生物醫(yī)用新型低彈性模量亞穩(wěn)β鈦合金的設(shè)計及性能研究.pdf

1、臨床上作為外科植入用的金屬生物材料中，鈦合金由于具有優(yōu)良的生物相容性和優(yōu)異的機械性能以及在體液環(huán)境中的耐腐蝕性而獲得了廣泛應(yīng)用。但目前已有的生物醫(yī)用鈦合金由于彈性模量與人骨相比過高，會導(dǎo)致種植體與骨之間由于彈性模量的不匹配而引起“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，從而使種植體周圍出現(xiàn)骨吸收，引起種植體松動或斷裂，最終造成種植失敗。因此研究具有較低彈性模量的新型生物醫(yī)用鈦合金就成為當(dāng)前研究的熱點。 本文使用d－電子合金設(shè)計方法，從理論上設(shè)計了三種不

2、含細胞毒性元素且具有較低彈性模量的生物醫(yī)用新型亞穩(wěn)β鈦合金Ti35Nb10Zr、Ti35Nb8Zr2Mo 和Ti20Nb15Zr10Mo。 使用WK-Ⅱ型真空非自耗電弧凝殼爐制備出了所設(shè)計的三種合金鑄錠，并對制備出的鈦合金凝殼鑄錠以及經(jīng)過不同熱處理后的鑄錠進行了顯微組織觀察、相結(jié)構(gòu)鑒定以及基本的力學(xué)性能檢測。其中重點考察了合金的彈性模量指標，并研究了不同化學(xué)成分對合金彈性模量的影響以及不同熱處理工藝對合金彈性模量的影響。此外，還

3、對所設(shè)計出的合金鑄錠進行耐腐蝕實驗，研究了合金在人體生理環(huán)境中的腐蝕情況。結(jié)果表明： 1. 通過X 射線衍射分析，本研究所設(shè)計的三種合金鑄錠凝殼鑄態(tài)和固溶態(tài)均為β相，符合所設(shè)計的亞穩(wěn)β鈦合金的要求。 2. 通過金相顯微鏡和掃描電鏡對合金試樣進行形貌觀察，結(jié)果表明本研究所設(shè)計的合金鑄錠晶粒比較粗大，其凝殼鑄態(tài)β晶粒平均尺寸為200μm 左右，合金經(jīng)過熱處理后它們β晶粒平均尺寸與此差別不大。在大多晶粒內(nèi)還存在著亞晶界。

4、 3. 對于本研究所設(shè)計的三種合金，通過不同熱處理后，Ti35Nb10Zr 的最低壓縮模量為11.2Gpa，Ti35Nb8Zr2Mo 的最低壓縮模量為17.7Gpa，Ti20Nb15Zr10Mo 的最低壓縮模量為14.7Gpa，均低于Ti6Al4V（鍛態(tài)）的壓縮模量值21.8Gpa。該結(jié)果也說明了使用d－電子合金設(shè)計方法進行低彈性模量鈦合金的理論設(shè)計，可以顯著減少實驗次數(shù)、降低實驗成本，并能取得較理想的實驗結(jié)果。 4. 通過使