生物医用新型低弹性模量亚稳β钛合金的设计及性能研究

发布时间：2020-08-07 10:01

【摘要】： 临床上作为外科植入用的金属生物材料中,钛合金由于具有优良的生物相容性和优异的机械性能以及在体液环境中的耐腐蚀性而获得了广泛应用。但目前已有的生物医用钛合金由于弹性模量与人骨相比过高,会导致种植体与骨之间由于弹性模量的不匹配而引起“应力屏蔽”现象,从而使种植体周围出现骨吸收,引起种植体松动或断裂,最终造成种植失败。因此研究具有较低弹性模量的新型生物医用钛合金就成为当前研究的热点。本文使用d-电子合金设计方法,从理论上设计了三种不含细胞毒性元素且具有较低弹性模量的生物医用新型亚稳β钛合金Ti35Nb10Zr、Ti35Nb8Zr2Mo和Ti20Nb15Zr10Mo。使用WK-Ⅱ型真空非自耗电弧凝壳炉制备出了所设计的三种合金铸锭,并对制备出的钛合金凝壳铸锭以及经过不同热处理后的铸锭进行了显微组织观察、相结构鉴定以及基本的力学性能检测。其中重点考察了合金的弹性模量指标,并研究了不同化学成分对合金弹性模量的影响以及不同热处理工艺对合金弹性模量的影响。此外,还对所设计出的合金铸锭进行耐腐蚀实验,研究了合金在人体生理环境中的腐蚀情况。结果表明: 1.通过X射线衍射分析,本研究所设计的三种合金铸锭凝壳铸态和固溶态均为β相,符合所设计的亚稳β钛合金的要求。 2.通过金相显微镜和扫描电镜对合金试样进行形貌观察,结果表明本研究所设计的合金铸锭晶粒比较粗大,其凝壳铸态β晶粒平均尺寸为200μm左右,合金经过热处理后它们β晶粒平均尺寸与此差别不大。在大多晶粒内还存在着亚晶界。 3.对于本研究所设计的三种合金,通过不同热处理后,Ti35Nb10Zr的最低压缩模量为11.2Gpa,Ti35Nb8Zr2Mo的最低压缩模量为17.7Gpa,Ti20Nb15Zr10Mo的最低压缩模量为14.7Gpa,均低于Ti6Al4V(锻态)的压缩模量值21.8Gpa。该结果也说明了使用d-电子合金设计方法进行低弹性模量钛合金的理论设计,可以显著减少实验次数、降低实验成本,并能取得较理想的实验结果。 4.通过使用电化学方法对合金试样进行腐蚀实验,结果表明本研究所设计的三种合金在Hank’s人工模拟体液中具有较好的耐蚀性。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG146.23;R318.08
【图文】：

热处理强化,同晶,钛合金,时效温度

—————————（3.1）[51]温度以上或以下；②在此温度下保留一定时间；③快主要依靠淬火后残留下的β′（和α′）相分解析出合适的时效温度。时效温度较低时（250－450℃）由＋β，而是先析出ω相（含量较多时会引起ω脆性），费时间较长。若时效温度较高（500－600℃），可由β程若在一般的加热炉中进行，合金的氧化过程就会比相的形成

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河北工业大学硕士学位论文第四章生物医用新型低弹性模量亚稳β钛合金组织与性能的研究§4-1 合金铸锭的化学成分分析4-1-1 化学成分分析结果为验证所炼制合金的化学成分与其公称成分是否相一致以及合金元素是否偏析，对合金铸锭进行能谱分析，结果如图 4.1 所示。（a）Ti35Nb10Zr（b）Ti35Nb8Zr2Mo

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图 4.3 Ti20Nb15Zr10Mo 合金铸锭的金相照片Fig. 4.3 Typical light micrograph of Ti20Nb15Zr10Moalloy casting图 4.4 Ti-35Nb-8Zr-2Mo 合金铸锭的金相照片Fig. 4.4 Typical light micrograph of Ti35Nb8Zr2Moalloy casting图 4.5 Ti-35Nb-10Zr 合金铸锭 SEM 照片(b 为 a 的(a) (b)图 4.6 合金铸锭 Ti20Nb15Zr10Mo 经 1023K，3.6ks（a）（b）

【引证文献】