生物鈦合金組合材料設(shè)計(jì)及TI-Co-Nb三元相圖研究.pdf

1、鈦及鈦合金由于質(zhì)輕、強(qiáng)度高、彈性模量低、耐腐蝕性能好及具有優(yōu)良的生物相容性而被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。運(yùn)用一種改進(jìn)的方法制作了多元擴(kuò)散節(jié)Ti-Zr-Ta(Nb)，并在1173K溫度下退火1800h，水淬至室溫。結(jié)合納米壓痕儀(nano-indentation)與電子探針(EPMA)，測(cè)定了擴(kuò)散節(jié)上每一點(diǎn)的成分、硬度、彈性模量，建立了Ti-Zr-Ta(Nb)體系成分-硬度-彈性模量數(shù)據(jù)庫。另外，研究了Ti-Co-Nb三元系在1273K時(shí)的

2、相關(guān)系。本研究得出以下結(jié)論:
　　1.在Ti-Ta二元系中，彈性模量并沒有隨著β穩(wěn)定元素Ta的添加而持續(xù)下降，而是呈現(xiàn)出“W”形狀的變化趨勢(shì)，這主要與Ti-Ta合金自高溫β相區(qū)水淬至室溫時(shí)所產(chǎn)生的不同相變過程有關(guān)。Ti-28％Ta、Ti-59％Ta合金具有較小的彈性模量，其值分別為67.5、67.8 GPa。Ti-37％Ta合金具有較大的硬度，其值為4.0GPa。在Ti-Zr-Ta三元系中，Ti-38Zr-10Ta合金具有較低的彈

3、性模量63.3GPa以及較大的硬度3.4GPa，有望在該合金的基礎(chǔ)上研發(fā)新型生物醫(yī)用鈦合金。
　　2.在Ti-Nb二元系中，彈性模量隨著Nb含量的增加同樣呈現(xiàn)出“W”形狀的變化趨勢(shì)。Ti-39％Nb合金具有較小的彈性模量63.5GPa，Ti-21％Nb合金具有較大的硬度，其值為4.1GPa。Ti-41Zr-10Nb具有較小的彈性模量(62.7GPa)，且硬度較大(2.7GPa)，有望在此基礎(chǔ)上開發(fā)新型的生物醫(yī)用鈦合金。
　　

4、3.本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的彈性模量數(shù)據(jù)與他人利用單個(gè)合金測(cè)量結(jié)果相一致，證明該方法是一種高效、可靠的實(shí)驗(yàn)方法，因此該方法可以加快生物醫(yī)用鈦合金材料的研究與新發(fā)現(xiàn)。
　　4.建立了Ti-Co-Nb三元系1273K的等溫截面。化合物基本都有一定的固溶度，Ti、Nb可以在一定程度上進(jìn)行替換，NbCo2、TiCo2(h)可以形成連續(xù)固溶體(Ti，Nb)Co2。Ti-Co-Nb三元系在1000℃時(shí)沒有形成三元化合物，測(cè)定了4個(gè)三相平衡: