第二相添加对7715D高温钛合金力学性能的影响

通过加入中间合金的方式向7715D钛合金中加入第二相,研究了合金元素对7715D高温钛合金力学性能的影响.研究结果表明:添加一定量的Ta、B和C后,材料的相变温度发生改变,室温拉伸性能和高温拉伸性能都有显著提高;通过对拉伸断口进行观察,初步研究合金的断裂机制.     

合金元素Nb、Ta、Fe、Zr对钛合金组织和性能的影响

综述了Nb、Ta、Fe、Zr四种元素对β钛合金组织和力学性能的影响,以期对合金的设计起到指导作用.     

生体相容性好的粉冶β型钛合金

作为人造牙根和人造股骨关节等人体硬组织常用的生体材料有钻一路合金、对已不锈钢和Ti6AI－4V等合金,但这些材料还都存在一定程度的生体相容性问题。因此,对于在钛金属中添加Nb、Ta和Mo等无毒元素而开发成功的低弹性模量B型钛合金,作为人体硬组织代用材料受到了广泛关注。但是,许多p稳定化元素都具有高比重和高熔点,以致难以获得无偏析的均质熔炼材。且钛材一般均为难加工材料,所以其成品价格较高。作为降低生体用钛合金生产成本的一个途径,利用了粉末冶金等技术。研究了粉末冶金法制备的TINb－Ta－Zr系0型钛合金的力学性能。…     

新型医用钛合金Ti-12．5Zr-2．5Nb-2．5Ta的研究

按照临床上对外科植入材料的要求和现有医用钛合金存在的问题，制定了新合金设计的原则。确定了新合金添加合金化元素为Zr，Nb，Ta，合金的名义成分为Ti-12．5Zr-2．5Nb-2．5Ta，对新合金进行了组织结构分析与机械性能的测试。实验结果表明：该新型医用钛合金，满足了设计原则中对机械性能的要求。     

添加微量氧和氮对生物用新钛合金力学性能的影响

整形外科用人体植入材料目前使用的有SUS316L不锈钢、Co－Cr合金、纯钛及钛合金．但以美国为中心的诸国一直担心金属钒的细胞毒性和铝的神经毒性，所以正在努力开发新的合金．而日本也正在开发新钛合金，已开发了Ti-15Zr-4Nb-4Ta－0．2Pd以及Ti-15Sn－4Nb－2Ta－0．2Pd．已详细报道过它们的力学性能、在生物模拟环境下的耐蚀性、疲劳性能及合金元素对钝化膜生成的效果等．为了进一步提高其室温强度和疲劳强度，同时添加微量的氧和氮，并对新钛合金进行固溶处理和时效处理，探讨其对室温强度以及在生物模拟液中的疲劳强度的影响。试验…     

Ti-Ta合金在硝酸中电化学腐蚀研究

以8 mol/L硝酸溶液为腐蚀介质,对Ti-6Ta和Ti-32Ta合金进行极化曲线和交流阻抗谱测试,并与TA2纯钛进行对比,研究不同Ta含量钛合金的电化学性能差异。结果表明,加入6%的Ta元素后,合金的腐蚀电流密度比TA2纯钛降低了近一半;加入了32%的Ta元素后,合金的自腐蚀电位提高,腐蚀电流密度比TA2纯钛降低了66%;Ti-6Ta和Ti-32Ta合金腐蚀后表面氧化膜均为单层结构;添加Ta元素可以极大地提高钛合金的电荷转移电阻,使相位角升高、变宽,增强耐腐蚀性能。     

钛合金与铌合金电子束焊温度场数值模拟

钛合金与铌合金是具有优良使用性能的两种合金材料,这两种材料被广泛用于航空、航天、核工业等重要领域.文中采用有限元分析软件ANSYS,对钛合金与铌合金电子束焊的温度场进行了模拟研究,利用双热源模型模拟电子束焊温度场,研究了异种金属焊接的建模方法、函数载荷的加载技巧,着重分析了钛合金(7715D)和铌合金(C-103)的焊接性,采用热源向铌一侧偏置的方法来保证焊接熔深的一致.最后得到了不同焊接热输入条件下钛合金与铌合金焊接过程中的最佳偏置距离.     

钛合金表面Ta-W涂层的制备及循环氧化行为

采用电弧离子镀(AIP)在Ti-6.48Al-0.99Mo-0.91Fe(质量分数,%)钛合金表面制备Ta-10W(质量分数,%)涂层。通过扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、透射电镜(TEM)分析、电子探针分析(EPMA),X衍射分析(XRD),划痕及纳米压痕试验,研究钛合金基体与Ta-W涂层经900℃大气循环氧化前后的物相组成、组织形貌及性能,讨论涂层/基体的氧化行为。结果表明:沉积态Ta-W涂层连续、均匀、致密,由颗粒细小(≤50 nm)的α-Ta(W)堆积成100~250 nm的等轴晶组成,硬度为14.4~15 GPa,与基体的临界载荷为58.5 N;经900℃大气循环氧化后,钛合金表面形成带裂隙的层状Ti O2、Al2O3疏松混合氧化膜,氧化膜明显脱落;Ta-W涂层能明显提高钛合金的抗循环氧化性能,形成以β-Ta2O5为主的致密氧化膜;随着氧化的进行,氧化膜中Ti O2、Al2O3含量增加并出现Al Ta O4、Al WO4相,氧化膜始终保持完整;氧化过程中,基体中Ti、Al元素及涂层中Ta、W元素互扩散,在界面形成Al Ta2、Al2Ta3、Al3Ti、TixW1-x相,O元素扩散并固溶于基体,在近界面基体处形成厚度逐渐增加的富Ta、W、Al、O、α-Ti固溶体(稳定)区,涂层元素向氧化膜和基体扩散而被消耗为其失效的主要原因。     

生物医用植入钛及钛合金的力学性能研究及进展

生物医用植入纯钛具有低密度、优越的耐蚀性、无致敏性和良好的生物相容性，而医用植入钛合金还具有高比强度、较低的弹性模量及易加工等优良特点。所以生物医用植入钛及钛合金已成为外科植入件优选的替代材料。本文重点介绍了人体硬组织修复与替换材料新型钛合金的生物相容性、力学性能、合金添加元素对力学性能的影响和最新研究进展，并指出了未来研究的发展方向。     

医用低刚度β型钛合金的研发

近年来 ,医用钛合金的研发趋势是开发具有良好机械加工性能的无毒无过敏元素的低刚度 β型钛合金。日本研究者根据纯细胞毒性、极化抗力数据、生物医用金属材料和纯金属的生物相容性 ,确定了无毒元素为Nb、Ta和Zr。他们根据Morinaga等人开发的d电子合金设计法确定候选合金成分 ,根据 3次电弧熔炼的实验室规模铸锭 (约 45 g)拉伸试验结果 ,开发了医用低刚度 β型钛合金Ti 2 9Nb 13Ta 4 6Zr ,并研究了该实用型合金的机械性能和生物相容性。熔炼与加工　 2 0kg级Ti 2 9Nb 13Ta 4 6Zr铸锭采用悬浮铸造法制备。铸锭先在95 0℃后在 85 0℃下…     

合金元素Si在钛合金中作用的研究进展

综述了Si在钛合金中作用的文献成果.主要内容包括Si在钛合金中存在状态及Si对钛合金室温、高温性能的影响.重点以蠕变和热稳定性能为主线,归纳总结了Si对钛合金高温性能的影响机理,并提出了含Si高温钛合金的设计原则,以期对以后高温钛合金的研究和设计提供帮助.     

多孔钛骨组织工程支架设计及孔结构表征

针对目前骨组织工程支架微孔结构难以准确设计制备的问题,提出了一种基于点云的参数化建模+3D打印新方法。通过提取cube(C)、diamond(D)、gyroid(G)3种结构的型面函数点云数据,完成对不同孔结构特征的参数化建模。通过对模型有限元力学分析,对不同孔结构特征的多孔钛骨组织支架进行力学设计与订制。借助激光选区熔融(SLM)3D打印技术,完成对不同孔特征的骨组织支架快速成型。对多孔钛骨组织支架进行了相关材料学表征,包括孔结构表征与力学性能测试。结果表明:参数化模型的快速成型制造,能够有效地设计制备钛合金骨组织工程支架的孔结构特性,且可有效设计订制支架的力学性能,从仿生的角度实现多孔钛合金骨组织工程支架生物学功能的设计优化。     

WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-Co涂层硬质合金的组织与性能

用控制烧结工艺制备了均质基体结构与梯度基体结构的WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-Co硬质合金,采用化学气相沉积工艺在合金表面涂上TiCN/Al203/TiN涂层,制备成相应的涂层硬质合金及刀片.运用金相观察、扫描电镜分析、三点抗弯强度测试及切削性能测试,研究了梯度基体结构对涂层WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-Co硬质合金的组织与力学性能影响.结果表明,采用梯度烧结工艺,可以在合金的表层形成梯度韧性区,该韧性区可以提高裂纹扩展阻力.所制备的梯度基体结构合金的抗弯强度明显超过均质基体结构合金,而相应涂层硬质合金刀片在保持耐磨性能的同时能显著提高抗冲击性能.     

钛合金TC6与TC11高频感应钎焊工艺

以B-Ti57CuZrNi-S为钎料,在氩气保护气氛下对TC6/TC11钛合金进行高频感应钎焊工艺实验研究。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等测试方法,分析气体保护流量、流态以及工艺参数对焊接界面形貌、接头组织及元素分布的影响,并测试接头的抗拉强度。结果表明,钎焊界面主要由富Ti的β-Ti固溶组织和Cu-Ti、Ni-Ti以及(Cu,Ni)Ti/Zr组成的金属间化合物相组成。钎焊接头的抗拉强度随钎焊温度的升高或保温时间的延长,呈现先升高后降低的趋势,接头最高强度可达433MPa。TC6/TC11钛合金高频感应钎焊优化工艺参数带为:焊接温度910℃~930℃,保温时间120~150 s,Ar气保护流量1 MPa。     

钛合金叶片盘近净热流变成形的数值模拟及其应用

研究了TC11钛合金叶片盘的近净热流变成形。采用几何造型软件UG NX3对TC11钛合金第二级叶片盘的坯料和模具进行实体造型,同时基于刚粘塑性不可压缩材料的变分原理,运用体积分析软件DEFORM 3D对3种不同应变速率下的叶片盘等温近净热流变成形过程进行数值模拟,研究了工件在成形过程中的速度场、温度场和等效应变场的分布情况,以及凸模和凹模的载荷-行程曲线,为优化工艺参数提供了理论依据。同时与传统的方法进行了比较,发现用此方法生产的产品,其力学性能及微结构都有明显的改进。结果分析表明,随着变形速率的减小,金属向凹模型腔内的流动越均匀,叶型更容易充满。     

基于元胞自动机的TA15板材累积叠轧微观组织预测

为研究累积叠轧过程中TA15钛合金微观组织的演变规律,首先利用DEFORM有限元软件模拟了不同累积叠轧工艺对板材成形热参数的影响,在此基础上通过元胞自动机模拟了TA15钛合金累积叠轧后组织的动态球化过程。结果表明,在累积叠轧过程中,通过减少单道次变形、降低轧制速度并保持一定的温度,可有效地改善TA15钛合金的微观组织和性能。将元胞自动机动态球化模型导入Deform-3D软件,成功地模拟了在热压缩和累积叠轧过程中微观组织的演变。     

钽涂层多孔钛合金支架的制备与表征

钽金属是一种理想的医用金属材料,能够与人体软/硬组织发生整合。利用化学气相沉积方法,在可控多孔结构的Ti6Al4V合金支架表面沉积涂覆钽金属涂层,使其同时具备理想的三维孔隙结构和力学相容性,以及钽金属优异的生物学性能。研究结果显示,多孔钛合金支架表面涂层前后色泽发生明显变化,涂层后支架呈现钽金属色泽。扫描电镜和XRD分析进一步证明了多孔钛合金支架表面沉积物为钽金属。与美国Zimmer公司生产的多孔钽小梁金属相比,钽涂层多孔钛合金支架具备与人体皮质骨更相似的弹性模量和抗压强度,是一种理想的骨修复替代物。     

Microstructure and tensile properties of a Ti-28Ta alloy studied by transmission electron microscopy and digital image correlation

This work presents a study of tensile behavior for a Ti-28 at.%Ta alloy with low modulus and remarkable superelasticity. The Ti-28Ta alloy was firstly fabricated by melting the Ti/Ta powder mixture, followed by hot swaging. The microstructure and tensile behavior were examined by X-ray diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and digital image correlation. The results show that the as-fabricated Ti-28Ta alloy is consisted of β with minor nano-sized martensitic α″ and athermal ω. The yield strength and tensile strength of the Ti-28Ta alloy are 549.4 ± 17.0 and 673.8 ± 78.2 MPa, while its fracture elongation and Young's modulus reach to 28.55 ± 2.19% and 89.9 ± 6.1 GPa, respectively. The static and cyclic stress–strain tensile behaviors of the Ti-28Ta alloy were investigated. The results demonstrate that the Ti-28Ta alloy exhibits ductile and transgranular fracture behavior, excellent superelasticity and remarkable ductility.