多孔医用Ti-39Nb-6Zr合金的制备及孔隙特征和力学性能的研究

发布时间：2017-09-04 08:44

  本文关键词：多孔医用Ti-39Nb-6Zr合金的制备及孔隙特征和力学性能的研究

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【摘要】：生物医用钛合金因具有良好的生物相容性、优良的耐腐蚀性能、较高的比强度以及较低的弹性模量,在人体硬组织修复及替换材料领域有着广泛的应用。Ti-Nb-Zr系钛合金属于新型β钛合金,是目前医用钛合金领域的热点研究材料之一。为了进一步降低医用钛合金的弹性模量,使其与人体骨组织获得更好的匹配关系,本文利用粉末冶金法制备多孔Ti-39Nb-6Zr合金,并利用浸渍法、图像分析法、SEM、压缩试验以及三点弯曲试验等方法研究工艺参数及造孔剂对多孔钛合金孔隙特征及力学性能的影响。论文主要研究成果如下：压制压力改变压坯的密度及压坯原始孔隙的形貌。随着压制压力的增加,烧结产物的孔隙率及平均孔径逐渐降低,不同区间孔隙的平均圆度逐渐降低,材料抗压强度和弹性模量逐渐升高。烧结过程对多孔材料的孔隙特征和力学性能影响较大。随着烧结温度的升高或烧结时间的延长,烧结产物的孔隙率和平均孔隙降低,不同区间孔隙的平均圆度升高,材料的抗压强度和弹性模量逐渐升高。未添加造孔剂时,制备得到的多孔钛合金中孔隙主要以50μm以下的小孔为主,材料最大孔隙率不超过25%,对孔隙率贡献程度最大的孔隙主要分布在10μm～30μm范围内,材料抗压强度和弹性模量分别在200MPa～355MPa以及4.7GPa～10.4GPa之间。造孔剂的添加使材料孔隙主要分布在10μm～50μm范围内,对孔隙率贡献程度最大的孔隙主要为100μm以上的大孔。随着造孔剂添加量的增加,材料抗压强度及弹性模量急剧下降。在相同条件下,对比添加碳酸氢铵和尿素这两种造孔剂制备得到的试样,前者的抗压强度高于后者,而两者的弹性模量相差不大。添加碳酸氢铵造孔剂后,材料的孔隙率在29.5%～46.4%之间,抗压强度和弹性模量分别在70MPa～325MPa以及1.7GPa～8.1GPa范围内；添加尿素造孔剂后,材料的孔隙率在29.8%～46.7%之间,抗压强度和弹性模量分别在40MPa～245MPa以及2.2GPa～8.5GPa范围内。在压缩试验中,从试样断口形貌来看,材料主要以脆性断裂为主；从断裂过程来看,材料同时具有塑性断裂的特点,因此压缩断裂机理表现为脆性断裂和塑性断裂相结合的断裂特征。在三点弯曲试验中,未添加造孔剂时,材料断口有大量韧窝出现,表现出韧性断裂的特征；添加造孔剂后,材料断口表现出准解理裂的特点,以脆性断裂为主。
【关键词】：多孔钛合金 粉末冶金 孔隙率 孔隙特征 力学性能
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08;TG146.23
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 研究背景和意义10
• 1.2 生物医用金属材料10-15
• 1.2.1 生物医用金属材料的研究及应用11-12
• 1.2.2 生物医用钛合金的发展12-15
• 1.3 多孔金属材料15-22
• 1.3.1 多孔钛合金的制备方法16-19
• 1.3.2 多孔材料孔隙特征的分析方法19-22
• 1.4 选题依据及研究内容22-24
• 1.4.1 选题依据22
• 1.4.2 研究内容22-24
• 2 多孔Ti-39Nb-6Zr合金的制备及分析方法24-29
• 2.1 多孔钛合金制备工艺流程24
• 2.2 实验材料及试剂24-25
• 2.3 实验工艺参数的选择25-26
• 2.3.1 压制压力25-26
• 2.3.2 烧结参数26
• 2.3.3 造孔剂的选择及添加量26
• 2.4 多孔钛合金性能的分析方法26-28
• 2.4.1 密度及孔隙率的测定26-27
• 2.4.2 孔隙特征参数表征27-28
• 2.4.3 压缩试验28
• 2.4.4 三点弯曲试验28
• 2.5 技术路线图28-29
• 3 工艺参数对多孔Ti-39Nb-6Zr合金孔隙特征及力学性能的影响29-43
• 3.1 引言29
• 3.2 压制压力对孔隙特征及力学性能的影响29-33
• 3.2.1 压制压力对孔隙特征的影响29-33
• 3.2.2 压制压力对力学性能的影响33
• 3.3 烧结温度对孔隙特征及力学性能的影响33-37
• 3.3.1 烧结温度对孔隙特征的影响33-37
• 3.3.2 烧结温度对力学性能的影响37
• 3.4 烧结时间对孔隙特征及力学性能的影响37-41
• 3.4.1 烧结时间对孔隙特征的影响37-40
• 3.4.2 烧结时间对力学性能的影响40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 造孔剂对多孔Ti-39Nb-6Zr合金孔隙特征及力学性能的影响43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 碳酸氢铵对孔隙特征及力学性能的影响43-48
• 4.2.1 碳酸氢铵对孔隙特征的影响43-47
• 4.2.2 碳酸氢铵对力学性能的影响47-48
• 4.3 尿素对孔隙特征及力学性能的影响48-53
• 4.3.1 尿素对孔隙特征的影响48-52
• 4.3.2 尿素对力学性能的影响52-53
• 4.4 断口分析53-57
• 4.4.1 压缩试验断口分析53-55
• 4.4.2 三点弯曲试验断口分析55-57
• 4.5 本章小结57-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 宁聪琴,周玉;医用钛合金的发展及研究现状[J];材料科学与工艺;2002年01期

2 邹鹑鸣;张二林;曾松岩;;纤维烧结多孔钛及其表面生长仿生Ca-P涂层[J];稀有金属材料与工程;2007年08期

3 金怡,王海之,钱e，

本文编号：790510