造孔剂对新型医用多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金组织性能的影响

合金多孔化是有效降低材料弹性模量的方式之一,采用添加造孔剂的元素粉末冶金法制备了新型医用多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金,通过扫描电镜、阿基米德法、X射线衍射和压缩力学性能测试的方法研究了不同造孔剂用量和粒径尺寸对合金形貌特征、孔隙率、物相组成及力学性能的影响规律。结果表明:该方法制备所得多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金为近β型钛合金;随着造孔剂用量增加,平均孔径无变化,孔隙率呈线性增长,弹性模量和抗压强度减小,其中弹性模量的变化满足线性关系;随着造孔剂粒径尺寸增加,平均孔径增大而孔隙率基本不变,抗压强度和弹性模量减小;添加20%(质量分数)粒径尺寸为125~200μm的NH4HCO3造孔剂制备多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金,于1300℃烧结4h孔隙率达到38.9%并含有贯穿孔结构,抗压强度达到405 MPa,而弹性模量为9.19GPa,能满足医用植入材料的要求。     

Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金碱处理表面生物活性陶瓷改性

钛合金作为外科植入材料是近年研究和应用的热点,但纯钛的力学性能较差,Ti-6Al-4V ELI合金含有毒性元素V,均不是理想的材料.最近,日本开发的Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNrrZ)β钛合金,其弹性模量较低,可通过机械热加工控制其力学性能,在医用领域有巨大的应用前景.但该合金的生物相容性还稍有不足,直接与骨结合的生物活性很差,因此有必要对其进行表面改性处理研究.     

热变形Ti-45Al-7Nb-0.3W合金的显微组织与力学性能

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验研究热变形(锻造、轧制)Ti-45Al-7Nb-0.3W(原子分数/%,下同)合金的显微组织与力学性能。结果表明:铸态Ti-45Al-7Nb-0.3W合金为近层片组织,主要由α2/γ层片晶团及分布在层片晶团周围的少量γ相和β相组成,层片晶团平均尺寸为100μm;经热包套锻造后,层片晶团发生破碎、扭折,并且室温抗拉强度较铸态提高了77MPa,800℃抗拉强度提高了36MPa;该锻态合金经热包套轧制后,合金组织转变为细小的双态组织,平均晶粒尺寸为25μm,合金力学性能进一步提高,其中室温抗拉强度提高到603MPa,伸长率为1.0%,800℃抗拉强度提高到716MPa,伸长率为3.6%。     

不同时效处理的Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr合金的组织结构和医用性能

Tj—Nb-Ta-Zr系合金有很好的生物材料应用前景,国内对其研究较少。真空熔炼制备了Ti-29Nb．13Ta-4．6Zr铸锭,对其固溶处理后在不同温度、时间下时效处理,研究了合金时效处理后的组织结构和医用性能。结果表明：830℃固溶1．5h后的Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr合金是单一的过冷亚稳B相,再经时效加热...     

Zr–2.5Nb合金热变形行为研究

目的 研究Zr–2.5Nb合金热压缩后的应力–应变关系和合金变形激活能。方法 对Zr–2.5Nb进行高温压缩试验,分析变形条件(温度和应变速率)对该合金热变形行为的影响,研究高温压缩过程中Zr–2.5Nb合金的显微组织变化,并基于Arrhenius公式分析其变形激活能。结果 在低温、高应变速率条件下,Zr–2.5Nb合金应力由峰值快速降低直至达到稳态;在高温和低应变速率下,该合金的应力–应变曲线呈现动态再结晶特征,合金平均变形激活能为468.962 kJ/mol,硬化指数为5.41。结论 在850~1 000 ℃下进行不同应变速率的热压缩变形时,高温低应变速率有利于Zr–2.5Nb动态再结晶的发生;同一温度条件下,低应变速率时合金变形激活能较小,有利于Zr–2.5Nb合金发生塑性变形。     

一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe合金热变形行为

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe(质量分数/%)钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。变形温度范围为:655~855℃,应变速率范围为:0.001~10s^-1 ,最大真应变为0.8。根据实验数据,建立了该合金的高温流变应力模型,计算出热变形激活能约为255kJ/mol,并绘制出热加工图。结合热加工图与材料的显微组织分析可知,在高应变速率(1~10s^-1 )条件下变形时,在热加工图上表现为材料的功率耗散值(η)低,为失稳区域,易产生绝热剪切带与局部塑性流动、开裂等现象。在应变速率小于0.01s^-1 和相变点( T β)温度以下(655~755℃)进行热变形时,组织变化主要以动态回复为主;在应变速率小于0.01s^-1 和 T β以上(755~855℃)进行热变形时,组织发生动态再结晶,且随着温度的升高,新产生的再结晶晶粒逐渐长大。在相变点附近(755~770℃),变形速率为0.001~0.003s^-1 区域内变形时,功率耗散值达到最大值,组织发生动态再结晶,该区域为合金热变形的“安全区”。     

粉末Ti-22Al-24Nb-0.5Mo合金热变形能力的对比研究

采用预合金粉末热等静压工艺制备名义成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子百分数)的粉末Ti2AlNb合金,对粉末合金、经热处理的粉末合金和同种成分的熔铸Ti2AlNb合金进行了压缩实验。结果表明,粉末Ti2AlNb合金具有与熔铸变形合金相当的变形能力,热处理对粉末Ti2AlNb合金的变形能力没有明显的影响,粉末合金在低温和高应变速率下的变形抗力更低,不易开裂。采用典型粉末成型工艺制备粉末Ti2AlNb热变形坯料,在两相区进行了不同变形量的墩粗和拔长热变形。结果表明,粉末Ti2AlNb坯料变形后没有宏观裂纹,变形均匀。拉伸实验结果表明,变形后经热处理的粉末Ti2AlNb合金表现出更好的拉伸性能。     

Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.25Si合金表面改性及腐蚀性研究

采用恒电位极化法研究了Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.25Si合金的表面改性工艺,并测试了该合金在Ring′s模拟体液中的体外耐腐蚀性能。结果表明,随极化电压升高,氧化膜稳定速度加快,氧化膜电阻值随电解液浓度的增加呈单峰曲线变化,且随处理时间的延长逐渐达到稳态;在处理电压为10V、处理时间为30min、HF酸浓度为2%时,合金表面所形成的氧化膜稳定,其结构为网状并形成微米孔隙,表现出良好的耐腐蚀性。     

Ti-22Al-23Nb-1Mo-1Zr合金环锻件组织演变及力学行为EI北大核心CSCD

以五元系Ti_(2)AlNb合金Ti-22Al-23Nb-1Mo-1Zr(原子分数/%)环锻件为研究对象,借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能检测设备,研究合金在不同固溶温度(850,880,900℃)+750℃时效处理工艺下的组织演变、拉伸性能及断裂行为。结果表明:固溶处理后,随固溶温度的增加,细片层O相易固溶于B2相基体中,粗片层O相逐渐粗化,O相体积分数下降;后经时效处理后,有少量细片层O相从B2相基体中析出,粗片层O相进一步粗化,O相体积分数趋于一致;合金强度随固溶温度增加呈下降趋势,而塑性呈上升趋势;拉伸断口形貌为典型解理和韧窝混合断裂的准解理特征,纵向断口存在微裂纹、滑移特征以及沿拉伸方向伸长的弯曲片层O相;位错在B2/O相界塞积,片层O相尺寸细小,能够有效减小位错滑移距离,使得合金强化作用较强。     

Ti-5Mo-5V-1Cr-3Al合金的热压缩变形行为研究EI北大核心CSCD

采用恒应变速率热压缩模拟实验,对Ti-5Mo-5V-1Cr-3A1（简称1Cr）钛合金在应变速率0.001～1s-1、变形温度700～900℃条件下进行研究.结果表明：该材料的流变应力对温度与应变速率敏感：当变形温度为700～800℃时,真应力-真应变曲线呈现动态再结晶单曲线特征;当变形温度为800～900℃时,低应变速率（0.001s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态再结晶多应力峰值曲线特征,高应变速率（0.01～1s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态回复曲线特征.1Cr合金在等温压缩变形时的流变行为可用包含Zener-Holomon参数的Arrhenius本构方程描述,变形激活能为456kJ/mol.金相结果显示,材料在热压缩过程中的动态行为除了与变形速率、变形温度等加工参数相关外,也与相应温度、变形速率下材料的组织及相结构有关.合金在低应变速率0.001s 1下热压缩变形时,在接近相变点或以上（800～900℃）温度范围内仍呈现动态再结晶行为,这与材料在此阶段发生的应变诱发马氏体转变密切相关,马氏体相的析出促使材料在热变形时趋向于发生动态再结晶行为.     

热变形参数对Ti-6554合金流动软化行为的影响

目的 研究不同热变形参数下Ti-6554合金对应变速率敏感指数m、应变硬化指数n的影响。方法 采用Gleeble-3500热模拟实验机,在变形温度为810~930 ℃、应变速率为0.001~10 s⁻¹条件下,对Ti-6554合金进行等温恒应变速率热压缩实验。结果 应变速率敏感指数m随应变速率的升高和变形温度的降低而减小,当真应变为0.9时,m在变形温度为930 ℃、应变速率为0.001 s⁻¹的条件下达到峰值,为0.43。应变硬化指数n随应变速率的升高呈先升高后降低的趋势,在高温区间(870~930 ℃)的软化程度较大。结论 Ti-6554合金对变形温度、应变速率等热变形参数十分敏感,该合金的流动应力随着应变速率的升高和变形温度的降低而增大。分析微观组织可知,从应变速率敏感指数m角度考虑,该合金发生软化行为的最佳区域是变形温度为870~930 ℃、应变速率为0.001 s⁻¹。从应变硬化指数n的角度考虑,在变形温度为870~930 ℃条件下,Ti-6554合金在低应变速率区间(0.001~0.01 s⁻¹)的软化行为以动态再结晶(DRX)为主,在高应变速率区间(0.1~10 s⁻¹)的软化行为以动态回复(DRV)为主。     

Nb-60Ta-2Zr合金在模拟血浆溶液和全血浸泡后表面膜的性质

用X射线光电子能谱(XPS)表征了心血管支架用Nb-60Ta-2Zr合金在模拟血浆溶液(r-SBF)和在人体全血中浸泡后表面反应层的性质。结果表明,在两种介质中分别浸泡后,材料表面氧化膜的化学成分和厚度明显不同。在r-SBF溶液中浸泡24 h后,在合金表面形成约50 nm厚的含Ca、P沉积层,覆盖于Nb、Ta的氧化膜之上;相反,在全血液中浸泡的合金表面未出现富Ca和P的沉积层,仅形成厚度约24 nm、主要由Ta2O5和Nb2O5构成的氧化膜。因此,尽管两种介质的离子浓度相近,但全血中的蛋白质和血细胞等有机物对Ca、P等元素的沉积有抑制作用。     

Fibroblast Adhesion and Proliferation on a New β Type Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr Alloy for Biomedical Application

Cell attachment and spreading on Ti-based alloy surfaces is a major parameter in implant technology. Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr alloy is a new β type Ti alloy developed for biomedical application. This alloy has low modulus and high strength, which indicates that it can be used for medical purposes such as surgical implants. To evaluate the biocompatibility and effects of the surface morphology of Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr on the cellular behaviour, the adhesion and proliferation of rat gingival fibroblasts were studied with substrates having different surface roughness and the results were also compared with commercial pure titanium and Ti-6Al-4V. The results indicate that fibroblast shows similar adhesion and proliferation on the smooth surfaces of commercial pure titanium （Cp Ti）, Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr, and Ti-6Al-4V, suggesting that Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr has similar biocompatibility to Cp Ti and Ti-6Al-4V. The fibroblast adhesion and spreading was lower on rough surfaces of Cp Ti, Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr and Ti-6Al-4V than on smooth ones. Surface roughness appeared to be a dominant factor that determines the fibroblast adhesion and proliferation.     

Fibroblast Adhesion and Proliferation on a New β Type Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr Alloy for Biomedical Application

Cell attachment and spreading on Ti-based alloy surfaces is a major parameter in implant technology. Ti39Nb-13Ta-4.6Zr alloy is a new β type Ti alloy developed for biomedical application. This alloy has low modulus and high strength, which indicates that it can be used for medical purposes such as surgical implants.To evaluate the biocompatibility and effects of the surface morphology of Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr on the cellular behaviour, the adhesion and proliferation of rat gingival fibroblasts were studied with substrates having different surface roughness and the results were also compared with commercial pure titanium and Ti-6Al-4V. The results indicate that fibroblast shows similar adhesion and proliferation on the smooth surfaces of commercial pure titanium (Cp Ti), Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr, and Ti-6Al-4V, suggesting that Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr has similar biocompatibility to Cp Ti and Ti-6Al-4V. The fibroblast adhesion and spreading was lower on rough surfaces of Cp Ti, Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr and Ti-6Al-4V than on smooth ones. Surface roughness appeared to be a dominant factor that determines the fibroblast adhesion and proliferation.     

Ti-35Nb-7Zr/10CPP生物复合材料微观组织与性能研究

添加了占钛合金基体10%(质量分数)的焦磷酸钙(CPP)生物活性陶瓷粉末,利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Ti-35Nb-7Zr/10CPP生物复合材料,研究了其物相组成、微观组织形貌、元素分布、力学性能以及生物活性等。结果表明,该复合材料主要由β-Ti相基体、少量的α-Ti相及金属-陶瓷相(CaO、Ti2O、CaTiO3、CaZrO3、TxPy)组成;复合材料具有较低的压缩弹性模量(46 GPa)和较高的抗压强度(1 434 MPa),显示了良好的力学相容性;与Ti-35Nb-7Zr合金相比,复合材料在人工模拟体液(SBF)浸泡7d后表面生成了大量的类骨磷灰石层,显示出良好的生物活性。     

超声辅助微弧氧化Ti-13Nb-13Zr合金制备仿生涂层及其断裂力学性能

为了提高微弧氧化钛合金制备的脆性仿生涂层的断裂力学性能,利用超声辅助微弧氧化复合工艺在Ti-13Nb-13Zr合金表面制备了钙磷生物涂层。通过压痕法测试分析了涂层断裂韧性,采用扫描电镜和X射线衍射仪测试了涂层表面形貌和相组成,并与微弧氧化制备的涂层性能进行了比较,分析了增韧原因。结果表明,引入超声后,微弧放电电压下降了40V,涂层致密层明显增厚;相同电源占空比条件下,超声工艺所制备涂层的断裂韧性相比无超声工艺都有所提高。部分锐钛矿相TiO_2转变为金红石相的相变增韧,超声空化效应引起的涂层致密化和增厚效果,以及微裂纹的均匀分布,是促使涂层断裂力学性能提高的主要原因。该复合工艺实现了微弧氧化钛合金生物涂层的增韧。