【摘要】：目的： 本文針對鈦及鈦合金在臨床應(yīng)用上存在的問題研制新型口腔修復(fù)用鈦合金,通過顯微組織及力學(xué)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(xué)性能和鑄造性能進(jìn)行研究。 方法： 1、合金設(shè)計(jì)、優(yōu)化及制備：應(yīng)用d-電子合金設(shè)計(jì)理論,將合金設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)和力學(xué)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(shè)定不同時(shí)間和溫度對合金進(jìn)行熱處理。 2、機(jī)械性能評價(jià)：試樣經(jīng)850℃吲溶1.5h,500℃時(shí)效3h后,測試力學(xué)性能；觀察分析合金顯微組織,斷口形貌,物相結(jié)構(gòu),確定合金金相組織中各相的組成結(jié)構(gòu)及種類。 3、摩擦磨損性能評價(jià)：使用MMV-1立式萬能摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī),進(jìn)行二體摩擦磨損實(shí)驗(yàn),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(jià)：觀察合金和對照純鈦(TA2)及Ti6A14V在人工唾液中的電化學(xué)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(xué)性能評價(jià)。采用細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)、急性全身毒性實(shí)驗(yàn)、口腔粘膜刺激實(shí)驗(yàn)、致敏性實(shí)驗(yàn)等體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn),評價(jià)其生物學(xué)性能。 6、鑄造性能評價(jià)。采用國產(chǎn)LZ5型離心鑄鈦機(jī)鑄造試樣,測試合金的鑄流率鑄造反應(yīng)層和線收縮率。 結(jié)果： 1、Ti-xZr-yNb-2.5Sn合金,在Zr含量為12.5%,Nb含量為3%時(shí),與其他配比合金相比較,具有較高的抗拉強(qiáng)度、延伸率、彈性模量,機(jī)械性能較佳。 2、合金相變點(diǎn)在769.9～841.1℃之間。合金在200℃,350℃時(shí)組織比較混亂,晶界不明顯,而在500。C,3h時(shí)合金組織清楚,為等軸晶粒,晶粒大小合適,700℃時(shí)晶粒十分粗大。 3、Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn合金抗拉強(qiáng)度為652±34.5MPa,屈服強(qiáng)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(xiàn)象,呈典型的微孔聚合型斷裂方式。金相結(jié)構(gòu)中晶粒組織均勻,呈現(xiàn)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(biāo)定表明試樣的品體結(jié)構(gòu)為密排六方的α相結(jié)構(gòu)。 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(xiàn)為不同的磨損機(jī)制。Ti-Zr-Nb-Sn合金、天然牙釉質(zhì)的磨損體積量純鈦(P0.05)。Ti-Zr-Nb-Sn合金磨損機(jī)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(shí)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(gè)時(shí)間點(diǎn)Ti-6A1-4V的離子溶出量均高于Ti-Zr-Nb-Sn合金。 6、合金的細(xì)胞毒性反應(yīng)為0級,全身毒性實(shí)驗(yàn)中未見急性毒性反應(yīng),對口腔粘膜無刺激性,無皮膚致敏反應(yīng)。 7、400℃時(shí)鑄造,合金鑄流率為100%,鑄造線收縮率,表面反應(yīng)層滿足修復(fù)支架的鑄造要求。 結(jié)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(shí),水淬,500℃時(shí)效處理3h。 2、Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn合金經(jīng)熱處理后,機(jī)械性能較純鈦明顯提高。 3、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)表明,載荷增加可增大合金的的磨損量,導(dǎo)致磨損機(jī)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(jié)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(shí)表面反應(yīng)層和鑄造線收縮率能夠滿足口腔修復(fù)支架的精度要求。
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：R783

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2771227