生物醫(yī)用低彈性模量鈦合金組織與性能的研究
本文關(guān)鍵詞：生物工程用新型低彈性模量鈦合金材料研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
《大連理工大學(xué)》 2008年
生物醫(yī)用低彈性模量鈦合金組織與性能的研究
段洪濤
【摘要】： 生物醫(yī)用鈦合金由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的耐蝕性能而被廣泛用作人體骨和牙齒等硬組織的修復(fù)和替換材料。目前臨床上應(yīng)用的生物醫(yī)用鈦合金還存在許多不足之處,如彈性模量較高、含鋁和釩等有毒元素等。本論文以研究低彈性模量鈦合金材料為目的,選用生物相容性好的鈮、鋯作為添加元素,然后分別采用團(tuán)簇線判據(jù)法和配比法進(jìn)行合金成分設(shè)計(jì)。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)研究了材料在不同加工工藝和不同熱處理工藝下的相結(jié)構(gòu)、顯微組織;分別采用超聲法和拉伸法測(cè)試了合金的彈性模量,重點(diǎn)研究了不同化學(xué)成分以及不同熱處理工藝對(duì)合金彈性模量的影響,并對(duì)合金的基本力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。 團(tuán)簇線判據(jù)法設(shè)計(jì)的Ti_(14-x)Nb_1Zr_x(at.)系合金凝殼鑄態(tài)和吸鑄態(tài)下組織均是由β+α'相組成,動(dòng)態(tài)彈性模量在71～76GPa之間,隨著鋯含量的增加,彈性模量降低。吸鑄方法沒(méi)有將高溫液態(tài)合金中以鈮為中心原子的體心立方結(jié)構(gòu)保留到室溫,沒(méi)有得到單一β相合金。 配比法設(shè)計(jì)的Ti-xNb-7Zr(wt.%)系凝殼鑄態(tài)合金固溶處理后是由基體β相、針狀α”相和透鏡狀α'相組成,并具有較低的動(dòng)態(tài)彈性模量,是Ti-6Al-4V(約110GPa)合金的60～70%,Ti-18Nb-7Zr合金最低,為67.2GPa。Ti-18Nb-7Zr合金時(shí)效后的組織由β+α相組成,時(shí)效溫度在350～450℃時(shí),組織呈層片狀,并且隨著溫度的增加而長(zhǎng)大;時(shí)效溫度為550℃時(shí),組織呈針狀分布。隨著時(shí)效溫度的升高,壓縮強(qiáng)度和彈性模量升高。 Ti-27Nb-8Zr(wt.%)合金熱軋后在800℃固溶后組織由基體β相和針狀α”相組成,并發(fā)生再結(jié)晶,再結(jié)晶晶粒直徑約為55μm,拉伸彈性模量為72GPa,拉伸強(qiáng)度較低,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為348MPa和505MPa,延伸率和斷面收縮率較高,分別為58%和69%。時(shí)效處理后,β相和α”相均發(fā)生分解,時(shí)效溫度在350～400℃時(shí),合金組織由細(xì)小彌散分布的ω相和基體β相組成;時(shí)效溫度為450℃時(shí),組織由顆粒狀ω相、少量針狀α相和基體β相組成;當(dāng)時(shí)效溫度達(dá)到500℃時(shí),組織由彌散分布的針狀α相和基體β相組成。組織中存在ω相時(shí),合金的彈性模量、拉伸強(qiáng)度較高,但塑性較低。500℃時(shí)效時(shí)合金有較好的綜合力學(xué)性能。同時(shí),在這一溫度下時(shí)效的合金也具有較好的疲勞性能,其疲勞極限σ_(max)≥400MPa,比商業(yè)純鈦高出約2倍。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TG146.23;R318.08
【目錄】：
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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條
1 吳昌義;β型鈦合金相穩(wěn)定性和彈性性能第一性原理研究[D];湘潭大學(xué);2011年
2 張立釗;微弧氧化處理的鈦鈮鋯錫合金理化性能和生物安全性研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2008年
3 石磊;新型低彈β鈦合金植入物—骨界面成骨效應(yīng)研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2008年
4 戚元臣;粉末冶金結(jié)合微弧氧化制備醫(yī)用鈦基復(fù)合材料及其性能表征[D];暨南大學(xué);2010年
5 要記娟;高強(qiáng)、低模量Ti合金齒科材料的研究[D];東北大學(xué);2008年
6 劉恩雪;基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的低彈β（Ti，Zr）-（Mo，Sn）-Nb合金成分設(shè)計(jì)及性能測(cè)試[D];大連理工大學(xué);2012年
7 汪娜;Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn分裂預(yù)成根管樁對(duì)牙根應(yīng)力分布的有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2010年
8 白潔;體外細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)材料聚丙烯酰胺水凝膠力學(xué)性能的測(cè)定與控制[D];重慶大學(xué);2011年
9 劉輝;新型生物醫(yī)用多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金材料制備及組織與性能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2010年
10 龐芳;不同粘結(jié)材料對(duì)前牙樁核冠應(yīng)力影響的三維有限元分析[D];山西醫(yī)科大學(xué);2010年
本文關(guān)鍵詞：生物工程用新型低彈性模量鈦合金材料研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
本文編號(hào)：182506
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