Development of Biomedical Superelastic β Titanium Alloy

新型β钛合金具有良好的耐磨性和力学性能、高抗腐蚀性以及优良的生物相容性,因而在生物医学领域得到了越来越广泛的应用.综述了钛合金的发展阶段及新型超弹性β钛合金的研究发展状况和最新进展,探讨了几种热处理工艺对钛合金超弹性的影响,介绍了几种钛合金表面改性方法,结合我国研究现状提出了新型超弹性β钛合金存在的问题,展望了其研究发展方向.     

生物医用超弹性β型钛合金研究现状

新型口钛合金具有良好的耐磨性和力学性能、高抗腐蚀性以及优良的生物相容性,因而在生物医学领域得到了越来越广泛的应用.综述了钛合金的发展阶段及新型超弹性β钛舍金的研究发展状况和最新进展,探讨了几种热处理工艺对钛合金超弹性的影响,介绍了几种钛合金表面改性方法,结合我国研究现状提出了新型超弹性β钛合金存在的问题,展望了其研究发展方向.     

生物医用无Ni超弹性β钛形状记忆合金研究进展

概述了以TiNi合金和β钛合金为代表的生物医用金属材料的使用特性,包括生物相容性和生物力学适应性,介绍了形状记忆和超弹性TiNb基β钛合金医用材料的研究发展状况和最新进展,指出了生物医用钛合金应用技术的研究发展方向.开发不含Ni的低弹性模量、优异生物相容性和生物力学适应性的TiNb基形状记忆和超弹性β钛合金成为生物医用材料发展的一个重要方向.     

近β型钛合金Ti3Zr2Sn3Mo15Nb的形状记忆效应和超弹性研究

采用弯曲和循环拉伸实验研究了新型Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb（TLM）钛合金的形状记忆和超弹性特性，探讨了变形温度、总应变和热处理对TLM钛合金形状记忆和超弹性的影响规律。实验结果表明新合金在热轧态和在α＋β两相区固溶处理后比从β单相区固溶处理后具有较高的形变恢复率，最大可恢复应变可达1．8％．随着总变形应变增加，形变恢复率降低。从β相区固溶处理后TLM合金具有较好的超弹性，优于热轧态或时效处理后TLM合金的超弹性能。     

日本在生物医学、牙科和康复用金属材料方面的研究与进展

近年来，日本对生物医学、牙科和保健用金属材料的研发工作迅猛发展。由无毒元素构成的、无过敏反应的生物材料受到巨大关注。已经研究出无镍、无锰不锈钢制造新工艺。生物用、力学生物兼容的新型低模量高强度β型钛合金正在开发。最近，无镍形状记忆合金和超弹性β型钛合金已经开发出来，正处于生物医学应用的开发阶段。     

钛合金模锻工艺的研究进展

对于难变形的钛合金,模锻是其加工成形的一种重要手段.综述了钛合金的几种主要模锻工艺,包括α β锻造(常规锻造)、β锻造(亚β锻造)等传统模锻工艺和准β锻造、近β锻造、等温锻造、热模锻造等新工艺,重点概述了上述几种工艺的原理、特点及国内外研究和应用现状.最后展望了我国钛合金模锻工艺的发展方向,指出β锻造(亚β锻造)、近净成形工艺(等温锻造和热模锻造)将是未来的研究热点.     

近β马氏体钛合金中的β→ω相变

近β马氏体钛合金的典型热处理制度为固溶时效,该类钛合金在水冷条件下会发生β→ω相变,该相变属于无扩散型相变,相变的形核源于母相(111)晶面的弹性位移重组,而后续时效过程是扩散型相变,其中强化相α相的析出与ω相的体积分数和形貌密切相关。综述了β→ω相变的相变机理和几种典型近β马氏体钛合金中的β→ω相变特点,总结了水冷态近β马氏体钛合金的电子衍射花样的规律。     

低温时效对生物相容β钛合金TiNbSn超弹性行为的影响

近期,一些文献陆续报道了无镍β钛合金的形状记忆效应和超弹性行为的研究结果,这些合金系如Ti-Mo-Al,Ti-Nb-Sn,Ti-Mo-Ga,Ti-Nb-Al,Ti-Nb及Ti-Nb-Zr-Sn.人们希望用其替代TiNi形状记忆合金,以消除TiNi合金作植入件对人体产生的过敏或致癌影响.在上述这些合金中,TiNbSn β钛合金以其良好的生物相容性和冷加工性能备受人们的青睐.     

加工图在钛合金中的应用

简要介绍了加工图在钛合金中的应用,主要介绍了加工图的基本原理,分别以几种典型的α钛、近α钛合金、α β钛合金及β钛合金为例介绍了钛合金加工图的特点和加工图在研究合金元素、微观组织对钛合金热加工特性影响方面的应用,总结了优化这几种合金加工工艺的条件,给出了钛合金加工图的一般规律.     

汽车用钛合金的研究现状

降低成本是目前车用钛合金的主要研究方向.从新型钛合金体系的开发和新型加工制备技术的试用两方面概述了降低车用钛合金成本的主要方法,并提出了今后研究趋势的几点思考.     

医用植入Ti-2448钛合金应用前景广阔

沈阳材料科学国家(联合)实验室工程合金研究部多功能合金研究组近期研究发现,其研制的一种具有高强度、低弹性模量、超弹性和阻尼性能的多功能柔韧钛合金(Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn,简称Ti-2448)的泊松比显著低于常规金属材料,是一种兼有低泊松比和高韧性的新型金属材料,在医用植入和密封等领域具有很好的应用前景.     

航空用损伤容限型钛合金研究与应用

为了满足新型飞机的大尺寸、高减重、长寿命和低成本的设计与应用需求,采用损伤容限型钛合金材料及其应用技术是一条重要途径。国外发达国家已经在新型损伤容限型钛合金材料研制和在先进飞机上的应用方面走在了前列,特别是像中强度的Ti-6Al-4VELI和高强度的Ti-6-22-22S等,已经成功地应用在了美国F-22/F-35,C-17等新一代飞机中,大大地提高了飞机的使用寿命和战斗力。这几年我国先后自主创新发展了中强度损伤容限型钛合金TC4-DT和高强度损伤容限型钛合金TC21,建立了损伤容限型钛合金的β处理加工技术,为我国新型飞机的研制奠定了材料应用技术基础。通过分析国内外损伤容限型钛合金材料及其新型加工工艺技术的研究发展情况,结合我国新型损伤容限型钛合金材料研究进展,重点探讨了新型损伤容限型钛合金的材料特点、性能水平和应用前景。     

β钛合金成分设计:理论、方法、实践

随着科学技术的不断发展,高性能钛合金特別是β型钛合金的研究开发越来越受到世界各国的重视,伴随着应用过程,其合金设计方法得以不断地完善与提高。在新的设计方法指导下,近年来经常有新型高性能β钛合金被研发出来并得到实际应用。为了使广大冶金科技工作者,特别是从事钛合金研究的工程技术人员能够熟悉合金设计理论,着重分析讨论了β钛合金成分设计时应考虑的因素,包括β钛合金成分设计基本原理,合金化对钛合金性能的影响,Kβ稳定系数和Al、Mo当量设计准则,电子浓度因素和d-电子合金设计方法等。并简要介绍了在高强度、低模量、低成本等方面β钛合金的成分设计思路与研究进展。     

TiNi合金的耐磨机制及其摩擦学应用研究

TiNi合金是一种新型的性能优异的摩擦学材料,其摩擦学特性主要与相变超弹性有关,快速应变硬化、耐腐蚀及抗疲劳等特性也对合金的耐磨性能有很大帮助.本研究从相变超弹性产生机制、产生条件及影响因素等方面揭示了其优异摩擦学特性的原因,介绍了提高和充分发挥相变超弹性的措施,回顾了超弹TiNi合金在摩擦学方面的应用研究进展,提出了若干发展方向及亟待解决的问题.     

集成计算材料工程在钛合金微观结构设计中应用的进展

基于集成计算材料工程的思想,结合CALPHAD、相场动力学模拟与关键的实验测量手段、以及钛合金中最新发现的非传统的固-固相变机制,和近来提出的伪调幅分解相变机制为钛合金微观结构设计提出了新的方向.这一机制首先被Ni和Khachaturyan提出并用来解释斜纹组织的形成,并被Fraser等人引入到钛合金体系,Banerjee和Wang等人通过实验和模拟证明了其正确性,这种新的转变路径为设计具有超细、超均匀α+β相微观结构新型钛合金提出了新的设计思路,并且有可能产生新的机械性能.另外,为了扩展制备超细、超均匀钛合金微观结构所需的温度及成分范围,基于存在的热力学数据库,Fraser等人提出了一种通过预先预相分离来产生成分和结构不均匀,进而改进钛合金微观结构的新方法,作者团队基于热力学数据库和相场动力学的计算机模拟证明了其存在.对集成计算材料工程方法在提高设计与选择具有超细、超均匀微观结构的钛合金的效率方面进行了评论总结,集成计算材料工程为钛合金的开发设计提供了新的思路.     

生物医用钛合金材料的研究、开发与应用

生物医用材料及制品是近30年来发展起来的一类技术附加值最高的高新技术产品,其作用药物不能替代。近10年来,生物材料和制品的世界市场增幅百分率一直保持在两位数左右,发展趋势可与汽车和信息产业相比,正在成长为世界经济的一个新的支柱性产业,而生物材料的研发已成为世界研究热点。钛合金是一种继不锈钢、钴铬合金和TiNi形状记忆合金之后可用于人体软、硬组织修复与替代较理想的外科植入物用首选材料,它先后经过了第一代材料纯钛(α型)和Ti6Al4V合金(α β型)和第二代无钒的α β型钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2.5Fe以及以β型钛合金为主的第三代新型医用钛合金(如Ti-13Nb-13Zr)的发展历程,其出发点是寻找生物相容性更好(不含对人体有毒的元素)、与人体骨骼力学相容性更加匹配(降低弹性模量、减小对骨组织的“应力屏蔽“)且综合性能优良的钛合金材料。综述了国际上生物医用钛合金的研发历史和现状,重点介绍了国际上正在热点研究的新型β型医用钛合金材料的合金设计、加工制备及其组织与性能控制和在骨科与血管介入领域的应用现状,特别是介绍了我国自主开发的两种新型医用β型钛合金的研究及其相关医疗器械产品研制情况,最后指出了医疗器...     

冷轧变形量对医用β型TiNb合金的马氏体转变和弹性性能的影响

利用磁控钨极电弧炉制备了Ti-35Nb-2Ta-3Zrβ钛合金,采用冷轧对合金进行冷变形,研究轧制变形量对β钛合金的马氏体转变和弹性性能的影响。对不同轧制变形量下的合金通过偏光显微镜、X射线衍射分析、透射电子显微分析和纳米压痕等实验方法,研究了冷轧变形量对TiNb合金的显微组织和弹性性能的影响。结果表明,轧制变形过程中β钛合金发生了β→α″的相转变,且随着变形量的增大,马氏体由针状变为粗大的片体,当变形量达到90%时,马氏体变得细小且呈现明显的取向性;纳米压痕实验结果显示,随着变形量的增加,合金的弹性恢复率呈逐渐降低的趋势,弹性模量基本保持不变。     

超塑性钛合金研究究开发概？

对钛合金超塑性原理进行了概述。介绍了近年来出现的几种典型的超塑性钛合金，对它们的性能及用途进行了归纳总结，特别介绍了一种具有奇异性能的超弹塑性钛合金“橡胶金属”。最后对超塑性钛合金发展前景进行展望。     

外科植入物用新型医用钛合金材料设计、开发与应用现状及进展

介绍了生物医用钛合金材料的定义、分类与基本特性,综述了国内外生物医用钛合金材料的发展历程,针对改善和提高医用钛合金材料的生物相容性和力学相容性问题,重点分析和讨论了医用钛合金在合金设计、显微组织和相变控制以及表面状态优化等方面存在的不足和未来研究方向,最后介绍了新型介稳定β型钛合金在设计、开发与应用方面的最新进展。     

钛合金在大型运输机上的应用

随着航空业的复苏,大型运输机的需求量日益增多.钛合金在大型运输机上的用量不断扩大,B787客机和C-17军用运输机的钛合金用量已分别达15%和10.3%.B777使用了Ti-10V-2Fe-3Al合金主起落架载重梁,B747使用了Ti-6Al-4V合金主起落架梁、A380和A350使用了全钛挂架.钛合金在大型运输机上的应用出现亮点是使用了钛合金整体精铸件、钛合金薄璧铸件、石墨纤维钛合金层板、新型高强高韧近β钛合金.文章最后指出我国航空界和材料界应充分重视相关钛合金材料及其热加工工艺研究开发和应用工作,不断提高使用性能,降低生产成本,以满足大型运输机的发展需求.