TiNbSn生物医用合金组织与性能研究

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1、中图分类号：TG14单位代码：11414学号：2013216510题目TiNbSn生物医用合金组织与性能研究专业或领域材料工程研究方向先进功能材料专业硕士生宋力勰指导教师姜大强讲师现场导师饶立强高级工程师入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士专业学位论文独创性声明郑重声明：本硕士专业学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证

2、书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：硕士专业学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文

3、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限0年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要β型钛合金凭借其优良的生物相容性、良好的耐腐蚀性和低模量等特性已经成为生物医用植入材料的研究热点。然而目前β型钛合金的弹性模量仍高于人骨的弹性模量。研究表明，金属间化合物Ti3Sn在室温下具有较低的弹性模量（大约为7GPa）。为了降低β型钛合

4、金的弹性模量，本文尝试开发Ti3Sn和β型钛合金的复合材料。本文通过参考Ti-Sn二元相图，调整Nb、Sn元素的比例，设计了三组TiNbSn合金：(Ti87Sn13)100-xNbx、(Ti90Sn10)100-xNbx和(Ti93Sn7)100-xNbx（x=5，10，15，数字表示成分原子比）。通过电弧熔炼制备出三组合金，并对合金进行了固溶和时效处理。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察合金的微观组织，利用XRD表征合金的微观结构，采用拉伸试验机测试合金的力学性能。研究结果表明，随着Nb含量

5、的增加，铸态(Ti87Sn13)100-xNbx合金组织由β相和Ti3Sn两相转变为单一β相。合金固溶处理后析出大量Ti3Sn，并且弹性模量随着固溶温度的升高先减小后增大。铸态(Ti90Sn10)100-xNbx合金随Nb含量的增加组织由单一α相转变为单一β相，合金固溶处理后析出Ti3Sn，并且弹性模量随固溶温度的升高而降低。时效处理后合金的组织几乎没有变化，但是时效处理的温度越高、时间越长，合金弹性模量越高。随着Nb含量的增加，铸态(Ti93Sn7)100-xNbx合金组织由大量α相和少量β相组

6、成转变为由单一β相组成。固溶处理后，合金会析出少量Ti3Sn或者微量Ti3Sn，同时合金弹性模量会增加。时效处理后合金的组织变化较小，弹性模量有明显提高。关键词：钛合金；低模量；β相；Ti3Sn-II-ABSTRACTStudyonthemicorstructureandmechanicalpropertyofthebiomedicalTiNbSnalloysABSTRACTAmongbiomaterialsusedforimplants,β-typetitaniumalloyshaveattra

7、ctedincreasingattentionduetotheirexcellentbiocompatibility,highcorrosionresistanceandlowYoung’smodulus.Atpresent,elasticmodulusofβ-typetitaniumalloysarestillhigherthantheelasticmodulusofbone.StudieshaveshownthattheintermetalliccompoundTi3Snhaslowelast

8、icmodulusatroomtemperature.ThispapertriestocompositeTi3Snandβ-typetitaniumalloysforlowYoung’smodulusofthealloys.Inthisarticle,throughreferencingtheTi-Snbinaryphasediagram,threegroupsTiNbSnalloysaredesigned:(Ti87Sn13)100-xNbx,(Ti90Sn10)100-xNbx