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Ti-6Al-4V/Ti-3Al-2.5钛合金管在钛制轮椅中的应用

发布时间 :2021-05-30 21:33:25 浏览次数 :

轮椅作为腿部残疾人的帮助工具,其应用材料要求牢固"轻量"舒适"美观。 合金钢、不锈钢及铝材等因价格低廉!易于加工!是目前轮椅用材的首选!其中钢制轮椅在市场中占主导地位。钛,虽然质量较前述材料轻、比强度也高!但因价格昂贵!在该领域应用还不是非常广泛。表1为轮椅用各种材料性能指标。从表1可以看出,其中钛制轮椅的质量最轻!这对长期

使用轮椅的人来说有很大的好处。

Ti-6Al-4V/Ti-3Al-2.5钛合金管在钛制轮椅中的应用

轮椅用钛早在20世纪80年代中期就出现过。随着人民生活水平的日益好转,轮椅也更注重向美观"轻量"舒适等方向发展;加之钛材民用化程度的提高!钛的应用潜力得到了发挥,轮椅用钛在90年代后期快速发展。

目前,Ti-3Al-2.5V因其管成形性、耐蚀性、延展性好,是车架常用的钛合金!曾用于自行车车架中。我国上海有色金属研究所近2年成功开发了车架用Ti-3AI-2.5V无缝管,产品已远销美国、意大利等。Ti-6Al-4V合金的模量指标和拉伸强度均高于Ti-3Al-2.5V合金,但其加工成小直径的管材很困难,因而不适于做车架,但可作车架上的曲轴定位器、脚踏及车把等。Ti-15V-3Al-6CR-4Mo-4Zr合金容易加工成型!其密度较高!但模量指标较低,其弯曲特性可与Ti-3Al-2.5V相比,可提高车架的灵活性和舒适性。

1、钛制轮椅的优点

钛部件除了强度高、质量外!还具有良好的减震特性。工业纯钛的弹性模量常温下为106.4GPa约为304不锈钢的( 193GPa)一半,比7003铝合金(72GPa) 略高,因此钛弹性好,扭转强度高,同样负载下,轮椅变形小,震动小。钛对于汗液和洗涤剂的耐蚀性也高于铝材和不锈钢材,与人体肌肤接触不会引起过敏反应# 钛的导热率为铝的1/10,单位热容是不锈钢的50%,人体接触时没有冰凉的感觉。

在日本,通常选用工业纯钛制造轮椅。如JIS标准中第4种是目前可加工的最高强度工业纯钛,其强度与用于机械构件的合金钢相当m适合作篮球、网球、田径、高山滑雪等竞技用轮椅材料。

钛制轮椅的主要优点是牢固、轻量、舒适、美观,使用寿命长,同时可减少肩部及手腕损伤,减少昂贵的手术费用和电动轮椅的使用,因电动轮椅的价格比手动轮椅价格至少贵2倍,而且用电动轮椅,活动减少还会引起其它健康问题,但钛昂贵的价格,成为市场开发的障碍。

钛合金轮椅

2、钛制轮椅的市场开发

2.1 国内市场

我国轮椅生产厂家主要生产单一型的残疾人用轮椅"目前尚没有一家生产医院、疗养院等使用的多型号轮椅,我国每年增加的下肢残疾(或瘫痪) 患者达35 万~40万人(近10 年统计平均值),按照年增长量的2.5%计算,每年就有近1万台的高档豪华轮椅的需求;另外,随着我国人口老龄化问题的日益突出,按城市老年人的11‰计算,也有4万台的轮椅市场需求;另外国际市场的需求和残疾人体育运动等每年也有5000台的需求量,可见,轮椅市场的潜力巨大。

目前,国内市场上有钢管镀铬车架、 铝合金车架,尚没有钛制车架,全国轮椅生产厂家近30 家,主要集中在东部发达地区,年产量约10万辆,与国外轮椅车相比, 我国轮椅车的生产和销售市场处于无序状态,产品质量较差、档次低、品种少、企业规模小。

2.2 国际市场

钛用作轮椅车架是受钛制自行车的启发,但远不如自行车用钛量大,只有少数公司有足够的经费开展钛制轮椅及材料的研究及开发,影响钛制轮椅发展的主要原因是钛成本过高" 其造价比铝制轮椅要高出10%~25%。

钛轮椅是美国在钛新应用领域中开发的一个亮点,目前美国在轮椅市场上约有15亿美元的收入。TiSport有限公司设计制造了一系列经美国食品药物管理局(FDA)验证的钛制轮椅。所有产品经工程师亲自为使用者专门设计,使用独特的技术,提供轮椅最平稳、最灵敏的效能。图1为TiSport有限公司生产的钛制轮椅车架(a)和Quicke型钛制轮椅车(b)。图2为加拿大BetterMade轮椅车公司生产的钛制轮椅车。

钛合金管在钛制轮椅中的应用

3、结语

钛在轮椅上的应用技术远不如在航空工业上的成熟,轮椅和自行车用钛及碳纤维等材料目前正处于研究开发#试用阶段,由于钛合金冶炼和加工成本较高,制约了钛制轮椅的普及,美国TiSport有限公司生产的钛制轮椅价格通常为2000美元,我国西安市场上的钢制轮椅价格在4800~5200元人民币。

因此,为了扩大钛合金在轮椅车架领域的应用,还需不断研制开发新型低成本、工艺性能好的钛合金以及先进#高效率的成形工艺。

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