新型医用钛合金的制备、热机械加工工艺及表面生物活化研究

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1、新型医用钛合金的制备、热机械加工工艺及表面生物活化研究StudyonthePreparation，rn■●l1h·r—l·lnermal—meCnanlCalProcessing1echtuqueandSurf习Bioactivit]，“，．NovelTitaniumurlaceBioacti010Vel1RamumAlloyforBiomedicalApplications一级学科学科专业研究生指导教师材料科学与工程材料学周字杨贤金教授天津大学材料科学与工程学院二零一零年五月一零一苓牛直月一j独

2、创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。⋯⋯繇黾§撕⋯⋯脂日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复

3、制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者虢1友＼譬1、签字日期：bf。年否FJ／R日新繇杩魄签字日期：加沪年莎PJf矿日、J，》■鲁摘要本文主要对新型医用Ti一25Nb一2Zr(at％下同)钛合金的制备，热机械加工工艺及表面生物活性进行了研究。通过DSC、金相组织、XRD、拉伸试验，显微硬度及形状记忆效应及超弹性测试对微量锆元素对Ti．25Nb合金的相变、显微组织，力学性能及形状记忆效应等性能的影响进行

4、了考察。同时进一步研究了热处理及冷加工工艺对Ti一25Nb．2Zr合金显微组织及力学性能的影响。此外，采用普通氧化法对Ti．25Nb-2Zr合金的表面进行改性，借助SEM、EDS、XRD、XPS及FTIR对改性后的合金表面及随后经过仿生生长的合金表面进行表征。通过实验研究及理论分析，主要得出以下结论：在Ti．25Nb合金中添加微量锆元素对于降低合金的相变点，抑制0【相析出及细化晶粒有一定的作用：合金中每增加lat％的锆元素，合金相变点约降低10K。合金的强度随锆含量的变化呈现先增加后减小的趋势；合

5、金的弹性模量及显微硬度随锆含量的变化趋势则与抗拉强度相反，呈现先降低后升高的趋势。合金在锆含量为3at％时获得最高770MPa的抗拉强度，在锆含量为2at％时合金具有最低62GPa的弹性模量。锆元素的添加对合金的马氏体相变温度有影响：锆含量为2at％左右的合金在室温变形能生成马氏体，故其形状记忆效应较明显。Ti一25Nb．2Zr合金在p相交点以上固溶处理，空冷后保留等轴全B相组织，合金具有较低的强度和优异的塑性。随着固溶温度的增加，合金晶粒显著粗化，导致合金的强度及塑韧性下降。合金在350。C进行

6、时效处理，在基体中析出硬脆相t．0相；在450。C左右时效，在基体中析出a相。合金在经过冷加工后，发生了应力诱发马氏体相变。由于马氏体相变和：ja-r硬化的共同作用，导致合金的强度在冷形变量较小时增加不显著。Ti-25Nb．2Zr合金在空气中氧化，在300℃"～600"C的温度区间内，表面氧化物将从亚稳态氧化钛先转变为锐钛矿，最终转变为金红石。合金经空气中500。C2h氧化后，SEM及AFM观察显示合金表面粗糙度明显增加。经空气中500℃2h氧化后的合金试样置于钙磷溶液中进行浸泡，并成功的在合金表

7、面制备了钙磷层。XRD分析显示所得的钙磷层的主要成分为羟基磷灰石。XPS及FTIR分析表明钙磷层中含有C032-离子。关键词：钛合金热处理冷加工生物活性、●▲ABSTRACTThispaperstudiedthepreparation,thermal-mechanicalprocessingtechniqueandsurfacebioactivityofTi-25Nb一2Zr(at％)alloy．TheinfluenceofsmallamountofZrelementtophasetransfor

8、mation,microstructure，mechanicalpropertiesandshapememoryeffectwereexaminedbymeansofDCS，opticalmicroscopy,XRD，tensiletest,microhardnesstest，shapememoryeffectandsuperelasficitytest．Therelationshipbetweenmicrostructure，mechanicalpropertiesofTi一25