新型生物醫(yī)用近β型鈦合金的組織及力學(xué)性能.pdf

1、由于應(yīng)用面廣、需求量大，用于人工骨、人工關(guān)節(jié)及人工種植牙等人體硬組織的替代材料，已成為各國(guó)開發(fā)研究的熱點(diǎn)。作為替代材料的純鈦以及鈦合金以其優(yōu)秀的生物相容性、抗腐蝕性及與骨相近的彈性模量，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，并帶來了較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 論文根據(jù)生物醫(yī)用鈦合金開發(fā)的現(xiàn)狀和存在的問題，研制出一種新型近β型鈦合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr，采用鍛造(β相變點(diǎn)以上兩個(gè)溫區(qū)鍛造)、固溶處理(β相變點(diǎn)以上40

2、～50℃)、時(shí)效處理(350℃和450℃兩種時(shí)效溫度和多種不同的時(shí)效時(shí)間)等對(duì)制備的材料進(jìn)行后處理，研究Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金鑄態(tài)及處理后的力學(xué)性能(強(qiáng)度、塑性、彈性模量等)及其顯微組織，初步探索了合金達(dá)到低模量化和高強(qiáng)韌性匹配的工藝及其影響規(guī)律，結(jié)果表明： 合金在鑄態(tài)時(shí)有少量的氣孔與縮孔，通過鍛造再固溶處理后的合金組織比較均勻，得到的是單一的亞穩(wěn)β相，此時(shí)的合金強(qiáng)度和彈性模量均較低。再經(jīng)兩種溫度的時(shí)效處理后，

3、合金的強(qiáng)度和彈性模量均升高，而塑性和韌性則有所降低。 隨著時(shí)效溫度的升高，合金的拉伸強(qiáng)度降低，而延伸率則不斷增加。合金強(qiáng)度變化的直接原因是彌散相的數(shù)量、大小以及分布的不同。經(jīng)時(shí)效處理后，在晶內(nèi)與晶界析出α相，同時(shí)隨著時(shí)效溫度的升高，片狀α析出相增厚和加長(zhǎng)，片與片之間的距離在加大。且隨著時(shí)效溫度的升高，α相彌散度降低。這些因素使得在低溫(350℃)時(shí)的強(qiáng)化效果比較好。 隨著時(shí)效時(shí)間的增加，析出的強(qiáng)化相α將逐漸增多且逐漸長(zhǎng)大

4、。同時(shí)隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，片狀α析出相略有變細(xì)和加長(zhǎng)，片與片之間的距離在減小，并主要分布在穩(wěn)定平衡組織β相基體中，與平衡組織β相并存。隨著時(shí)效時(shí)間的增加，350℃時(shí)效處理的時(shí)效材抗拉強(qiáng)度明顯降低，延伸率也降低。而對(duì)于450℃時(shí)效材，時(shí)效時(shí)間對(duì)合金力學(xué)性能的影響與時(shí)效溫度的影響剛好相反，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，合金的強(qiáng)度增大，但延伸率下降。 綜合考慮醫(yī)用鈦合金的生物力學(xué)相容性要求，Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金選擇在β相區(qū)8