Ti-5Ta-30Nb-8Zr合金粉床电子束3D打印分区熔化扫描成形工艺研究

以球形Ti-5Ta-30Nb-8Zr合金粉末为原料,开展了粉床电子束3D打印技术制备钛合金样品的工艺研究。通过分区成形工艺控制,在一次成形中完成多种熔化电流或多种扫描速度的并行实验,快速获得该合金粉末在不同熔化工艺下的成形样品。粉床电子束3D打印成形Ti-5Ta-30Nb-8Zr合金的最佳工艺参数为熔化电流20 m A,扫描速度800 mm/s。在该工艺条件下,加工出的钛合金样品致密度高、内部缺陷少、组织均匀。与传统实验方法相比,分区控制成形技术的研究效率提高150%,可大幅降低研发成本。     

生体医用合金的开发

生体医用Ti-30Nb-10Ta-XZr合金Ti-29％Nb-13％Ta-4．6％Zr和Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金（均为质量百分数）简称Ti—Nb—Ta—Zr系合金，具有优良的生体相容性和低的弹性模量。前一合金的力学性能和作为骨折修复材料使用时骨质再生性和细胞毒性等生体相容性，都比传统生体用钛合金优越。此次则研究了含有不同Zr添加量的Ti-30Nb-10Ta—XZr合金的显微组织和力学性能，研究用的合金是利用粉末冶金法制备的Ti-29Nb-13Ta—XZr合金，分别制备了无Zr的和添加3％、7％和10％Zr的合金（分别简称OZr、3Zr、7Zr和10Zr合金）。     

生物医用Ti-Nb-(Ta)-Zr合金的微观结构与性能

采用显微硬度测试、X射线衍射分析和透射电子显微镜观察等方法,研究不同热处理后生物医用Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金和Ti-35Nb-7Zr合金的显微硬度变化及微观组织特征,揭示Ta元素的添加对合金微观结构、时效析出序列及性能的影响。结果表明:Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金比Ti-35Nb-7Zr合金具有更明显的时效强化效果;固溶处理(ST)后经300和600℃时效处理,Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金的时效析出顺序可以描述为β+α″(ST)300℃→β+α600℃→β+α+等温ω,而Ti-35Nb-7Zr合金的时效析出顺序为β+α″+淬火ω(ST)300℃→β+α+等温ω600℃→β+α;Ta元素的添加抑制固溶处理过程中淬火ω相的析出,提高时效过程中等温ω相的析出温度。     

电子束选区熔化成形及后续热处理后Ti-47Al-2Nb-2Cr合金显微组织（英文）

对电子束选区熔化成形及后续热处理后Ti-47Al-2Nb-2Cr合金显微组织进行了分析,讨论了成形过程中合金凝固和固态相变过程。结果表明,电子束选区熔化成形Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的显微为细小的γ-Ti Al和α_2-Ti_3Al形成的片层结构,但是由于电子束选区熔化成形过程冷却速度较快和成形过程中的热循环作用,成形样品的片层晶团和片层宽度皆沿样品成形方向从上到下变大变宽。合金的凝固过程通过了β单相区,并经历L→L+β→β→β+α→α→α+γ的相变过程。为了得到均匀一致的显微组织,对电子束选区熔化成形样品进行了热处理,通过1250℃油淬后1200℃保温2 h,得到了细小均匀的片层结构组织。     

Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的磨损特性

利用环块式腐蚀磨损试验机研究了Ti-29Nb-13Ta-4.6Zrβ型医用钛合金的磨损特性,并与传统医用钛合金Ti-6Al-4V进行了比较.研究表明在空气中干磨,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金及Ti-6Al-4V合金的抗磨能力主要取决于合金的硬度及抗拉强度等力学性能;在0.9%NaCl溶液中磨损,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金抗腐蚀磨损能力低于Ti-6Al-4V.Nb含量的提高可以增强Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的抗腐蚀磨损能力.     

电子束选区熔化成形及后续热处理后Ti-47Al-2Nb-2Cr合金显微组织

对电子束选区熔化成形及后续热处理后Ti-47Al-2Nb-2Cr合金显微组织进行了分析,讨论了成形过程中合金凝固和固态相变过程。研究结果显示：电子束选区熔化成形Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的显微为细小的γ-TiAl 和 α₂-Ti₃Al形成的片层结构,但是由于电子束选区熔化成形过程冷却速度较快和成形过程中的热循环作用,成形样品的片层晶团和片层间距皆沿样品成形方向从上到下变大。合金的凝固过程通过了β单相区,并经历L → L β → β → β α → α → α γ的相变过程。为了得到均匀一致的显微组织,对电子束选区熔化成形样品进行了热处理,通过1250℃油淬后1200℃保温2小时,得到了细小均匀的片层结构组织。     

Ti-Nb-Ta-Zr合金组织研究

本文研究了时效处理对两种医用Ti-Nb-Ta-Zr合金组织的影响研究表明,在300-600℃之间对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金进行时效处理,α和ω相从β基体中析出Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr合金比Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金稳定,对其进行短期时效处理,未见α相和ω相析出.长期时效处理(12 d)后,才有可见α相出现.     

Ta和Zr的添加量对Ti-Nb-Ta-Zr系合金组织和性能的影响

以Ti-30Nb-10Ta-5Zr合金为基本组成，改变Ta的添加量（质量分数，下同）为：0％，5％，15％，20％，配制4种Ti-30Nb-xTa-5Zr系合金；改变Zr的添加量（质量分数，下同）为：0％，3％，7％，10％，配制4种Ti-30Nb-10Ta-xZr系合金，连同基本组成合金共9种，对比进行了组织和性能评价。     

电子束选区熔化制备医用多孔钛合金研究

利用电子束选区熔化方法制备了生物医用多孔钛合金。研究了电子束成形工艺、多孔结构对多孔合金组织和力学性能的影响。结果表明:在较低的成形温度、较低的束流强度和较高的扫描速度下,可以在大孔结构孔壁上得到细小微孔,形成对骨组织生长更为有利的双峰型孔结构,且可以有效降低合金模量;在电子束成形过程中,由于熔池细小,合金冷却速度较快,促进了β→α’转变,形成了细小的针状组织;内壁光滑无尖角的类人骨结构单元更适用于多孔植入材料,且随着孔隙率的升高,压缩模量和抗压强度均降低,相对密度和相对模量的关系约为E=E0(ρ/ρ0)0.79,模量可达到真实骨水平。     

造孔剂法制备新型多孔Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金

以尿素、碳酸氢铵和硬脂酸三种不同的材料作为造孔剂,采用粉末冶金法制备出多孔Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金。比较了相同质量分数不同造孔剂对多孔钛合金的显微形貌、孔隙率、抗压强度和弹性模量的影响。结果表明,加入碳酸氢铵的多孔材料孔隙率为34.38%,大部分孔洞直径小于100μm,平均直径为60~80μm,出现超大孔洞的情况较少;且添加碳酸氢铵的多孔材料成孔均匀,孔洞大多为圆形或近圆形,其抗压强度为130.75MPa,弹性模量为9.562 GPa,与人体骨骼的弹性模量相近。因此确定碳酸氢铵作为多孔Ti-2.1Nb-0.9Ta-14Mo-7Zr合金的造孔剂。     

加工热处理对生物用Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金疲劳性能的影响

Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr(TNTZ)具有良好的生物亲和性，其杨氏模量低，抗拉强度可在加工热处理条件下于600MPa～1200MPa范围内选择。因此，该合金和Ti-35Nb-7Zr-5Ta，以及Ti-15Mo等口钛合金已成为目前主要研究开发的生物用钛合金。     

合金元素Hf,Sn,Ta,Zr,Dy和Ho对Nb-Nb_5Si_3合金组织和力学性能的影响

综合评述了作者几年来先后完成的Hf含量对Ni-16Si,Hf和Sn对Ni-20Ti-5Cr-3Al-18Si,Zr含量对Ni-22Ti-16Si,Ta含量对Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al和稀土元素Dy和Ho对Ni-23Ti-10Ta-2Cr-18Si和Ni-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf等合金组织结构和力学性能影响的研究工作.合金元素Hf,Zr,Sn+Hf,Ta,Dy和Ho加入Nb-Si二元系或多元系合金,明显提高其室温和高温屈服强度和塑性以及断裂韧性.强度的提高与合金元素的固溶强化有关,塑性、韧性的改善与组织的细化和超过临界尺寸的固溶体(Nb,Ti)ss颗粒增多等因素有关.     

生物医用钛合金的研究进展

钛合金具有较低的弹性模量、优异的耐腐蚀性能和生物相容性,是理想的生物医用材料.综述了医用钛合金的发展过程及新型医用β钛合金的研究现状,以及开发的新合金系列.目前开发的医用钛合金中,Ti-35Nb-7Zr-5Ta和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金的弹性模量为55 GPa,与致密骨的弹性模量很接近,与人体骨有较好的...     

孔隙尺寸对Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn形状记忆多孔合金超弹性能的影响

研究了孔隙尺寸对Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn形状记忆多孔合金微观组织、力学性能及超弹性能的影响。结果表明,不同孔隙尺寸的Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn多孔合金均由大部分β相组成,并含有少量α和α"马氏体相。随着造孔剂尺寸的增大,多孔合金孔隙尺寸逐渐增大。孔隙尺寸的增加使合金的弹性模量、屈服强度和压缩强度逐渐下降。不同孔隙尺寸的Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn多孔合金均具备超弹性能,但孔隙尺寸的增加会使合金超弹性能下降。     

Ti-22Nb-6Zr(at%)合金的超弹性和形状记忆效应

用弯曲法和拉伸法测定Ti-22Nb-6Zr（at％）合金的超弹性和形状记忆效应，研究固溶处理温度对Ti-22Nb-6Zr合金组织结构及性能的影响。结果表明：固溶处理后Ti-22Nb-6Zr合金的室温组织为单一的β相，晶粒尺寸随固溶处理温度升高而增大；合金的静态弹性模量小于30GPa；Ti-22Nb-6Zr合金具有良好的超弹性和一定的形状记忆效应。室温下变形，合金的超弹性和形状记忆效应随固溶处理温度升高而提高。900℃固溶处理后的合金在室温下拉伸变形，应变为5％时，总的最大回复应变达4．12％，其中超弹性回复应变为3．91％，记忆回复应变为0.21％。     

放电等离子烧结温度对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNTZ)合金,研究烧结温度对合金致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在950~1150℃烧结温度范围内合金具有较高的致密度和抗压强度,合金由β-Ti相与Ti-Nb-Ta-Zr固溶体形成的混合基体组织及少量未熔化的Nb、Ta、Zr金属颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度和抗压强度呈增大趋势,合金中混合基体组织尺寸越来越大且不断融合联结,难熔金属颗粒数量越来越少且尺寸越来越小。合金压缩弹性模量在58~60GPa之间,说明具有良好的力学相容性,烧结温度变化对其影响较小。     

电子束选区熔化成形Nb521合金微观组织与性能分析

采用电子束选区熔化技术制备Nb521合金,研究其致密化成形工艺。通过对成形试样的组织、物相、显微硬度、室温拉伸性能的检测与分析,探讨了电子束选区熔化成形Nb521合金的机理。结果表明,电子束选区熔化成形过程中,电子束熔化电流及速度的合理匹配,是得到表面质量及内部质量优异的成形样品的基础;电子束能量密度为340 J/mm3时,样品的密度达到8.78~8.79 g/cm3;Nb521合金显微组织沿沉积方向呈柱状晶,晶粒沿（200）晶面有较强的择优生长取向;成形样品中除Nb基体相外,还存在少量的Nb2C与ZrC碳化物析出;样品室温抗拉强度达到384 MPa,屈服强度为307 MPa,断后延伸率为16.5%;显微硬度处于1 500~1 700 MPa之间,无各向异性。     

热处理对选区激光熔化Ti55531合金多孔材料力学性能的影响

通过XRD、OM、SEM和压缩实验等方法,研究了热处理对选区激光熔化制备Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti55531)合金多孔材料组织和力学性能的影响。结果表明,在750～900℃之间进行固溶处理随后于500～600℃之间进行时效处理,Ti55531合金多孔材料的孔梁组织由α相和β相组成。随着固溶温度升高,孔梁中初生α相含量减少,次生α相含量增加,孔梁母材抗压强度升高但塑性降低,造成其韧性变差。随着时效温度的升高,孔梁中初生α相形状、尺寸和含量无明显变化,次生α相的含量减少而尺寸增加,孔梁母材抗压强度降低,塑性增加,使其韧性提高。Ti55531合金多孔材料抗压强度与其孔梁母材韧性密切相关,通过热处理调节孔梁母材强度和塑性匹配,提高其韧性,能够有效改善多孔材料的压缩强度。     

基于硬组织置换应用的Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn形状记忆多孔合金制备工艺研究

基于硬组织置换材料应用目的,开发了具有形状记忆性能的新一代生物医用Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn合金。实验基于粉末冶金工艺,以碳酸氢氨为造孔剂制备了Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn形状记忆多孔合金。同时对该多孔合金微观组织结构、孔隙度和孔径分布进行了研究,实验结果对医用多孔材料的研发作出了有益探索。     

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（TNTZ）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。