TLM钛合金表层TiN/Sn复合涂层的制备及磨损行为研究

为了提高Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo(TLM)钛合金的耐磨性能,采用表面机械复合强化(SMCS)工艺在合金表层制备了复合涂层并研究了复合涂层的显微组织、微观力学性能和摩擦学性能。结果表明:采用表面机械复合强化技术可在合金表层成功制备TiN/Sn复合涂层,随着Sn含量的增加,复合涂层的厚度和粗糙度不断增大,10%、20%、30%、40%Sn涂层的厚度分别为9.08、14.05、18.33、23.55μm;10%、20%、30%、40%Sn涂层的表面硬度分别为590、529、465、400 HV,相比基体硬度(~230 HV)有所提高。复合涂层的磨损量随Sn含量的增加先减小后增大,20%Sn样品具有最低的磨损量;在干磨损试验中,原样的磨损机制以黏着磨损为主,同时伴随磨粒磨损,复合强化样的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损,同时伴随氧化磨损。

医用钛合金表面纳米化组织与性能研究

针对近β型TLM钛合金试样表面进行了不同时间的高能喷丸处理,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及显微硬度仪等对不同喷丸处理后的试样进行了组织观察和性能测试。研究发现,在喷丸的近表层发生了纳米化,形成了一定厚度的纳米晶层。喷丸处理时间越长,最表层的平均晶粒尺寸越小,晶粒尺寸沿着厚度方向有梯度变化,距喷丸表面越远,晶粒尺寸就会越大。同时纳米晶层的显微硬度相对于基体组织有大幅提高,显微硬度距表面距离越远,显微硬度越低,硬度的提升主要是由于表面晶粒细晶强化的作用所致。

医用钛合金模拟体液预浸后的疲劳性能及其数值模拟

目的 研究新型低弹模量Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)钛合金在模拟体液(simulated body fluid,SBF)干预下的腐蚀疲劳性能。方法 以Ti-6Al-4V(TC4)钛合金为对照组,测定两种钛合金在SBF中的电化学腐蚀极化曲线,并对预腐蚀后的TC4钛合金和TLM钛合金试样进行旋转弯曲疲劳试验,利用实验数据建立加载应力幅与疲劳断裂循环次数之间的关系,绘制应力-寿命曲线,通过分析试样的腐蚀疲劳微观断口形貌分析其断裂机制,并结合有限元软件对钛合金试件进行疲劳分析。结果 应力退火状态下TC4钛合金自腐蚀电位低于热处理后的TLM钛合金,而TLM钛合金对循环应力的变化更为敏感。对比仿真结果与试验结果显示,应力退火状态下的TC4钛合金与热处理后的TLM钛合金相比疲劳强度更高,抵抗裂纹扩展的能力更强,而耐腐蚀性能相反。相对于未预腐蚀处理试件,SBF预浸泡后的TLM钛合金脆性增加,疲劳性能有所降低。结论 通过对比分析,说明试验结果可靠性高,COMSOL有限元软件能够很好预测钛合金材料的疲劳寿命。

表面肝素改性TLM钛合金的血液相容性评价(英文)

在新型近β钛合金TLM(Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb)表面用溶胶-凝胶法镀上一层TiO2薄膜,再将薄膜依次用羟基化溶液和胺基化溶液处理以在薄膜表面引入活性OH-和NH2-,然后通过该活性官能团将肝素共价键接在薄膜表面。利用XRD、SEM和EDS研究了TiO2薄膜的相结构和表面特性;通过测定材料表面的接触角、溶血率和血小板黏附行为对肝素化TLM合金的血液相容性进行分析、评价。结果表明,表面肝素化处理后TLM合金的血液相容性得到了明显的改善。

新型医用TLM钛合金管材加工工艺及性能研究

选择同样规格管坯进行了:①变形量ε分别为15%,28%,34%,40%的冷轧变形实验;②Q值为0.86,1.15,2.62的冷轧变形实验;③加热温度分别为680,715,730,820℃,均保温1h的中间退火实验;④5种热处理工艺制度实验;⑤冷轧和拉拔2种不同加工方式实验。实验后用10%HF+30%HNO3+60%H2O酸洗液对管材表面进行处理,之后测试管材的力学性能。结果表明,该合金的变形量(ε)应选在30%～35%之间,Q值控制在2以下;中间退火温度应选在相变点以上,此时可获得最高的合金塑性,具有优良的冷加工性能;最终热处理应先在750℃固溶处理,然后再在510℃时效处理4h可以得到塑性和强度匹配良好的管材。另外,采用轧制方法生产出的管材强度较高,塑性较低,表质量好,而采用拉拔方法生产出的管材塑性较高,强度略低,表面光洁度差。

Hank's模拟体液中医用TLM合金的微磨粒磨损行为

采用TE66微磨粒磨损实验机对外科植入材料Ti-Zr-Nb-Mo-Sn(TLM)钛合金在Hank's模拟人体体液中的微磨粒磨损行为进行研究。通过正交实验结果可知:影响TLM钛合金微磨粒磨损行为的各因素的显著程度由高到低依次为料浆浓度、载荷、滑移速度、磨粒及滑移距离,并研究料浆浓度对TLM钛合金微磨损行为的影响。结果表明:不同载荷下,由于单位体积内的磨粒数量增加致使TLM钛合金的磨损体积随料浆浓度增加而增加;摩擦因数在微磨损-腐蚀共同作用下随料浆浓度增加先增加而后降低,主要是由于随着微磨损-腐蚀的进行,在摩擦副表面产生氧化膜或钝化膜,而这些膜具有一定的润滑作用致使摩擦因数降低;同时可得知在浓度相同时,载荷越大,摩擦因数越大。

生物医用近β钛合金TLM表面官能化的研究

在新型近β钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb(TLM)表面用溶胶-凝胶法镀上一层TiO2薄膜,在500～1000℃热处理后,将薄膜分别用过硫酸钾溶液、双氧水/硫酸混合溶液、双氧水/盐酸混合溶液3种溶液处理以在薄膜表面引入活性OH-。研究了3种不同溶液的处理效果以及处理时间对薄膜表面引入OH-的影响。检测结果表明,3种溶液处理后均能在薄膜表面引入OH-。双氧水和硫酸溶液及双氧水和盐酸溶液处理3 h后OH-密度就可达到峰值,而过硫酸钾溶液处理5 h后OH-浓度才能达到峰值,过硫酸钾溶液处理效果最好,其余两种溶液处理效果基本相同。薄膜表面引入OH-后,对蒸馏水的接触角降低,亲水性更好。

TLM合金表面微弧氧化膜的制备及其生物相容性研究

在新型近β钛合金TLM(Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb)表面分别用3种不同的微弧氧化工艺(普通微弧氧化、复相微弧氧化、紫外光照射微弧氧化)镀上一层TiO2薄膜,并考察了3种薄膜的亲水性和抗腐蚀性能。XRD和SEM测试结果表明,3种微弧氧化膜均是多孔膜,主要由金红石相和锐钛矿相组成,普通微弧氧化法和紫外光照射微弧氧化法制备的薄膜表面更为光滑;接触角测试结果表明,紫外光照射微弧氧化膜的表面亲水性最好;电化学腐蚀实验显示,3种工艺所得的氧化膜都具有较好的抗腐蚀性能,普通微弧氧化膜的抗腐蚀能力稍好于另外两种薄膜。

时效处理对近β型钛合金TLM组织与性能的影响

研究了不同时效温度和保温时间对近β型钛合金TLM微观组织和力学性能的影响。结果表明,经β单相区固溶+时效处理后合金微观组织特征为:沉淀α相在晶界两侧沿一定的晶体学位向呈集束状析出,晶内也有大量沉淀α相产生。随着时效温度升高,沉淀α相尺寸逐渐增大且趋于均匀,合金强度降低,塑性增强。当时效温度从480℃升高至510℃时,强化效果最为明显,合金的抗拉强度增量达到最大值184 MPa;当时效温度从510℃升高至540℃时,抗拉强度增量最小,仅63 MPa。随着保温时间的延长,晶界附近析出的集束状α相尺寸明显增大,且在原来未析出区域也有α相产生,分布逐渐趋于均匀。在480℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度增大,塑性降低;在510℃下进行时效时,合金强度和塑性随保温时间延长变化不明显;在540℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度减小,塑性增强。

TLM钛合金表面二氧化钛三维结构纳米薄膜的可控制备及表征

为了提高血管支架医用钛合金表面的亲水性和抗溶血作用,采用阳极氧化工艺在近β型TLM(Ti-25Nb-3Mo-2Sn-3Zr)医用钛合金表面构建了具有纳米孔/纳米管三维结构二氧化钛(TiO2)纳米薄膜,并对其结构和性能进行表征.研究结果表明:通过控制一次阳极氧化电压和时间可获得具有上层为无序纳米孔、中层为有序纳米管、底层为有序纳米孔的三维结构TiO2纳米薄膜,该薄膜为无定形态;而采用二次阳极氧化工艺获得了纳米孔互贯网络的TiO2纳米薄膜,该薄膜表面更加平整,且表面孔隙率大、亲水性好,同时具有比一次阳极氧化薄膜更好的抗溶血作用,这为其应用于血管支架方面打下基础.

生物医用TLM钛合金毛细管的电化学抛光研究

本研究采用机械搅拌直流法对TLM钛合金毛细管进行电化学抛光,用激光扫描共焦显微镜分析了TLM钛合金毛细管的表面粗糙度及表面形貌,并对其进行电化学腐蚀性能的测试。研究了不同操作条件和工艺参数对合金表面抛光质量的影响,并确定了最佳的电解抛光工艺参数及操作条件。

羟基磷灰石涂层及其热处理对TLM合金基体的影响

利用DTA/TG、XRD方法研究溶胶凝胶法制备羟基磷灰石(HA)烧结热处理过程中的相转变规律,同时研究制备HA涂层时保温处理对TLM(TiZrSnMoNb系)合金基体力学性能的影响。结果表明,在制备HA涂层的过程中,热处理温度为450～1000℃,所得的HA的晶化程度较高,较纯净。

心血管支架用TLM钛合金性能评价

尽管现已发展成熟的心血管支架用材主要有不锈钢、CoCr合金及NiTi合金,但是不含毒性元素、具有良好生物相容性及高强度低弹性模量的新型β钛合金已成为生物医用材料领域的研究热点。文章概括了新型医用近β型钛合金TLM(Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn)的高强度、低弹性模量及高塑性的力学特征,并对其生物相容性进行了综合评价。基于优异的塑性成形性能和生物力学相容性,TLM钛合金有望成为一种新的心血管支架用材料。

探讨新型钛合金TLM2在腰椎结核治疗中的应用

目的探讨钛合金内固定材料TLM2在腰椎结核治疗中的安全性。方法对60例腰椎结核病人采用同期前路病灶清除,TLM2钛笼植骨矫形钢板螺钉内固定治疗,并经平均10个月以上随访,以评价治疗效果。结果60例患者经随访结果显示,有1例椎体结核复发,其余59例均治愈,植骨全部骨性融合,脊柱后突畸形矫正15°～46°,有1例出现切口窦道,经反复换药及局部应用药物治愈,总治愈率为98.33%。结论腰椎结核病灶局部植骨加新型钛合金TLM2内固定是安全的,可有效预防和矫正后凸畸形,利于植骨的早期愈合及早期重塑腰椎稳定性在脊柱稳定性中有重要意义。

一种新型近β型TLM钛合金室温弹性变形行为研究

通过拉伸加载-卸载实验、OM、SEM和TEM等手段,研究了TLM钛合金在冷变形和短时时效两种条件下的室温弹性变形行为.结果表明:TLM钛合金棒经冷变形和短时时效处理后,在原始β基体上析出细小沉淀α相(即应力诱发马氏体α相),其室温拉伸加载-卸载曲线出现显著的非线性弹性变形特征.建立了析出沉淀α相体积分数与可恢复应变值、弹性模量和室温强度的定量关系.当沉淀α相的体积分数为13%时,可恢复应变值达最大值2.2%,强度值高达910 MPa,拥有优异的综合力学性能,适合于制造长寿命植入假体器件.

医用近β型TLM合金的超亲水表面改性

医用近β型钛合金TLM(Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo)具有优良的力学和生物学性能。TLM合金经过NaOH溶液处理后表面形成了钛(铌)酸钠凝胶层,再经过稀HCl浸泡后转化为氧化钛(铌)凝胶层。经过2.5 mol/L NaOH(12 h)-HCl处理的TLM合金表面形成了纳米多孔凝胶层,15 min紫外照射处理后达到超亲水(接触角<5°)。血液相容性实验表明,超亲水TLM合金试样表面黏附的血小板数量少于磨光TLM试样。因此,超亲水表面改善了TLM合金的血液相容性。

新型TLM钛合金及涂层骨植入试验的生物相容性观察

目的探讨TLM钛合金及其涂层材料骨植入试验的生物相容性,为其进一步实验研究及临床应用提供依据。方法 40只家兔随机分为Ti-6Al-4V组、TLM组、含生物涂层的TLM组、含耐磨涂层的TLM组各10只,将受试材料植入各组家兔股骨内,在第1、2、4、8、12周观察取材,对植入物及其界面进行肉眼观察、X线检查、光镜检查及扫描电镜检查。结果新型TLM钛合金及其涂层材料的肉眼观察、X线检查、组织学评价及成骨效应均未出现异常。结论新型TLM钛合金及涂层均有良好的生物相容性。

近β型钛合金细径薄壁管材的超弹性行为研究

采用循环拉伸实验研究了新型近β型TLM钛合金（Ti-25Nb-3Zr-3M0—2Sn）超弹性特性，探讨了在不同预变形量（1％，2％，3％，3．7％（冷轧态为3．8％））下冷轧、固溶及时效处理对超弹性的影响。结果表明：回复应变比（R）与非弹性回复应变比（s）均随着预变形量的增大而降低，冷轧态具有较好的R值，而固溶态具有较好的S值。相比之下，690℃固溶有相对较好的R与s值；随着时效时间增加，R与s值降低，对超弹性不利。三种状态的弹性模量均随预变形量的增大而降低，最大的降幅可达20GPa。

放电等离子烧结温度对Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb合金微观组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术（SPS）制备Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb合金，研究烧结温度对合金致密度、微观组织与力学性能的影响。结果表明：在1000-1150℃烧结温度范围内，合金具有较高致密度和抗压强度，合金主要由β-Ti相与Ti-Nb-Zr-Mo固溶体形成的混合基体组织及少量α-Ti相和未熔化的Nb金属颗粒组成；随着烧结温度的升高，合金的致密度和抗压强度呈增大趋势，合金中Ti-Nb-Zr-Mo固溶体含量越来越低，其尺寸越来越小，残留的α-Ti相出现了向β-Ti相的转变；合金的压缩弹性模量值在45-54 GPa之间，显示出良好的力学相容性，而烧结温度的升高使得压缩弹性模量值出现缓慢增大现象。

骨科植入用TLM钛合金的相转变与力学性能

研究骨科植入用TLM钛合金的相转变过程及其对合金力学性能的影响。结果表明,TLM钛合金固溶后的显微组织为β相和少量细长的α″相,合金经低温300℃至500℃时效的过程中,α相的形成经历β→ω→α、α″→α2个过程,微观组织揭示出α″马氏体对亚稳ω相的形成具有一定的阻碍作用。同时TLM钛合金中相结构对降低弹性模量的程度由大到小的顺序为:ω>α″>α;相结构对提高强度的作用由大到小的顺序为:ω>α>α″;而相结构对延伸率的提高由大到小的顺序为:α″>α>ω。