不同时效处理的Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr合金的组织结构和医用性能.pdfVIP

， ， 避 誉 暑《 器 不同时效处理的Ti．29Nb．13Ta．4．6Zr 合金的组织结构和医用性能 徐健丰。陶 姗 (杭州职业技术学院友嘉机电学院，浙江 杭州 310018) [摘 要] Tj—Nb．T丑．zr系合金有很好的生物材料应用前景，国内对其研究较少。真空熔炼制备 了Ti一29Nb． 13Ta一4．6Zr铸锭，对其固溶处理后在不同温度、时间下时效处理，研究了合金时效处理后的组织结构和医用性能。 结果表明：830oC固溶 1．5h后的Ti一29Nb一13Ta一4．6Zr合金是单一的过冷亚稳B相，再经时效加热处理后变为Ot+ B两相；在相同的时效时间内，时效温度升高时相的析出加快，析出相弥散度降低，合金强度下降；450oC时效处理 1680min的合金抗拉强度为432MPa，弹性模量为63GPa，更接近人骨的实际情况，医用性能较好。 [关键词] 时效处理；Ti-29Nb一13Ta一4．6Zr合金；组织结构；医用性能 [中图分类号]TG146．1 [文献标识码]B [文章编号]1001—1560(2011)12—0074—03 0 前 言 性能的影响。 纯钛材及其合金具有优异的生物相容性、抗腐蚀 1 试 验 性及与骨相近的弹性模量，在医学领域应用越来越广 泛 ¨J。其中，Ti一6A1．4V合金因具有很高的机械强度 1．1 合金的制备及时效处理 及 良好的耐腐蚀性和生物相容性等而成为主要的医用 利用VCF-10真空 自耗电弧炉熔炼了Ti一29Nb一 金属植入材料，但该合金中的Al和V元素对人体有危 13Ta一4．6Zr合金铸锭，尺寸为4,80illm×80aim，化学成 害。因此，无Al，V的0【+13类钛合金相继被研制 j。 分见表 1。 临床证明，钛合金的弹性模量 (110～124GPa)与皮质 表 1 Ti-29Nb．13Ta-4．6Zr合金铸锭的化学组成 ％ 骨的弹性模量(7～25GPa)不匹配会造成关节置换失 败 ’。 和 +B型钛合金的弹性模量比典型的硬组 织致密骨的弹性模量大 J。为此，开发弹性模量低、机 械强度高、耐腐蚀以及成型性优 良的无毒 B型生物体 用钛合金成为热点。 Ti．Nb．Ta．zr系合金是新型生物医用B型钛合金， 经差热法测得合金的相变温度为780oC。在980 具有低模量、中高强度和良好生物相容性等，在生物医 ℃下用空气锤对铸锭进行锻造，然后空冷；再在830℃ 用材料方面有着很好的应用前景 ，但 目前国内对此 真空气氛下对合金材料固溶处理 1．5h，水冷；最后在 类合金的研究还较少。Ti一29Nb一13Ta一4．6Zr属于近 p 350℃和450oC下对合金材料进行时效处理。 型钛合金，依靠添加适当的合金元素而使高温下的p 相保留下来形成亚稳 p相组织，再通过固溶时效热处 1．2 测试分析 理，可使 相弥散分布在基体内而获得很宽的强度范 试样表面去除氧化皮后，分别用 400，600，800， 围。本工作通过真空熔炼方法制备了钛合金Ti一29Nb一 1200号金刚砂纸逐级打磨和抛光，用腐蚀液 (12mL 13Ta．4．6Zr，研究了时效工艺对其微观组织结构和医用 HF溶液+15mLHNO3溶液+73mLH20)腐蚀，采用