發(fā)布時(shí)間：2017-10-06 09:03

  本文關(guān)鍵詞：新型醫(yī)用梯度多孔Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金制備與組織性能研究

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【摘要】：醫(yī)用β型鈦合金是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的硬組織植入材料之一,其中擁有較高強(qiáng)度而彈性模量仍匹配人體骨骼的多孔β鈦合金成為近年來研究和開發(fā)的重點(diǎn)。但隨著孔隙引入,彈性模量得到有效減小同時(shí)力學(xué)性能也隨之大幅度降低,尤其是抗壓強(qiáng)度。本文以元素粉末冶金法與造孔劑法相結(jié)合制備低模量高強(qiáng)度的新型醫(yī)用梯度多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金,通過阿基米德法、X射線衍射分析和力學(xué)性能測試研究了元素粉末冶金法的不同工藝參數(shù)、造孔劑的用量和粒徑尺寸以及不同的梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)多孔鈦合金孔隙率、物相組成、彈性模量及抗壓強(qiáng)度的影響,使用掃描電鏡(SEM)觀察合金表面微觀組織形態(tài)以及壓縮斷口形貌并用能譜儀進(jìn)行成分分析。研究結(jié)果表明:以元素粉末冶金法制備所得多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金為近β型鈦合金,可以通過調(diào)控成型壓力、燒結(jié)溫度和時(shí)間三項(xiàng)工藝參數(shù)來調(diào)節(jié)合金孔隙率和相結(jié)構(gòu),達(dá)到控制合金彈性模量和抗壓強(qiáng)度的目的;在200MPa、1200℃及3h條件下制備合金,其彈性模量為20.91GPa,抗壓強(qiáng)度達(dá)到1420MPa,壓縮斷裂方式為準(zhǔn)解理斷裂,符合醫(yī)用植入材料力學(xué)性能要求。造孔劑法制備所得高孔隙率多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金也為近β型鈦合金;隨著造孔劑用量增加,平均孔徑無變化,孔隙率呈線性增長,彈性模量和抗壓強(qiáng)度減小,其中彈性模量的變化滿足線性關(guān)系;隨著造孔劑粒徑尺寸增加,平均孔徑增大而孔隙率基本不變,抗壓強(qiáng)度和彈性模量減小;添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%、粒徑尺寸為125~200?m的NH4HCO3造孔劑制備多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金,孔隙率達(dá)到38.9%并含有利于細(xì)胞生長的貫穿孔,抗壓強(qiáng)度達(dá)到405MPa,而彈性模量為9.19GPa,能夠在滿足醫(yī)用植入材料力學(xué)性能要求的同時(shí),提升合金的生物相容性。在內(nèi)外兩層添加不同用量NH4HCO3造孔劑來制備所得新型醫(yī)用雙層梯度多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金屬于近β型鈦合金;內(nèi)層造孔劑用量均為20%時(shí),隨著外層造孔劑用量增加,合金孔隙率呈線性增長趨勢,彈性模量和抗壓強(qiáng)度逐漸下降且幅度減小;梯度結(jié)構(gòu)為TD1020的多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金擁有“內(nèi)疏外密”的仿人體骨骼結(jié)構(gòu),并且具有低模量高強(qiáng)度的力學(xué)性能,適合用作人體骨骼替代的醫(yī)用植入材料。
【關(guān)鍵詞】：醫(yī)用鈦合金 梯度多孔 元素粉末冶金 孔隙率 彈性模量
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.23;R318.08
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 生物醫(yī)用材料8-10
• 1.2.1 生物醫(yī)用材料定義8-9
• 1.2.2 硬組織替換材料分類9
• 1.2.3 醫(yī)用金屬材料9-10
• 1.3 生物醫(yī)用鈦及鈦合金10-13
• 1.3.1 鈦的合金元素和合金種類簡介10-12
• 1.3.2 生物醫(yī)用鈦合金研究背景12-13
• 1.4 生物醫(yī)用多孔鈦合金的發(fā)展13-19
• 1.4.1 醫(yī)用多孔鈦合金研究背景14-15
• 1.4.2 醫(yī)用多孔鈦合金制備方法15-18
• 1.4.3 生物醫(yī)用梯度多孔鈦合金的研究進(jìn)展18-19
• 1.5 本文的研究目的和內(nèi)容19-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及制備方法21-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備21-23
• 2.1.1 合金元素的選擇21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料21-23
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備23
• 2.2 成分配比及制備方法23-28
• 2.2.1 合金成分設(shè)計(jì)23-24
• 2.2.2 元素粉末冶金工藝參數(shù)24-26
• 2.2.3 造孔劑用量和粒徑尺寸26-27
• 2.2.4 制備梯度多孔結(jié)構(gòu)27-28
• 2.3 分析檢測方法28-30
• 2.3.1 密度和孔隙率測定28
• 2.3.2 物相組成測試28-29
• 2.3.3 掃描電鏡分析29
• 2.3.4 力學(xué)性能測試29-30
• 第三章 制備工藝參數(shù)對(duì)新型醫(yī)Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的影響30-39
• 3.1 低孔隙率醫(yī)用鈦合金宏觀形貌30-31
• 3.2 制備工藝參數(shù)對(duì)合金密度和孔隙率的影響31-32
• 3.3 制備工藝參數(shù)對(duì)合金物相結(jié)構(gòu)的影響32-34
• 3.4 合金表面微觀形貌以及成分分析34-36
• 3.5 制備工藝參數(shù)對(duì)合金壓縮力學(xué)性能的影響36-37
• 3.6 合金斷口分析37-38
• 3.7 本章小結(jié)38-39
• 第四章 造孔劑對(duì)多孔Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金組織性能的影響39-46
• 4.1 高孔隙率多孔鈦合金宏觀形貌39-41
• 4.2 造孔劑用量和尺寸對(duì)多孔鈦合金微觀形貌及孔隙率的影響41-42
• 4.3 造孔劑用量和尺寸對(duì)多孔鈦合金物相結(jié)構(gòu)的影響42-43
• 4.4 造孔劑用量和尺寸對(duì)多孔鈦合金力學(xué)性能的影響43-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第五章 梯度多孔Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及組織性能研究46-52
• 5.1 梯度多孔鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46-47
• 5.2 梯度多孔鈦合金宏觀形貌及孔隙率47-48
• 5.3 梯度多孔鈦合金微觀形貌SEM圖48-49
• 5.4 梯度多孔鈦合金物相分析49-50
• 5.5 梯度多孔鈦合金力學(xué)性能分析50
• 5.6 本章小結(jié)50-52
• 第六章 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 致謝58-59
• 附錄：發(fā)表論文及參加課題59-60

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭興華,高媛;等離子熔射成形件的孔隙率測定[J];機(jī)械工藝師;2001年02期

2 顧t，

本文編號(hào)：981879