生物医用Ti-18Nb-xZr(O)合金组织与性能关系研究

【摘要】Ti-Ni形状记忆合金具有优异的超弹性,在齿科、介入治疗等医疗领域得到了广泛应用。然而Ni元素存在潜在的致敏性,无Ni形状记忆钛合金因此得到大量研究,以期替代Ti-Ni形状记忆合金在正畸弓丝、支架等方面的应用。但无Ni形状记忆钛合金存在回复应变较低的缺点。因而,改善无Ni形状记忆钛合金的超弹性引起了人们研究的广泛兴趣。本文研究了热处理对Ti-18Nb-10Zr(at.%)、Ti-18Nb-11Zr(at.%)、Ti-18Nb-9Zr-0.5O(at.%)合金相变、微观组织和力学行为的影响。通过室温拉伸研究了合金力学行为；采用X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)对合金相变和微观组织进行了分析。论文主要研究结果如下：冷轧态Ti-18Nb-10Zi、Ti-18Nb-11Zr,Ti-18Nb-9Zr-0.5O合金在800℃固溶处理0.5h后由p相组成。固溶态Ti-18Nb-10Zr、Ti-18Nb-11Zr、Ti-18Nb-9Zr-0.5O合金应力-应变曲线呈现部分超弹性,回复应变分别为2.65%、2.36%、2.10%。冷轧态Ti-18Nb-10Zr合金在800℃固溶处理0.5h再在350℃时效2h后,大量等温ω相析出,导致合金中β相的β稳定元素含量大量增加,马氏体转变开始温度远低于室温。应力-应变曲线呈现弹性回复。冷轧态Ti-18Nb-10Zr、Ti-18Nb-11Zr、Ti-18Nb-9Zr-0.5O合金在一定温度范围进行10min短时退火后,细小的亚晶和再结晶晶粒有效地提升了合金滑移临界应力,改善了合金超弹性。Ti-18Nb-10Zr合金在550℃、600℃、650℃退火后,超弹性改善显著,回复应变分别为2.87%、2.89%、2.86%；Ti-18Nb-11Zr合金在550℃、600℃退火后,超弹性亦得到显著改善,回复应变分别为2.77%、2.78%。Ti-18Nb-9Zr-0.5O合金在600℃退火后,超弹性得到改善,回复应变为2.51%。冷轧态Ti-18Nb-10Zr合金在650℃退火10min后,基本完成再结晶,由β相组成,平均晶粒尺寸约为101μm。在10次应变量恒为3%的循环拉伸加载-卸载试验中,随着循环次数增加,诱发马氏体临界应力和回复应变降低,残余应变增加。第10次循环后,回复应变为2.77%。
【作者】陈芝霖；
【导师】米绪军；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】生物医用Ti-18Nb-xZr(O)合金；微观组织；超弹性；循环变形；

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