生物工程用新型低彈性模量鈦合金材料研究.pdf

1、生物鈦合金材料的研究是隨著人們對健康的需求以及生活質(zhì)量的提高而發(fā)展起來的。它經(jīng)歷了純鈦、傳統(tǒng)TC4(Ti6Al4V)合金、無鋁鈦合金、無釩無鋁鈦合金，低彈性模量鈦合金等幾個(gè)階段。 該論文以研究低彈性模量鈦合金材料為目的，分別對鈦鈮合金，鈦鈮鉭鋯合金進(jìn)行了研究。首先探索了鈮含量對鈦鈮二元合金彈性模量的影響，然后運(yùn)用正交法及d-電子理論對鈦鈮鉭鋯合金的成分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。利用光學(xué)顯微鏡，掃描電鏡(SEM)，X射線衍射(XRD)研究了材料

2、在不同熱處理狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了力學(xué)性能及彈性模量測試，并對性能較好的Ti20Nb13Ta13Zr合金作了膨脹性能測定和差熱分析。在X衍射的基礎(chǔ)上，對合金中存在的組織作了晶格常數(shù)分析。最后與中國醫(yī)科大學(xué)合作，研究了材料的生物腐蝕性能。 鈦鈮系列二元合金在固溶狀態(tài)下均具有較低的彈性模量，是TC4合金(約110GPa)的50％～70％；Ti-20Nb合金最低，約58GPa。拉伸強(qiáng)度較低，Rm為(635±30)MPa，Rp0.2

3、為(330～370)MPa。伸長率及斷面收縮率都較高，分別為19％～32％和31％～69％，塑性優(yōu)異。 Ti20Nb13Ta13Zr合金是在鈦鈮二元合金基礎(chǔ)上發(fā)展起來的綜合力學(xué)性能較好的合金。它在固溶狀態(tài)下彈性模量可達(dá)62GPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)650MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)480MPa。在時(shí)效狀態(tài)下，可達(dá)68GPa，力學(xué)性能Rm≥720MPa，Rp0.2≥620，A≥10％，Z≥20％，均達(dá)到指標(biāo)要求。 鈦鈮及鈦鈮鉭鋯合金在固溶

4、狀態(tài)下淬火時(shí)，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，顯微組織主要是針狀馬氏體α"+β亞穩(wěn)相，部分合金中存在針狀α相。時(shí)效狀態(tài)下的合金，當(dāng)時(shí)效溫度在(300～400)℃左右時(shí)，合金組織為α+β+ω相，由于硬脆相ω的析出，合金的彈性模量、拉伸強(qiáng)度均較高，但塑性較差；當(dāng)時(shí)效溫度在500℃左右時(shí)，合金組織為α+β相，在β原始晶界及晶內(nèi)，α+β呈彌散析出，具有較好的綜合力學(xué)性能。時(shí)效狀態(tài)下合金彈性模量相對固溶態(tài)有所升高。 Ti20Nb13Ta13Zr在模擬人體