导　　师： 李元元

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 鉴于优良的生物相容性、力学性能和耐蚀性等性能优势,钛合金被广泛用作医用植入材料。与粗晶合金相比,超细晶(本研究中晶粒尺寸小于3μm的晶粒称为超细晶)合金具有尺度与界面效应决定的高强度,以及高晶界表面能导致的优异生物相容性。尤其,粉末冶金法在制备超细晶钛合金方面具有显著优势。有鉴于此,本文以Ti28Nb2ZrX(X=In和Sn)合金为研究对象,以β-Ti同晶型元素Sn为参照,系统研究β-Ti共析型元素In对Ti28Nb2Zr医用β-Ti合金的机械合金化组织演变,放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)过程中的粉末致密化机理,以及烧结块体合金组织性能等的影响规律,并最终评价Ti28Nb2ZrX(X=In和Sn)医用β-Ti合金的电化学性能和生物相容性,研究结果对制备新型医用超细晶β-Ti合金具有重要的科学与工程意义。对Ti28Nb2Zr8Sn合金粉末物性的研究表明,球磨60 h后形成了单相β-Ti固溶体,其平均晶粒尺寸为0.3μm,晶体缺陷存储的能量为1437 J/mol,球磨粉末的平均颗粒尺寸为1214μm。烧结Ti28Nb2Zr8Sn块体β钛合金具有高角晶界的等轴晶与超细晶结构,晶粒尺寸为1.5-2.5μm;升温速率增大或保温时间减小,均导致块体Ti合金晶粒尺寸减小,进而导致强度升高;升温速率150℃/min、保温时间0 min时,块体Ti合金晶粒尺寸最小(1.770μm),压缩强度最高(2675 MPa),断裂应变最大(0.54),这些性能参数满足用作人体承力部位植入件的医用材料要求。对Ti28Nb2ZrxIn(x=2、4、8和12)合金粉末物性的研究表明,球磨60h后形成了单相β-Ti固溶体,随着In含量增加,β-Ti合金粉末的物性参数均以x=8为临界点,在此临界点晶粒尺寸最低(10 nm),其他物性参数最高:晶格常数3.3017?,放热焓1500J/mol,平均颗粒尺寸1088μm。这可能归因于β-Ti共析型元素In原子优先占据β-Ti晶胞的体心位置,在其含量为8 wt.%时占满体心,含量进一步增加In原子将占据格子点。

关 键 词： 医用 合金 超细晶 粉末冶金 致密化机理 组织性能

领　　域： []