生物醫(yī)用新型低彈性模量亞穩(wěn)β鈦合金的設(shè)計(jì)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(jī)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(guò)高，會(huì)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(dòng)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(diǎn)。 本文使用d－電子合金設(shè)計(jì)方法，從理論上設(shè)計(jì)了三種不

2、含細(xì)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(jì)的三種合金鑄錠，并對(duì)制備出的鈦合金凝殼鑄錠以及經(jīng)過(guò)不同熱處理后的鑄錠進(jìn)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(cè)。其中重點(diǎn)考察了合金的彈性模量指標(biāo)，并研究了不同化學(xué)成分對(duì)合金彈性模量的影響以及不同熱處理工藝對(duì)合金彈性模量的影響。此外，還

3、對(duì)所設(shè)計(jì)出的合金鑄錠進(jìn)行耐腐蝕實(shí)驗(yàn)，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(guò)X 射線衍射分析，本研究所設(shè)計(jì)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(jì)的亞穩(wěn)β鈦合金的要求。 2. 通過(guò)金相顯微鏡和掃描電鏡對(duì)合金試樣進(jìn)行形貌觀察，結(jié)果表明本研究所設(shè)計(jì)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(guò)熱處理后它們?chǔ)戮ЯＦ骄叽缗c此差別不大。在大多晶粒內(nèi)還存在著亞晶界。

4、 3. 對(duì)于本研究所設(shè)計(jì)的三種合金，通過(guò)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(shuō)明了使用d－電子合金設(shè)計(jì)方法進(jìn)行低彈性模量鈦合金的理論設(shè)計(jì)，可以顯著減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、降低實(shí)驗(yàn)成本，并能取得較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 4. 通過(guò)使