医用植入材料Ti6Al4V的腐蚀与防腐研究进展

Ti6Al4V具有良好的生物相容性、力学性能和工艺性能,是当今医用植入体的首选材料。但Ti6Al4V植入人体后会被体液腐蚀并释致出对人体有毒副作用的金属离子,针对此问题,分析了医用植入材料Ti6Al4V在临床应用中的腐蚀行为及其被腐蚀后对人体的影响,综述了该材料防腐技术的研究进展,并对该材料表面改性研究提出了建议。     

钛合金Ti6Al4V螺钉断裂原因分析

针对钛合金Ti6Al4V螺钉在装配过程中发生断裂的问题,分别采用电感耦合等离子体发射光谱法、扫描电镜与金相检验的方法,进行了化学成分分析、断口分析、表面形貌观察与显微组织分析。结果表明:螺钉的化学成分符合要求;螺钉先发生脆性开裂,后发生韧性断裂;螺钉的螺纹表面存在麻点、缺口与伤痕等缺陷。螺纹表面的麻点、缺口与伤痕等缺陷是因为螺纹在滚压成形的过程中由于磨具和材料润滑不好,发生了粘连和嵌入而形成的。其中根部表面形成的一处严重伤痕在螺纹受力过程中产生应力集中,形成裂纹源并断裂。     

Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb对成骨细胞生物活性影响的研究

研究Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛金属表面经喷砂酸蚀处理后的表面形貌、亲水性及对成骨细胞生物活性的影响。在Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛金属表面进行Al2O3喷砂和盐酸、硫酸混合物酸蚀的表面改性处理(SLA),通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察样品的表面形貌,通过接触角测量仪在显微镜下测量接触角的大小;将SD大鼠成骨细胞以1×104cells/m L密度接种于Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面后通过MTT活性实验观察成骨细胞在样品表面的增殖,通过SEM观察细胞在样品表面生长的形态,通过碱性磷酸酶(AKP)活性实验,检测成骨细胞的分化能力。Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb在经过喷砂酸蚀处理后,表面均呈现出微米级多孔形貌,3种样品均为亲水性表面;细胞在SLA处理后的Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面增殖良好,细胞伸展显著;其中在Ti6Al7Nb表面细胞的增殖、黏附、分化能力最强。大颗粒喷砂酸蚀技术的表面处理方法能够促进Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb的生物活性;经SLA处理的Ti6Al7Nb比Ti和Ti6Al4V表现出更好的生物学活性,成骨细胞在其表面呈现出更好的增殖、黏附及分化能力。     

Ti6Al4V粉末及其制品的研究进展

采用粉末冶金方法生产钛合金制品,材料的利用率几乎可达100%,而且产品性能好,是低成本制造高质量钛合金零部件的重要途径。综述了国内外Ti6Al4V粉末及其粉末冶金制品的制备技术及应用概况,指出低氧球形高质量粉末的制备是钛合金粉末的发展方向,气体雾化是制备优质钛合金粉末的主要工业化生产方法,介绍了传统的粉末冶金方法及近年来新开发的粉末冶金新技术的应用情况。制备工艺的改善,加上民用领域产品需求量的大幅度增加,势必极大程度地推动粉末冶金Ti6Al4V的研究与应用。     

Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的研究进展

评述了Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的最新研究进展，特别对新的微弧氧化陶瓷涂层予以关注，并由此提出了深入研究的方向。     

Ti6Al4V合金激光原位制备TiN枝晶增强梯度复合表面层

利用连续波2kW Nd-YAG激光在Ti6Al4V合金表面原位制备TiN枝晶增强梯度金属基复合材料表面层，并研究了该表面层的显微组织和磨损性能。结果表明：该表面层沿激光熔化深度具有明显的梯度结构，表面层与Ti6Al4V基体之间呈现良好的冶金结合，Ti6Al4V的表面硬度及耐磨性得到了显著增强．     

激光冲击处理对Ti6Al4V力学性能的影响

通过对钛合金Ti6Al4V的激光冲击处理,研究了激光冲击处理工艺对钛合金Ti6Al4V力学性能的影响.实验表明:激光冲击处理能有效提升Ti6Al4V的力学性能,在激光功率密度由1.15GW/cm2增加到2.31GW/cm2过程中,其冲击波峰值压力线性增加,表面最大残余压应力也相应增大,最高达-264MPa,表面硬化层的显微硬度高达510Hv,硬化层深度约为0.25mm,经过激光冲击处理后硬度相对于原始钛板提高了64%,随着激光能量的增加,冲击区域的抗拉强度极大增强,塑性降低.     

Ti6Al4V高速干滑动摩擦磨损特性研究

对Ti6Al4V合金在高速干滑动摩擦条件下进行了系统的磨损性能测试,研究了载荷和速度对Ti6Al4V合金的摩擦磨损机制的影响,对Ti6Al4V合金的磨损表面、纵剖面进行了显微分析及X-衍射分析,实验结果表明,Ti6Al4V合金的磨损率和摩擦表面温度随着载荷和速度的升高而增加,摩擦表面的温度最高达到1044℃,磨损表面出现"蘑菇头"的磨损现象,表面出现裂纹及剥落坑,表层及次表层出现裂纹,组织变得粗大,磨损纵剖面析出Ti3O,Ti6O,VO0.53,VN等化合物.     

置氢Ti6Al4V合金的微观组织演变规律

为研究置氢Ti6Al4V合金的高温加工改性机理,从微观组织的角度对合金进行了对比分析.利用OM、SEM、XRD等研究了置氢对Ti6Al4V合金变形前后微观组织演变的影响.研究结果表明:氢的加入不仅使置氢Ti6Al4V合金中β相比例明显增大,而且改变了α相与β相之间的电势差,在氢含量为0.3%~0.5%两相颜色将发生互换,氢含量增加到0.50%以上时,合金中将出现面心立方结构的δ氢化物;随氢含量的增加,合金超塑拉伸变形后的组织由α+β两相等轴晶粒变为粗大的β晶粒,造成α与β界面的协调能力下降,并改变了合金的变形机制.     

Ti6A14V合金的低温超塑性拉伸变形行为

在700℃-850℃的温度范围内对Ti-6%Al-4%V(质量分数)合金板材进行超塑性拉伸试验,研究了应变速率为3×10-4-5×10-38-1条件下的拉伸变形行为.结果表明:Ti6A14V合金在空气中表现出良好的低温超塑性变形能力.在800℃初始应变速率ε=5×10-4s-1条件下,延伸率达到536%.在较低的700℃下变形(ε=5×10-4s-1),延伸率仍然超过了300%.在整个变形温度区间内,应变速率敏感性指数m均为0.3左右,最大值为0.63.在850℃变形激活能与晶界自扩散激活能十分相近,表明晶界扩散控制的晶界滑动是超塑性变形的主要机制.在700-750℃,变形激活能远大于晶界自扩散激活能,位错运动是激活能升高的原因.在800℃变形的激活能介于两者之间,表明随着温度的降低变形机制逐渐发生改变.     

Ti6Al4V表面纳米多孔氧化膜的电解制备及形成机理研究

在(NH4)2SO4/NH4F电解液中,采用阶段升压至预定电压,然后恒压阳极氧化在Ti6Al4V表面制备出纳米多孔氧化膜。利用SEM、XRD对纳米多孔氧化膜进行表征。研究表明,电解液pH值和外加电压对纳米多孔氧化膜形成和形貌影响非常大。电解液的pH值=4.0,恒压为20V时,形成孔均匀规整的纳米多孔氧化膜,孔内径约为85nm。纳米多孔氧化膜形成机理是:首先钛合金表面钝化,在F-作用下钝化表面发生孔蚀而形成原始胚胎孔,然后胚胎孔处氧化膜在电场支持下发生场致溶解而成大孔。     

Metallurgical and Corrosion Properties of Explosively Welded Ti6Al4V/Low Carbon Steel Clad

Titanium alloy (Ti6Al4V) and Iow carbon steel (LCS) were joined by explosive welding method using different ratios of explosive. Some metallurgical properties of joined samples were investigated. Joined samples were examined by means of optical microscope, scanning electron microscope (SEM) and tensile-shearing tests. Bending, tensile, hardness and corrosion behaviour of the samples were investigated. Separation was not occurred on the joining interface after tensile-shearing and bending tests. It is seen that hardness of both plates were increased with increasing explosive.It is found that increasing explosive ratio leads to an increase in corrosion. It is also found that corrosion rate was high at the beginning of the experiment but the rate of the corrosion decreased subsequently during the experiment.     

钛合金表面激光熔覆Ni基梯度涂层的研究

为了改善Ti6Al4V钛合金表面耐磨性能和抗高温氧化性能,采用CO2激光在Ti6Al4V钛合金表面进行激光熔覆Ni基梯度涂层试验.利用扫描电镜和显微硬度计等手段分析了熔覆层组织,测试了基体和熔覆层的显微硬度.结果表明,采用适当的工艺参数,可以在钛合金表面获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层.熔覆层组织由树枝晶和晶间共晶组织构成,并与基体形成牢固的冶金结合.由基体到表面,显微硬度过渡平稳,呈明显梯度渐变特征.