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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

超细晶TLM钛合金复合板材的组织与性能

采用包套冷轧技术制备出了超细晶TLM钛合金复合板材,分别通过金相显微观察、XRD分析、SEM电镜观察、TEM观察及拉伸性能检测等方法研究分析了热处理及加工方式对合金板材组织及性能的影响,以及复合板材的相变、微观组织的变化规律及力学性能。结果表明:610℃退火及冷轧制备的板材表面质量及性能最佳;2层至8层复合板的晶粒细化达到了80~300 nm,弹性模量为62~70 GPa,抗拉强度达到了995~1050 MPa。4层及8层超细晶复合板组织变形均匀,界面达到了很好的交叉型机械结合。

TLM钛合金在冷压缩和热压缩条件下形变机理和组织演变规律研究（英文）

研究了在应变速率0.001 s-1条件下,TLM钛合金在室温压缩和850℃热压缩的形变机理和组织演变规律。实验结果表明:TLM钛合金在冷压缩和热压缩条件下具有不同的形变机理和组织演变规律。在冷压缩过程中,TLM钛合金的形变特征主要是孪生、应力诱发马氏体转变及位错滑移;在850℃热压缩过程中,TLM钛合金的形变机理主要是位错滑移、动态回复和动态再结晶。在热压缩过程中,流变应力的软化过程与压缩过程中的动态回复和动态再结晶有关。TLM钛合金在冷压缩和热压缩条件下的抗压缩强度分别为975和40 MPa;相比冷压缩强度,TLM合金在850℃条件下的热抗压缩强度降低了96%。

热压缩过程中形变参数对TLM钛合金热变形行为、微观组织和织构演变规律的影响(英文)

本实验研究了热压缩过程中应变速率和形变量等形变参数对TLM钛合金流变应力行为、微观组织和织构演变规律的影响。实验结果表明:在较高应变速率(≥0.1 s-1)热压缩应力应变曲线出现流动软化;在0.1 s-1应变速率下应力应变曲线呈现明显的振荡;在较低应变速率0.001 s-1应力应变曲线呈现稳态流动。在低应变速率(<0.1 s-1)和大变形量(>10%)条件下,合金不易发生动态再结晶;随着形变量的增大,再结晶晶粒的尺寸逐渐减小。较高的应变速率有利于形成{111}<112>织构。

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。

医用近β型钛合金TLM的碱液处理与生物活性

采用模拟体液浸泡法评价碱液处理TLM(Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo)合金的生物活性。钛合金TLM经过碱液处理后表面生成了钛(铌)酸钠凝胶层,凝胶层厚度随碱液浓度升高而增加。在模拟体液中浸泡43h后,碱液处理钛表面只有少量磷灰石晶核生成,而碱液处理TLM合金表面有五水磷酸八钙晶粒形成,磷灰石的形核也较多。钛合金TLM在碱液处理时生成的钛(铌)酸钠凝胶层厚于纯钛,而较厚的凝胶层使其生物活性提高。