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1、Sn含量对TiNbZr合金组织的影响ACaQem1CLOlleCI1OnoIArI1CIeSn含量对TiNbZr合金组织的影响李强,崔振铎,魏强,杨贤金(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)摘要:具有低弹性模量,高强度,不合有毒元素的B型钛合金是目前新型医用钛合金开发的热点.本实验研究了Ti-18Nb-17Zr-xSn(质量分数,一0,1,2,3,4,5)舍金,通过热处理调整合金显微组织,使用X射线衍射分析相组成,并对舍金的硬度进行测试.通过分析,表明锡元素可以促进快冷过程中a,,相的形成.在
2、中慢速冷却过程中,锡能够和其它B稳定元素一起共同稳定B相.锡对力学性能的影响要综合考虑锡的固溶强化作用和锡对相的影响.关键词:医用B型钛合金;Ti-Zr-Nb-Sn;锡;显微组织中图分类号:TG113.12;TG146.2文献标识码:A1引言钛及钛合金以其优良的生物相容性,高比强度,低弹性模量,良好的耐腐蚀性能和力学性能等,作为植入材料获得广泛应用.以前开发的诸多钛合金由于弹性模量较高(约110GPa),与人皮质骨(不超过28GPa)相比仍有较大差距,容易产生"应力屏蔽",从而导致种植体周围出现骨吸收,
3、最终引起种植体松动或断裂而导致种植失败.因此,研究开发生物相容性更好,弹性模量更低,综合性能更优的新型生物医用钛合金,以满足临床对植入件材料的要求,已成为生物医用材料研究的主要方向,B型医用钛合金正是适应这一要求而得以迅速发展的Ⅱ叫].本次实验是在介稳定B型钛合金Ti-18Nb一17Zr的基础上添加元素Sn,改善其性能;通过对制备合金的金相组织的观察,分析sn含量对合金各个热处理状态下组织的影响,为进一步分析力学性能提供依据.2实验过程2.1原料选配实验选用原材料为:纯度为99.9的钛板材,纯度为99.
4、9的锆棒,纯度为99.9的铌棒和纯度为99.9的颗粒状Sn.实验中严格按照Ti-18Nb一17Zr-xSn(质量分数;其中一0,1,2,3,4,5)的比例选取原材料配制合金并对合金进行编号(合金编号与值相同).2.2合金熔炼熔炼使用的是GRE-4200/1250型高真空电弧熔炼及块状金属非晶制备设备.熔炼室真空度抽为1OPa,抽真空后充入少量氩气保护.熔炼电流为300mA,所有元素熔融后保持电流lmin,采用电磁搅拌使得各元素混合均匀,反复熔炼4次,使合金元素尽可能分配均匀.2.3合金相变点测试热差分析
5、(differentialthermalanalysis,DTA)是在程序控温条件下,测量在升温或降温过程中样品和参比物之间的温度差.用热差分析仪进行相变点测试.整个实验过程在氩气保护氛围中进行,温度设定范围为2O～850℃.实验以1O℃/min加热速度进行升温,在850℃保温5min,然后仍以1O℃/min冷却速度进行降温.2.4均匀化处理均匀化处理选用的是GSL-1600X真空管式高温炉.均匀化的目的是为了消除合金熔炼时从液相直接冷至室温造成的偏析.均匀化处理的温度一般要高于相变点的热稳定区,根据差
6、热分析结果,选择950℃作为均匀化处理的温度,保温10h.2.5固溶处理和时效处理根据差热分析结果,均匀化后的试样在单B相区760℃保温1h进行固溶处理然后水淬.待试样完全冷却后重新放人炉中,在a+B两相区550℃时效处理3h,然后取出水淬以保留时效后的组织.3合金性能测试实验用OLYMPUSBX51M型金相光学显微镜观察试样50—500倍显微组织.用RigakuD/max型X射线衍射仪对合金试样进行X射线衍射测定,分析并确定合金该状态下的相组成.用配有ISIS300型射线能谱仪的XL3OESEM环境扫
7、描电子显微镜对均匀化后的合金试样进行面扫描,测定合金的元素含量.用光学维氏显微硬度计测定各个合金试样不同状态下的维氏显微硬度,所加载荷选用200g~对每一个试样随机取1O个点测试,取平均值作为合金的硬度值.4实验结果与分析4.1均匀化后合金成分分析均匀化后用射线能谱仪分析合金成分,O～5号各合金中sn含量分别为O,0.80,2.o0%,2.58,?收列稿件日期:2006-06-10通讯作者:李强作者简介:李强(1984一).男.河南商丘人.在读硕士.师承杨贤金教授.从事生物医用材料的开发和研究.2006
8、年第3卷第3期【总第12期)Academic3.75,4.8O,与最初配制值偏差在允许的范围内,满足实验要求.4.2合金相变点分析图1为热差分析升,降温曲线,下方为升温曲线;上方为降温曲线.热差分析主要是确定相变点,以便确定后续热处理温度而进行测定的.现将2号和4号合金相变点温度总结列表,见表1.Fig1CurveofDTA予I,.C011ectiOnofArtic1e表1合金相变温度Table1Temperatureofphasetran
