收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

生物医用Ti-Nb-Zr系合金的组织与性能关系研究

叶文君  
【摘要】:钛及钛合金具有优异的耐蚀性能和生物相容性。外科植入物引起的“应力屏蔽现象”(Stress shielding phenomenon)以及TiNi合金中Ni元素对人体存在潜在的致敏、致畸和致癌等毒副作用等推动了生物相容性优良、高强度、低弹性模量以及具有超弹性等特性的新型生物医用钛合金的研究和开发。通过调整Ti-Nb-Zr系三元合金中Nb和Zr的含量,可以相应调整合金室温下p相的稳定度,可以满足生物医用硬组织替换低模量材料及生物医用超弹性材料两方面的应用。因此,Ti-Nb-Zr系合金是非常好的生物医用钛合金备选材料。 就现有已经发表的研究结果来看,对于Ti-Nb-Zr系合金的研究大部分仍处于实验室阶段。工业化条件下,钛合金一般采用真空自耗熔炼。这种方法制备钛合金铸锭的间隙元素含量比实验室熔炼纽扣锭高出好几个数量级。由于间隙元素含量的增加,合金的非平衡相变,加工性能、力学性能都会有显著的变化,而这些特性的变化将直接影响最终的使用性能。本文针对生物医用硬组织替换低模量材料及生物医用超弹性材料这两种的典型应用,开展了接近工业化条件下真空自耗熔炼的Ti-Nb-Zr系合金的组织、相变及力学特性的研究。 针对生物医用硬组织替换低模量材料,以获得低的弹性模量为目标,采用基于DV Xa电子轨道理论的Bo-Md图,辅助设计了Ti-26Nb-4Zr合金。采用真空自耗熔炼方法熔炼的Ti-26Nb-4Zr合金,成分均匀。Ti-26Nb-4Zr合金固溶态的塑性优异,弹性模量不超过60GPa左右。实测的弹性模量与采用Bo-Md图预测的弹性模量非常吻合。Ti-26Nb-4Zr合金中Nb含量高,α相的析出速度很慢,时效强化处理后,合金的强度能提高到700MPa以上,弹性模量能保持在70GPa左右。Ti-26Nb-4Zr合金的冷成形性能非常优异,真空自耗熔炼引起的间隙元素含量的适量增加,对于合金的弹性模量及冷成形性能的影响不是太大。 针对生物医用超弹性材料,以确保合金中存在β(?)α”热弹性马氏体相变且获得大的相变应变为目标,确定合金的价电子数e/a=4.18,Nb的原子百分含量为18%,设计了Ti-18Nb-9Zr合金。采用真空自耗熔炼方法熔炼了Ti-18Nb-XZr(X=0,3,6,9)四个成分合金的铸锭,铸锭成分均匀。研究了Zr含量对于Ti-18Nb-XZr合金中的非平衡相变的影响,研究结果表明:Ti-18Nb-XZr合金经过800℃保温0.5h固溶处理后,水冷有利于α"相的析出,空冷有利于淬火ω相的析出。Ti-18Nb-9Zr合金经过800℃/0.5h/WQ固溶处理后,显微组织由α"相和残余β组成,残余的p相在冷轧过程中全部由于应力诱发相变转变为α"相。真空自耗熔炼引起间隙元素含量的适量增加,对于Ti-18Nb-XZr合金中α"相的冷变形能力降低。Ti-18Nb合金中加入Zr可以降低合金的Ms,当Zr的加入量达到6-9%时,每增加1%的Zr, Ms降低约43℃。 Ti-18Nb-9Zr合金的Ms在室温附近。 对采用不同形变热处理工艺处理后的Ti-18Nb-9Zr合金的室温拉伸特性进行了研究,研究结果表明:Ti-18Nb-9Zr合金固溶处理以及固溶处理后冷轧,室温拉伸都几乎没有超弹性。Ti-18Nb-9Zr合金中析出的淬火ω相和等温ω相对室温拉伸的超弹性没有改善,等温ω相的析出使得合金的塑性显著恶化。Ti-18Nb-9Zr合金冷轧后550℃退火,室温拉伸时的超弹性显著改善,经过循环应变处理后可获得的最大可恢复应变量可达2.8%。影响Ti-18Nb-9Zr合金室温超弹性发挥的主要因素是马氏体转变温度Ms在室温附近,p相的稳定度较低造成。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 朱沅浦;;回顾与展望[J];金属热处理;1981年01期
2 王忠恕;涂覆刀具的工艺、组织与性能[J];机械工程材料;1982年01期
3 石德珂,郭大展,柴惠芬;奥氏体——贝氏体球铁的组织与性能[J];西安交通大学学报;1983年02期
4 马家骥;边秀房;;活塞用共晶铝硅合金的组织与性能研究[J];山东大学学报(工学版);1983年01期
5 戴中兴;人造金刚石孕镶钻头胎体组织与性能[J];煤田地质与勘探;1984年02期
6 刘佑平;锡对高强度铸铁感应淬火后组织与性能的影响[J];热加工工艺;1984年06期
7 冯安华;庄敬哲;杨维二;;5CrW2Si钢高温淬火组织与性能的研究[J];安徽工业大学学报(自然科学版);1984年03期
8 张毅;;20SiMn2MoVA和20CrMnSiMoVA钢正火组织与性能的试验研究[J];金属热处理;1984年11期
9 曲敬信;芮争家;;高铬白口铸铁组织与性能研究[J];水利电力机械;1986年06期
10 孙映坤,祖兴,吴朝军,张文竹;35CrNi3MoVA钢渗铬层的组织与性能[J];兵器材料科学与工程;1987年06期
11 姚大平,胡壮麒,李依依,张匀,师昌绪;激光表面处理铝-锂合金的组织与性能[J];兵器材料科学与工程;1989年10期
12 李亚江,王先礼,楼凤笑;铝对渗铝钢焊缝金属组织与性能的影响[J];机械工程材料;1989年06期
13 焦成革;耿林;姚忠凯;;热轧SiCw/Al复合材料的组织与性能[J];航空材料学报;1989年03期
14 刘治山;;淬硬86CrMoV7冷轧辊钢低温回火后的组织与性能[J];金属热处理;1989年12期
15 王世洪,沈桂琴,梁佑明,王金友,付作义,段珺;Ti—10V—2Fe—3Al合金的固溶时效及其组织与性能[J];稀有金属材料与工程;1990年04期
16 关学丰;;压铸工艺参数对铝磁鼓组织与性能的影响[J];轻合金加工技术;1990年05期
17 王顺才;李春志;石健;李春玉;;高温瞬时和热暴露对2024铝合金组织与性能的影响[J];航空材料学报;1991年01期
18 桂全红,蒋晓军,马禄铭,李依依;钇(Y)对Al-Li-Cu-Mg-Zr合金组织与性能的影响[J];材料工程;1992年S1期
19 陈桂云,周序科,闻立时,张永昌;等离子喷涂镍基合金非晶涂层的组织与性能[J];腐蚀科学与防护技术;1992年03期
20 王佑平;化学成分对球铁正火回火后组织与性能的影响[J];热加工工艺;1992年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈先华;毛建军;潘复生;;纯化对AZ31镁合金组织与性能的影响研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 王洪利;刘宏玉;王瑞敏;周鹏;黄彧;;帘线钢微合金化后的组织与性能研究[A];2011金属制品行业技术信息交流会论文集[C];2011年
3 王金龙;郑明毅;王晓军;邓坤坤;胡小石;吴昆;;ECAP变形对SiCp/AZ91镁基复合材料组织与性能的影响[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
4 董泰山;龙思远;廖慧敏;刘波;马季;;AE44镁合金油底壳压铸件本体组织与性能分析[A];2011重庆市铸造年会论文集[C];2011年
5 温伟祥;胡社军;曾鹏;吴起白;谢光荣;黄拿灿;胡显奇;盛钢;盛忠;;射频/直流磁控溅射316L不锈钢/陶瓷复合薄膜组织与性能的研究[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
6 华小珍;周贤良;张建云;;硅铬白口铸铁的组织与性能[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年
7 陈晓;傅高升;钱匡武;;镁基复合材料的研究现状和发展趋势[A];福建省科协第三届学术年会装备制造业专题学术年会论文集[C];2003年
8 袁晓敏;龚佑品;;激光熔覆Ni基TiB_2陶瓷复合涂层的组织与性能[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年
9 鲁世强;周细林;胡春文;王克鲁;李鑫;贺跃辉;;Cu粉+(Cr、Nb)机械合金化粉制备Cu/Cr_2Nb触头材料的组织与性能[A];第十二届全国粉体工程及矿产资源可持续开发利用学术研讨会专辑[C];2006年
10 姚连胜;董树峰;孙长杰;齐长发;;热轧低温卷取工艺对唐钢冷轧退火板组织与性能的影响[A];2008年全国轧钢生产技术会议文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 叶文君;生物医用Ti-Nb-Zr系合金的组织与性能关系研究[D];北京有色金属研究总院;2012年
2 陈吉华;Mg-Zn-Al-X合金的组织、性能及其蠕变行为研究[D];湖南大学;2010年
3 李敏;部分重熔处理及稀土Y对ZL205A合金组织与性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 李敏;部分重熔处理及稀土Y对ZL205A合金组织与性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 刘心笔;系统合金科学在Au-Cu合金系中的应用[D];中南大学;2010年
6 朱晶;电场调控下合金凝固微观行为同步辐射研究[D];大连理工大学;2013年
7 吴落义;Mg-Gd-Y-Zn系合金的微观组织与高温性能研究[D];湖南大学;2012年
8 王玮;Mg10Gd3Y0.5Zr合金复合净化行为研究[D];上海交通大学;2010年
9 崔红卫;准晶增强Mg-Zn-Y合金的塑性加工及组织形成[D];山东大学;2013年
10 郑海忠;Laves相NbCr_2基合金的制备、增韧及高温氧化行为与机理研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘娇娇;Mg-Ho基合金的组织与性能研究[D];河南理工大学;2010年
2 朱建波;高熵合金的制备及合金元素对组织与性能的影响[D];吉林大学;2013年
3 何岸青;Ce及热处理工艺对Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr合金组织与性能的影响及其热稳定性研究[D];中南大学;2013年
4 郑秀媛;高成形性Al-Mg-Si合金的研究[D];中南大学;2011年
5 付彬国;Mg-Zn-Y-Zr合金微观组织与力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 贺颖;Si和Ce对镁合金组织与性能的影响[D];沈阳工业大学;2013年
7 刘杰;微量元素对Mg-Al-Zn系镁合金组织与性能的影响[D];中南大学;2011年
8 胡增智;铁铝金属间化合物组织和性能的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 李金文;新型耐热Al-0.2Sc-0.04Zr(0.01B)合金时效行为和导电性研究[D];郑州大学;2011年
10 杨树;Sr、Ca对镁合金组织及性能的影响[D];沈阳工业大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王洪利 刘宏玉 王瑞敏 周鹏 黄彧;帘线钢微合金化组织与性能研究[N];世界金属导报;2011年
2 本报记者 娄立平;梅兰日兰“质感系列”[N];中国房地产报;2003年
3 周建成 方芳;“火炬”锌合金走俏市场[N];中国有色金属报;2006年
4 徐锟 刘国权;铌微合金化对高AI冷轧TRIP钢组织与性能的影响[N];世界金属导报;2010年
5 吴玉琨;准晶的发现与郭可信[N];中国新闻出版报;2006年
6 通讯员 于柏林记者 张兆军;我建成最大稀土镁合金基地[N];科技日报;2007年
7 翟扬;实用无比的深过冷快速凝固技术[N];中国有色金属报;2002年
8 罗海基;爱知成功开发出兼具柔韧性与高强度的新钛合金[N];中国有色金属报;2003年
9 由轩;2005年国际钛会暨中国钛科技周在西安隆重举行[N];中国有色金属报;2005年
10 本报记者 王健生;手表业面临两大难题[N];中国改革报;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978