生物醫(yī)用低彈性模量鈦合金組織與性能的研究.pdf

1、生物醫(yī)用鈦合金由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的耐蝕性能而被廣泛用作人體骨和牙齒等硬組織的修復(fù)和替換材料。目前臨床上應(yīng)用的生物醫(yī)用鈦合金還存在許多不足之處，如彈性模量較高、含鋁和釩等有毒元素等。本文以研究低彈性模量鈦合金材料為目的，選用生物相容性好的鈮、鋯作為添加元素，然后分別采用團簇線判據(jù)法和配比法進(jìn)行合金成分設(shè)計。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)研究了材料在不同加工工藝和不同熱處理工藝下的相結(jié)構(gòu)、顯微組織

2、；分別采用超聲法和拉伸法測試了合金的彈性模量，重點研究了不同化學(xué)成分以及不同熱處理工藝對合金彈性模量的影響，并對合金的基本力學(xué)性能進(jìn)行了測試。 團簇線判據(jù)法設(shè)計的Ti(14-X)NblZrx(at)系合金凝殼鑄態(tài)和吸鑄態(tài)下組織均是由β+α相組成，動態(tài)彈性模量在71～76GPa之間，隨著鋯含量的增加，彈性模量降低。吸鑄方法沒有將高溫液態(tài)合金中以鈮為中心原子的體心立方結(jié)構(gòu)保留到室溫，沒有得到單一β相合金。 配比法設(shè)計的Ti-

3、XNb-7Zr(wt.％)系凝殼鑄態(tài)合金固溶處理后是由基體β相、針狀α相和透鏡狀α相組成，并具有較低的動態(tài)彈性模量，是Ti-6Al-4V(約110GPa)合金的60～70％，Ti-18Nb-7Zr合金最低，為67.2GPa。Ti-18Nb-7Zr合金時效后的組織由β+α相組成，時效溫度在350～450℃時，組織呈層片狀，并且隨著溫度的增加而長大；時效溫度為550℃時，組織呈針狀分布。隨著時效溫度的升高，壓縮強度和彈性模量升高。

4、Ti-27Nb-8Zr(wt.％)合金熱軋后在800℃固溶后組織由基體β相和針狀α”相組成，并發(fā)生再結(jié)晶，再結(jié)晶晶粒直徑約為55um，拉伸彈性模量為72GPa，拉伸強度較低，屈服強度和抗拉強度分別為348MPa和505MPa，延伸率和斷面收縮率較高，分別為58％和69％。時效處理后，β相和α”相均發(fā)生分解，時效溫度在350～400℃時，合金組織由細(xì)小彌散分布的ω相和基體β相組成；時效溫度為450℃時，組織由顆粒狀ω相、少量針狀α相和基體