新型醫(yī)用鈦合金的制備、熱機(jī)械加工工藝及表面生物活化研究.pdf

1、本文主要對新型醫(yī)用Ti-25Nb-2Zr(at％下同)鈦合金的制備,熱機(jī)械加工工藝及表面生物活性進(jìn)行了研究。通過DSC、金相組織、XRD、拉伸試驗(yàn),顯微硬度及形狀記憶效應(yīng)及超彈性測試對微量鋯元素對Ti-25Nb合金的相變、顯微組織,力學(xué)性能及形狀記憶效應(yīng)等性能的影響進(jìn)行了考察。同時(shí)進(jìn)一步研究了熱處理及冷加工工藝對Ti-25Nb-2Zr合金顯微組織及力學(xué)性能的影響。此外,采用普通氧化法對Ti-25Nb-2Zr合金的表面進(jìn)行改性,借助SEM

2、、EDS、XRD、XPS及FTIR對改性后的合金表面及隨后經(jīng)過仿生生長的合金表面進(jìn)行表征。通過實(shí)驗(yàn)研究及理論分析,主要得出以下結(jié)論:
　　 在Ti-25Nb合金中添加微量鋯元素對于降低合金的相變點(diǎn),抑制α相析出及細(xì)化晶粒有一定的作用:合金中每增加1at％的鋯元素,合金相變點(diǎn)約降低10K。合金的強(qiáng)度隨鋯含量的變化呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢;合金的彈性模量及顯微硬度隨鋯含量的變化趨勢則與抗拉強(qiáng)度相反,呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。合金在鋯含量

3、為3at％時(shí)獲得最高770MPa的抗拉強(qiáng)度,在鋯含量為2at％時(shí)合金具有最低62GPa的彈性模量。鋯元素的添加對合金的馬氏體相變溫度有影響:鋯含量為2at％左右的合金在室溫變形能生成馬氏體,故其形狀記憶效應(yīng)較明顯。
　　 Ti-25Nb-2Zr合金在β相交點(diǎn)以上固溶處理,空冷后保留等軸全β相組織,合金具有較低的強(qiáng)度和優(yōu)異的塑性。隨著固溶溫度的增加,合金晶粒顯著粗化,導(dǎo)致合金的強(qiáng)度及塑韌性下降。合金在350℃進(jìn)行時(shí)效處理,在基體中

4、析出硬脆相ω相;在450℃左右時(shí)效,在基體中析出α相。合金在經(jīng)過冷加工后,發(fā)生了應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。由于馬氏體相變和加工硬化的共同作用,導(dǎo)致合金的強(qiáng)度在冷形變量較小時(shí)增加不顯著。
　　 Ti-25Nb-2Zr合金在空氣中氧化,在300℃～600℃的溫度區(qū)間內(nèi),表面氧化物將從亞穩(wěn)態(tài)氧化鈦先轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦,最終轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。合金經(jīng)空氣中500℃2h氧化后,SEM及AFM觀察顯示合金表面粗糙度明顯增加。經(jīng)空氣中500℃2h氧化后的合金試