【摘要】：目的： 本文針對鈦及鈦合金在臨床應用上存在的問題研制新型口腔修復用鈦合金,通過顯微組織及力學性能優(yōu)化合金成分,并對優(yōu)化合金的摩擦磨損特性、腐蝕特性、生物學性能和鑄造性能進行研究。 方法： 1、合金設計、優(yōu)化及制備：應用d-電子合金設計理論,將合金設計為Ti-xZr-yNb-2.5Sn (x=2.5,10,12.5,15, y=0,1,2,3,4,5,10,15,20),通過不同配比合金的組織結構和力學性能篩選合金的最佳配比。按Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn (wt%)比例稱取原料配制合金,測定合金差熱分析曲線,設定不同時間和溫度對合金進行熱處理。 2、機械性能評價：試樣經850℃吲溶1.5h,500℃時效3h后,測試力學性能；觀察分析合金顯微組織,斷口形貌,物相結構,確定合金金相組織中各相的組成結構及種類。 3、摩擦磨損性能評價：使用MMV-1立式萬能摩擦磨損實驗機,進行二體摩擦磨損實驗,以純鈦(TA2)為對照組。觀察試樣表面磨損形貌,分析磨屑成分,測試表面硬度及體積損失量。 4、耐腐蝕性能評價：觀察合金和對照純鈦(TA2)及Ti6A14V在人工唾液中的電化學行為,比較極化曲線及極化阻力；檢測合金和Ti6A14V合金在人工唾液中1、2、3、5、7、15 d的離子釋出情況。 5、生物學性能評價。采用細胞毒性實驗、急性全身毒性實驗、口腔粘膜刺激實驗、致敏性實驗等體內及體外實驗,評價其生物學性能。 6、鑄造性能評價。采用國產LZ5型離心鑄鈦機鑄造試樣,測試合金的鑄流率鑄造反應層和線收縮率。 結果： 1、Ti-xZr-yNb-2.5Sn合金,在Zr含量為12.5%,Nb含量為3%時,與其他配比合金相比較,具有較高的抗拉強度、延伸率、彈性模量,機械性能較佳。 2、合金相變點在769.9～841.1℃之間。合金在200℃,350℃時組織比較混亂,晶界不明顯,而在500。C,3h時合金組織清楚,為等軸晶粒,晶粒大小合適,700℃時晶粒十分粗大。 3、Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn合金抗拉強度為652±34.5MPa,屈服強度為590±29.8MPa,延伸率為28.3±2.4%,彈性模量為93.8±7.9Gpa。試樣斷口處可見明顯頸縮現象,呈典型的微孔聚合型斷裂方式。金相結構中晶粒組織均勻,呈現針狀α分布于粗大的β晶粒中。XRD顯示合金為近α相。透射電鏡衍射花樣標定表明試樣的品體結構為密排六方的α相結構。 4、Ti-Zr-Nb-Sn合金的磨損量隨載荷的增加而增大。載荷不同,合金表現為不同的磨損機制。Ti-Zr-Nb-Sn合金、天然牙釉質的磨損體積量純鈦(P0.05)。Ti-Zr-Nb-Sn合金磨損機制主要為磨粒磨損。磨屑成分分析Ti-Zr-Nb-Sn合金磨屑元素成分為Ti、Zr、Sn元素,未見Nb元素；純鈦磨損后磨屑成分主要為Ti元素。 5、Ti-6A1-4V的擊穿電位(Eb,0.8 V)低于Ti-Zr-Nb-Sn合金(2.5 V)；Ti-Zr-Nb-Sn合金的維鈍電流密度(icon)低于Ti6A14V。合金極化阻力高于Ti-6A1-4V。隨浸泡時間增加,兩種鈦合金的離子溶出量均有不同程度增加,且各個時間點Ti-6A1-4V的離子溶出量均高于Ti-Zr-Nb-Sn合金。 6、合金的細胞毒性反應為0級,全身毒性實驗中未見急性毒性反應,對口腔粘膜無刺激性,無皮膚致敏反應。 7、400℃時鑄造,合金鑄流率為100%,鑄造線收縮率,表面反應層滿足修復支架的鑄造要求。 結論： 1、合金的優(yōu)化配比為Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn。熱處理方式為850℃固溶處理1.5小時,水淬,500℃時效處理3h。 2、Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn合金經熱處理后,機械性能較純鈦明顯提高。 3、摩擦磨損實驗表明,載荷增加可增大合金的的磨損量,導致磨損機制改變。Ti-12.5Zr-3Nb-2.5S合金較純鈦(TA2)具有更好耐磨損性能。 4、耐腐蝕研究結果表明,合金的耐腐蝕性與純鈦相近,二者均優(yōu)于Ti-6A1-4V。 5、合金具有良好的生物相容性。 6、合金鑄造時表面反應層和鑄造線收縮率能夠滿足口腔修復支架的精度要求。
【學位授予單位】：天津醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：R783

【參考文獻】

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本文編號：2771227