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,然后分別采用團簇線判據(jù)法和配比法進行合金成分設(shè)計。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試了合金的彈性模量,重點研究了不同化學(xué)成分以及不同熱處理工藝對合金彈性模量的影響,并對合金的基本力學(xué)性能進行了測試。 團簇線判據(jù)法設(shè)計的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,沒有得到單一β相合金。 配比法設(shè)計的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合金時效后的組織由β+α相組成,時效溫度在350~450℃時,組織呈層片狀,并且隨著溫度的增加而長大;時效溫度為550℃時,組織呈針狀分布。隨著時效溫度的升高,壓縮強度和彈性模量升高。 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,拉伸強度較低,屈服強度和抗拉強度分別為348MPa和505MPa,延伸率和斷面收縮率較高,分別為58%和69%。時效處理后,β相和α”相均發(fā)生分解,時效溫度在350~400℃時,合金組織由細小彌散分布的ω相和基體β相組成;時效溫度為450℃時,組織由顆粒狀ω相、少量針狀α相和基體β相組成;當時效溫度達到500℃時,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,合金的彈性模量、拉伸強度較高,但塑性較低。500℃時效時合金有較好的綜合力學(xué)性能。同時,在這一溫度下時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)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2008
【分類號】:TG146.23;R318.08
【目錄】:
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本文編號:182506
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