生物醫(yī)用Ti-Ta基合金組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的研究.pdf

1、生物醫(yī)用鈦合金由于具有與人體骨骼相近似的彈性模量、良好的生物相容性和機(jī)械加工性能及在生物環(huán)境下優(yōu)良的抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，并在臨床上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。到目前為止，用于生物醫(yī)用的鈦合金主要為Ni-Ti基合金，然而Ni-Ti合金存在潛在的Ni離子毒性的問題，因此，研究開發(fā)新型生物醫(yī)用無Ni鈦合金成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本論文系統(tǒng)地研究了新型生物醫(yī)用Ti-Ta和Ti-30Ta-Nb合金的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能等，并

2、在所獲得的結(jié)果上添加Si/Zr第四組元，以進(jìn)一步優(yōu)化改善上述合金的性能。
　　 研究表明：Ta對Ti-xTa(x=30-65，wt.％，下同)合金的組織和力學(xué)性能影響明顯。其中x=30和x=40合金均為α"單相，x=55合金主要為α″相和少量β相，而x=65合金則為主要β相和少量α"相。隨著Ta含量的增加，合金出現(xiàn)兩個(gè)彈性模量的極小值，分別為x=30和x=65，其中x=30的彈性模量僅為53GPa。
　　 Nb對Ti-3

3、0Ta-xNb(x=12-30)合金的組織和力學(xué)性能有較大的影響。當(dāng)x≤15時(shí)，合金為單一α″相，當(dāng)x≥27時(shí)，合金為單一β相，當(dāng)x從15到24，合金組織則從主要是α″相和少量的β相過渡到主要β相和少量α″相。隨著Nb含量的變化，合金在x=21出現(xiàn)彈性模量的極小值，為60.95GPa。合金力學(xué)性能的變化主要是由合金的微觀組織、相組成及其含量和各相的晶胞參數(shù)等綜合作用的結(jié)果。
　　 微量Si對Ti-30Ta-18Nb-xSi(x=

4、0.1，0.2，0.3)合金的組織和力學(xué)性能也有明顯的影響。當(dāng)x=0.1時(shí)，有(Ti，Ta,Nb)3Si相析出，且其含量和顆粒尺寸隨著Si的增加而逐漸增加。另一方面，隨著Si含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度逐漸升高．到x=0.3達(dá)到617.22MPa。經(jīng)過時(shí)效后所有的合金的抗拉強(qiáng)度都有了很大的提高，其中x=0.3更是達(dá)到851.65MPa。
　　 Zr對Ti-30Ta-18Nb-xZr(x=0-9)合金組織和力學(xué)性能也有較大的影響。當(dāng)

5、x≤3時(shí)，合金主要為α"相和少量的β相，當(dāng)x≥6時(shí)，合金為單一β相。隨著Zr含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度逐漸升高，到x=9時(shí)達(dá)到645.3MPa。經(jīng)過時(shí)效后所有的合金的抗拉強(qiáng)度都有了很大的提高，其中x=9更是達(dá)到了800.71MPa。合金的彈性模量隨著Zr含量的增加而先下降后上升，在x=3時(shí)達(dá)到最小。與傳統(tǒng)醫(yī)用植入材料及有報(bào)道的鈦合金相比，x=3、x=6和x=9的高強(qiáng)度和低模量達(dá)到了很好的匹配，具有發(fā)展成為生物醫(yī)用高強(qiáng)度低模量鈦合金的良好