Ti35Nb泡沫合金的疲勞性能及表面處理對其影響.pdf

1、鈦及鈦合金等具有低密度、優(yōu)異的力學(xué)性能、生物相容性以及良好的耐腐蝕性能,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。但作為人體骨骼的移植材料,其較高的彈性模量會導(dǎo)致植入體周圍的骨頭嚴(yán)重弱化,醫(yī)學(xué)上稱之為“應(yīng)力遮擋”,最終引起植入體的松動(dòng)。解決這一問題的一個(gè)有效途徑是在合金中引入孔,即制備出多孔鈦合金泡沫。本文采用造孔劑(NH3HCO3)粉末燒結(jié)法,制備出不同孔隙率的Ti35Nb合金泡沫,對該多孔合金泡沫的顯微組織和孔洞形貌進(jìn)行了分析表征,并對Ti35N

2、b單調(diào)壓縮力學(xué)行為以及壓-壓循環(huán)載荷下的疲勞性能進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,對Ti35Nb泡沫合金進(jìn)行了表面活性化處理,并探討了表面處理對其的常規(guī)力學(xué)行為以及疲勞性能的影響。
　　研究結(jié)果表明:用造孔劑粉末燒結(jié)法制備的多孔Ti35Nb泡沫合金,其顯微組織主要由β相組成,且孔洞分布均勻,平均孔徑約為252μm,孔結(jié)構(gòu)特征與人體骨骼相似。對不同孔隙率的多孔Ti35Nb合金泡沫的常規(guī)力學(xué)性能研究的結(jié)果表明,該多孔合金的強(qiáng)度強(qiáng)烈地取決于合金的

3、孔隙率。隨著孔隙率的增加,Ti35Nb多孔合金泡沫的平臺應(yīng)力急劇的減小,孔隙率為51％、61%和66%的多孔合金試樣的平臺應(yīng)力分別為131.67MPa、60.83MPa和56MPa;對孔隙率為66%的試樣進(jìn)行壓-壓疲勞試驗(yàn)下的結(jié)果表明,其疲勞極限為15.1MPa(疲勞次數(shù)N=107)。其疲勞斷口分析結(jié)果表明,微孔和宏孔連接處是是裂紋容易萌生的地方,裂紋以塑性疲勞裂紋擴(kuò)展方式擴(kuò)展,最終引起了單個(gè)孔壁的斷裂,從而將載荷傳遞給相鄰的孔壁,加速