نرخ رشد ترک بالا می‌شود. مطالعات زیادی در این زمینه که چه عواملی بر چکش‌خواری این آلیاژ اثر دارند انجام‌شده‌است که نتایج آن نشان می‌دهد که کاهش ساختار چهاروجهی در شبکه، کاهش حجم سلول واحد، کاهش مقدار ناخالصی، حضور دوقلویی‌ها و ساختار صفحه‌ای و کاهش اندازهٔ دانه بر این خاصیت مؤثرند. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم همواره به علت وزن پایین، مقاومت به خوردگی در محیط بدن، زیست سازگاری و خواص مکانیکی خوب (مدول پایین) یکی از مواد جالب‌توجه برای ساخت ایمپلنت‌های استخوانی بوده‌اند. سیستم آلیاژی تیتانیوم مولیبدنیوم ازاین‌جهت جذاب است که به علت داشتن فاز ارترومبیک آلفا زگوند می‌تواند پتانسیل بالایی برای تبدیل‌شدن به یکی از مواد جدید ساخت این ایمپلنت‌ها داشته باشند. نتایج تجربی نشان داده‌اند که ساختار این سری از آلیاژهای دوتایی به درصد مولیبدنیوم حساس است. با افزایش درصد وزنی مولیبدنیوم تا ۶ درصد، ساختاری مارتنزیتی، سوزنی شکل و دارای دستگاه بلوری راست لوزی که فاز آلفا زگوند نام دارد ایجاد میشود. فاز آلفا زگوند دو مزیت عمده دارد: یک اینکه دارای استحکام خمشی ۶۰ درصد بیشتر از فاز آلفا است و نیز مدول خمشی آن از فاز بتا تا ۶۰ درصد کمتر است. | ## بخش 3: آلیاژهای دوتایی تیتانیوم | Ti-Cu و Ti-Ag بنا بر نمودار فازی هردوی این عناصر پایدارکننده‌های فاز بتا هستند و با افزایش عنصر آلیاژی نقطهٔ ذوب آلیاژ کاهش می‌یابد. آلیاژهای دوتایی تیتانیوم با مس و نقره دو در دستهٔ آلیاژ دارای استحاله‌ی یوتکتوییدی قرار می‌گیرند. به نظر می‌رسد که نقره عنصر آلیاژی گران‌قیمتی در صنعت باشد و به همین علت آلیاژهای Ti-Ag به‌اندازهٔ آلیاژهای Ti-Cu مورد بررسی قرار نگرفته‌اند اما آلیاژهای Ti-Ag مقاومت کششی بیشتری نسبت به تیتانیوم خالص نشان می‌دهند که در مصارف دندانی مهم است. همچنین راجع به مس گفته‌شده‌است که احتمالاً قابلیت خرد شدن تیتانیوم را افزایش می‌دهد؛ اما خطر کاهش مقاومت به خوردگی تیتانیوم بعد از آلیاژسازی با مس وجود دارد. Ti-In ریزساختار این آلیاژ دوتایی یک شبکهٔ هگزاگونال آلفا مشابه تیتانیوم خالص به دست می‌دهد؛ اما این ریزساختار تنها برای مقادیر زیر ۱۵ درصد وزنی ایندیوم رخ می‌دهد. در مقایسه با تیتانیوم خالص به‌طورکلی استحکام کششی نهایی و افزایش طول این آلیاژ بیشتر از حالت آلیاژسازی نشده و خالص است. سختی ویکرز این آلیاژها افزایش ایندیوم زیاد می‌شود و ریز سختی آن‌ها نیز به‌طورکلی از تیتانیوم خالص بیشتر است اما در مورد اثر ایریدیوم بر مدول خمشی نمی‌توان اظهارنظر دقیق کرد. سایر آلیاژها برای برطرف کردن نقایص تیتانیوم خالص، سیستم‌های دوتایی تیتانیوم با عناصر آلیاژی مختلف تولیدشده‌اند که هرکدام از این عناصر آلیاژی عملکرد خاص خود را دارند. به‌عنوان‌مثال زیرکونیوم نه‌تنها سختی و استحکام را افزایش می‌دهد بلکه نقطهٔ ذوب را کاهش می‌داد که بدین ترتیب فرایند ریخته‌گری آسان‌تر می‌گردد. طلا نیز از طرفی مقاومت به خوردگی را بالا می‌برد، زیست سازگاری را بیشتر می‌کند و نیز خواص مکانیکی بهتری نسبت به تیتانیوم خالص به دست می‌دهد. | ## جمع‌بندی | تانتالوم به‌عنوان عنصر آلیاژی در محیط بزاقی نه‌تنها از تیتانیوم خالص بلکه حتی آلیاژ Ti–6Al–7Nb که به‌طور ویژه در این محیط کاربرد دارد نیز خواص خوردگی بهتر از خود نشان می‌دهد.