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新型生物医用近β型钛合金的组织及力学性能

陶姗  
【摘要】:由于应用面广、需求量大,用于人工骨、人工关节及人工种植牙等人体硬组织的替代材料,已成为各国开发研究的热点。作为替代材料的纯钛以及钛合金以其优秀的生物相容性、抗腐蚀性及与骨相近的弹性模量,在医学领域中获得了越来越广泛的应用,并带来了较大的社会效益和经济价值。 论文根据生物医用钛合金开发的现状和存在的问题,研制出一种新型近β型钛合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr,采用锻造(β相变点以上两个温区锻造)、固溶处理(β相变点以上40~50℃)、时效处理(350℃和450℃两种时效温度和多种不同的时效时间)等对制备的材料进行后处理,研究Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金铸态及处理后的力学性能(强度、塑性、弹性模量等)及其显微组织,初步探索了合金达到低模量化和高强韧性匹配的工艺及其影响规律,结果表明: 合金在铸态时有少量的气孔与缩孔,通过锻造再固溶处理后的合金组织比较均匀,得到的是单一的亚稳β相,此时的合金强度和弹性模量均较低。再经两种温度的时效处理后,合金的强度和弹性模量均升高,而塑性和韧性则有所降低。 随着时效温度的升高,合金的拉伸强度降低,而延伸率则不断增加。合金强度变化的直接原因是弥散相的数量、大小以及分布的不同。经时效处理后,在晶内与晶界析出α相,同时随着时效温度的升高,片状α析出相增厚和加长,片与片之间的距离在加大。且随着时效温度的升高,α相弥散度降低。这些因素使得在低温(350℃)时的强化效果比较好。 随着时效时间的增加,析出的强化相α将逐渐增多且逐渐长大。同时随着时效时间的延长,片状α析出相略有变细和加长,片与片之间的距离在减小,并主要分布在稳定平衡组织β相基体中,与平衡组织β相并存。随着时效时间的增加,350℃时效处理的时效材抗拉强度明显降低,延伸率也降低。而对于450℃时效材,时效时间对合金力学性能的影响与时效温度的影响刚好相反,随着时效时间的延长,合金的强度增大,但延伸率下降。 综合考虑医用钛合金的生物力学相容性要求,Ti-29Nb-13Ta-4.6zr合


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