[01340662]高性能超细晶医用Ti-Nb-Zr系合金设计制备及其长寿命疲劳性能研究

项目针对生物医学应用领域对高性能骨替代材料的需求,开展了Ti-Nb-Zr系医用钛合金的设备制备及服役性能研究工作。取得以下研究成果： 1、利用机械合金化和放电等离子烧结制备了超细晶Ti-13Nb-13Zr合金,研究了球磨和烧结工艺对合金物相组成、微观形貌等影响规律及机理,并对其力学性能和耐腐蚀性能进行了系统研究。结果表明,制得的Ti-13Nb-13Zr合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,其原因在于材料具有超细晶结构和全致密等特点。 2、利用Mo当量法、d电子理论等方法对Ti-Nb-Zr系合金等进行成分设计,并开展Ti-28Nb-2Zr-xMn材料制备研究。其中,研制的超细晶Ti-24Nb-4Zr-3Mn合金兼具低模量、优异的力学强度和较好的延展性等优点,是一种有生物医学应用潜力的材料。制得的Ti-24Nb-4Zr-3Mn的拉伸强度较低,约为450MPa。其原因可能是长时间机械合金化导致合金粉末的氧含量较高。在后续的研究工作中,我们将对机械合金化粉末的氧含量进行控制,从而获得优异的拉伸力学性能。此外,长寿命疲劳性能测试表明,合金的疲劳强度较低。其主要原因可能是：1)机械合金化过程中引入了氧杂质等,在烧结体中形成弥散的脆性氧化物,脆性相是疲劳裂纹萌生源;2)裂纹萌生之后,扩展速率较快。课题组将在后续的研究中,通过多维度纳米碳和超细晶结构协同耦合,实现粉末冶金钛合金长寿命疲劳性能提升。