形变热处理对Ti-Nb-Zr合金组织及超弹性行为的影响

Ti-Nb-Zr合金具有低弹性模量、高强度以及优异的生物相容性,在生物医用材料领域备受关注。Ti-Nb-Zr合金的超弹性归因于β↔α″相变。综述了Ti-Nb-Zr合金的弹性模量和超弹性的影响因素及变化规律。通过添加合金元素来调整相变温度和滑移临界应力,应力诱发马氏体相变更易发生,β相塑性变形延迟出现,获得更大的相变应变和恢复应变。总结了Ti-Nb-Zr合金的形变热处理与超弹性效应之间的关系和作用机制。冷轧后短时间热处理可以增加位错滑移的临界应力、避免其他相(ω或α相)的生长,保持β相的稳定性、提高合金的恢复应变和超弹性。

缓冲层和保护层对Ta(Ti)/Co/Nb多层膜热稳定性影响

采用磁控溅射法制备底层(BL)/钴(Co)/顶层(CL)三层膜,通过考察Co磁矩(M)与温度(T)的关系,系统分析了不同BL和CL对Co层热稳定性的影响。其中BL和CL分别为非磁性过渡金属钽(Ta)、钛(Ti)和铌(Nb)。研究发现,不同的非磁性底层和顶层材料对Co的热稳定性有着不同的影响,其中Ti作为BL和CL时Co的热稳定性最好。此外,与BL相比,CL在Co层的M-T具有更重要的影响,相同的CL其Co具有类似M-T曲线。实验结果可以解释为非磁性BL和CL与Co之间存在的耦合相互作用。这揭示出在纳米级多层膜中,通常用于促进晶体结构和防止氧化的底部非磁性缓冲层和顶部保护层可能对其相邻的磁性层的磁性能产生影响。

高能球磨+硼/碳热还原法制备(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B_(2)高熵陶瓷粉末的研究

以TiO_(2)、MoO_(3)、Nb_(2)O_(5)、Ta2O5、ZrO_(2)、B_(4)C和炭黑为原料,采用高能球磨+硼/碳热还原法制备(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B2高熵陶瓷粉末,并借助XRD、SEM等手段对反应产物的物相组成和微观形貌进行了表征。实验结果表明:球磨时间、还原温度和保温时间是制备高品质(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B_(2)高熵陶瓷粉末的重要影响因素。当球磨时间为2h、真空碳热还原温度为1700℃、保温2h时,可制备出粒径约为1~2μm、元素分布均匀且具有单一相成分的高品质(Ti,Mo,Nb,Ta,Zr)B_(2)高熵陶瓷粉末。

Ti-Zr-Nb固溶体合金动态压缩强度的机器学习模型优化

Ti-Zr-Nb固溶体合金具有优异的强塑性匹配和撞击释能活性,在杀爆战斗部毁伤元和聚能战斗部药型罩材料领域极具应用价值.为了实现Ti-Zr-Nb合金及类似固溶体合金的动态力学性能精准预测,并支撑战斗部材料的精准设计与成分优化,采用粉末冶金法制备了56种Ti-Zr-Nb合金,并测试了材料的动态压缩强度,在此基础上开展了Ti-Zr-Nb合金动态压缩强度预测的机器学习模型优化、主控参量筛选研究,优化后的模型实现了合金动态压缩强度的预测误差<8%,并揭示了影响合金动态压缩强度的3个关键主控参量及权重排序:Δχ>G>δG.采用优化后的模型成功设计了具有更高动态压缩强度的合金成分,经试验验证,所设计的材料动态压缩强度达到3100 MPa,高于同类固溶体合金.

热处理对Ti30Nb5Ta6Zr合金组织和力学性能的影响

根据β稳定化系数kβ和d-电子理论设计了低弹性模量、中高强度、良好塑性和生物相容性的新型牙科种植用近β型Ti30Nb5Ta6Zr合金,研究了合金在β相区固溶和时效处理后组织和力学性能的变化规律。结果表明,在β相区固溶水淬后组织为亚稳β相。低温时效时析出ω相,随着时效温度的升高,逐渐析出α相。合金的强度和弹性模量随时效温度的升高先升高后下降;延伸率先降低后升高。合金在800℃固溶+500℃时效后综合力学性能优良,可以满足牙科植入要求。

生物医用β型Ti-Nb-Ta-Zr系合金的研究进展

生物医用β型Ti-Nb-Ta-Zr系合金具有良好的生物相容性、抗蚀性、高的机械强度和疲劳强度、较低的弹性模量和密度及良好的耐磨性,是一种很有发展前途的外科植入用钛合金。重点介绍了该系中的两种重要合金Ti-35Nb-5Ta-7Zr(美国)和Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(日本)合金的研究现状及进展,并指出了该系合金今后的研究方向。

Ti_(30)Nb_5Ta_6Zr合金的组织和力学性能研究

根据β稳定化系数kβ和d-电子理论,采用无细胞毒性合金元素Nb、Ta、Zr,设计了具有低弹性模量的新型牙科种植用近β型Ti30Nb5Ta6Zr合金,研究了合金经不同温度固溶和时效处理后的显微组织和力学性能.结果表明,合金固溶后在低温时效时析出ω相导致合金脆性.随时效温度升高,析出相由ω逐步变为α并发生粗化,使合金强度降低,但塑性得到改善.固溶温度过低(700℃),时效后强度较低;固溶温度过高(850℃),导致合金出现β脆性.合金在750℃固溶和500℃时效12h后强韧性好,弹性模量低于现有Ti29Nb13Ta4.6Zr合金,综合力学性能可满足牙科种植合金的要求.

广西龙塘蚀变流纹岩风化过程中Ti、Nb、Ta、Zr、Hf、Th的活动性研究

对广西龙塘蚀变流纹岩风化剖面中六个难溶元素的活动性进行了研究。研究结果表明 ,Ti、Nb和Ta元素在整个风化成土过程中基本上保持了它们的稳定性。Zr、Hf和Th在风化剖面上部有明显的富集 ,可能与矿物锆石与钍石在风化壳表层被腐植酸溶解后向下迁移被蒙脱石与非晶质氧化铁吸附有关。

氢化辅助Ti-Zr-Ta合金的制备及其性能

Ti-Zr-Ta难熔合金具有优良的力学性能和冲击释能特性,在含能结构材料领域展现出良好的应用前景。Ti-Zr-Ta合金目前主要通过熔炼工艺制备,但其组元均为高熔点金属,熔铸成形的方法难以制备出组织结构均匀的大尺寸部件。基于此,本工作采用氢化脱氢法预先制备Ti-Zr-Ta难熔合金粉末,并利用真空热压工艺烧结成型,在此基础上,对烧结态Ti-Zr-Ta合金的组织结构、力学性能和冲击释能特性进行了研究。结果表明:氢化脱氢法制得的Ti-Zr-Ta合金粉末平均粒径为9.4μm,由BCC1,BCC2,HCP三相组成;在1300℃的烧结温度下制备得到的Ti-Zr-Ta合金密度为7.34 g/cm^(3),基本实现了全致密化,合金主要由BCC1和BCC2两相组成,准静态压缩强度和断裂应变分别为1637 MPa和6.4%,呈脆性断裂特征。在弹道枪实验中,5.6 g烧结态Ti-Zr-Ta合金以1493 m/s的速度击穿靶板后,在27 L密闭靶箱内产生的峰值超压达到0.195 MPa,显示出较为优异的冲击释能特性,其释能主要来源于合金弹丸高速撞击产生细小碎片的氧化反应。

难熔多组元Ti−Nb−Zr−W合金随成分变化弹塑性和扩散性能的高通量探索

组合材料合成和分析方法能够很好地描述Ti−Nb−Zr−W体系难熔多元合金的弹塑性和扩散特性。在1273 K温度固溶退火25 h后制备6组Ti−Nb−Zr−W四元扩散偶,并对其开展电子探针显微分析和纳米压痕测试。随后,采用Oliver−Pharr和反向分析算法等方法获得Ti−Nb−Zr−W体系宽广成分范围的随成分变化弹塑性。此外,采用机器学习和实用高效数值回归方法分别建立Ti−Nb−Zr−W体系体心立方相的弹塑性和互扩散系数数据库。同时,提出由杨氏模量与主互扩散系数之比所定义的热加工性能参数来评估热加工过程行为。最后,讨论难熔多元合金的耐磨性并进行实验验证。结果表明,低钨含量的富Ti难熔多元合金具有高硬度、良好的耐磨性、高应力和良好的热加工性能,而高钨含量并不能改善富Ti难熔合金的弹塑性。

锰含量对生物医用Ti-29Nb-6Ta-5Zr合金显微组织与性能的影响

采用非自耗真空电弧炉熔炼了Ti-29Nb-6Ta-5Zr-xMn(x=0,1,2,4,质量分数/%)合金,并进行了固溶处理,研究了锰含量对该合金显微组织、力学性能及电化学腐蚀性能的影响。结果表明:试验合金的组织均为单一β等轴晶,其平均晶粒尺寸和晶格常数均随锰含量的增加而减小;试验合金的抗拉强度、屈服强度和硬度均随锰含量的增加而增大,当锰质量分数为4%时,抗拉强度、屈服强度和硬度均最大,分别为609 MPa,585 MPa,252 HV,比未添加锰的分别提高了75.2%,70.1%,58.4%;伸长率和弹性模量随锰含量的增加先减小后略有增大,但增大幅度并不大;添加质量分数为4%锰的试验合金的自腐蚀电位最高,腐蚀倾向最小。

工艺参数对新型医用Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金组织性能的影响

采用粉末冶金法制备新型医用Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金,用阿基米德排水法、X射线衍射分析和压缩力学性能分别测试研究了不同成型压力、烧结温度和烧结时间对合金孔隙率、物相构成、弹性模量及抗压强度的影响,使用扫描电子显微镜观察合金表面以及压缩断口的微观形貌,并用能谱仪分析其化学成分。结果表明:制备所得Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金为近β型钛合金,α相均匀分布在合金晶界及β相基体上;可通过调整工艺参数条件来调节合金的孔隙率和相结构,达到控制合金弹性模量和抗压强度的目的;在200 MPa、1 200℃及3 h条件下制备Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金,其弹性模量为(20.91±0.06)GPa,抗压强度达到(1420±18)MPa,压缩断裂方式为准解理断裂,符合医用植入材料力学性能要求。

Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金表面细晶的表征方法

采用超声冲击的方法对Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金进行表面强化,采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射仪、X射线衍射仪等设备对其表面细晶进行表征。结果表明:超声冲击后,钛合金表面获得了深度约为35μm的强塑性变形层;钛合金表面可观察到明显纳米级的非晶团簇和密集的滑移线,细晶形成的主要原因为位错滑移,位错滑移的主方向为<111>;超声冲击后,材料的表面残余压应力约为250 MPa,晶格常数略有降低,β相的特征峰强度变大,α相的特征峰宽度变大。

生物医用新型Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金的热变形行为

采用多功能相变仪对一种新型医用β型Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金在变形温度900~1 000℃、应变速率10^(-2)~1 s^(-1)、变形量60%的高温塑性变形行为进行研究,得出合金在高温下流变应力随变形温度、变形速率变化的变化规律。基于Zener-Hollomon参数建立了Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金的流变应力双曲线正弦本构方程,得出合金的真应力-真应变曲线图,并建立以动态材料为基础的热加工图。结果表明,应变温度的升高和应变速率的降低都会使合金的流动应力降低,合金流变应力曲线还具有应力峰值和流变软化特征。同时,试验得出合金在高温变形时的加工硬化指数和热变形激活能等常数。

固溶热处理对热旋锻粉末冶金Ti-Nb-Ta-Zr-O合金微观结构与力学性能的影响

研究固溶热处理对采用热旋锻加工制备的粉末冶金Ti-Nb-Ta-Zr-O合金微观结构和力学性能的影响。结果表明,固溶热处理可使合金晶粒长大。在热旋锻和热处理后的合金中均可观察到α″马氏体相和孪晶存在。热旋锻加工后的合金中α″马氏体相是由加工过程中的应力诱发产生。而固溶热处理后合金中均匀分布的α″马氏体相则形成于热处理过程中。固溶热处理可使合金的塑性提高,伸长率由热处理前的29%增加至热处理后的37%,弹性模量降低,同时强度保持不变。固溶热处理使得合金的"多峰应力振动"现象消失。

具有优良弯曲延性的βTi-Nb-Ta-Zr合金的熔融提取纺丝的构造和力学性能

近年，日本大阪大学等单位的研究人员采用电弧熔融提取急冷连续纺丝设备成功制备了Ti—Zr生物合金用丝材。现在，他们又采用同样的方法制备了具有bcc结构的β型钛合金（TNTZ）丝材，研究了它的构造和力学性能。

玄武岩类形成的大地构造环境Ta、Hf、Th、La、Zr、Nb比值对比判别

玄武质岩浆见于板块构造演化的全过程和各个重要阶段,是所有火成岩中最主要的构造地球化学指示剂,因此,玄武岩类相关元素图解和比值成为研究火成岩成岩作用和形成构造环境判别的首选对象。Ta、Hf、Th、La、Zr、Nb都是高场强元素和较强不相容元素,由于地球化学性质的相似性和在玄武岩类成岩过程中的规律性变化,所以它们是玄武岩类成因研究和构造环境判别图解中使用频率最高的元素,而且两两元素含量之间的比值能较好地区分其形成时的构造环境。在前人发明的玄武岩类Th/Hf-Ta/Hf、Th/Zr-Nb/Zr及La/Zr-Nb/Zr双对数判别图解基础上,运用这6个元素两两组对的Ta/Hf、Th/Ta、Th/Hf、Nb/Zr、Th/Nb、La/Nb值,建立比值判别表,极好地区分了几乎最常见的各种构造环境中有关的玄武岩类。该比值判别表是对双对数判别图解的极好补充。

高级变质岩中Zr、Hf、Nb、Ta的ICP-MS准确分析

采用高压密闭溶样ICP -MS研究了片麻岩、榴辉岩等高级变质岩中Nb、Ta、Zr、Hf准确分析方法 .实验表明 :在温度为 190℃时 ,溶样时间大于 36h ,Nb、Ta、Zr、Hf可完全溶解 ,而获得准确的分析结果 .但Nb、Ta在稀硝酸介质中的不稳定性会导致分析结果的误差 ,采用 0 .1%HF介质的“F-基体”匹配 ,可保持Nb、Ta长时间的稳定性 .所建立的高压密闭溶样ICP-MS分析方法用于苏鲁—大别地区片麻岩、榴辉岩等高级变质岩的分析 ,经与XRF及碱熔融ICP -MS方法对比 ,分析结果具有良好的一致性 .

Ti-Fe-Mo-Mn-Nb-Zr合金在不同pH值乳酸中的腐蚀性能研究

对应口腔环境中 p H值发生明显变化以及形成龋齿的自然现象 ,采用加速试验法研究了新型钛合金在不同 p H值乳酸中浸泡的耐腐蚀性能。研究表明当 p H=4即酸性略高于龋齿发病时酸性条件下 ,新型牙科钛合金能够完全耐乳酸腐蚀。在乳酸中腐蚀形式以点蚀为主 ,且随酸性增强有向晶间腐蚀转变的趋势。ICP分析表明合金在乳酸中的溶解析出物主要是 Fe,Fe的加入不利于合金的耐腐蚀性能。热力学计算表明设计的新型钛合金氧化膜含有 Mn2 O3、Nb2 O5、Zr O2 和 Ti O2 中的全部或部分 ,XPS分析表明氧化膜中的确含有 Mn2 O3、Nb2 O5和 Ti O2 ,主要是 Ti O2 。这三种氧化物致密且 Ti O2 和 Nb2 O5耐腐蚀 ,有利于合金的耐腐蚀性能。

萃取色层分离ICP/MS测定U_3O_8中Zr、Nb、Ta和Ru

〕本文叙述了ＣＬ－ＴＢＰ萃取色层分离，ＩＣＰ／ＭＳ测定Ｕ３Ｏ８ 中痕量杂质元素Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ 和Ｒｕ 的方法。Ｕ３Ｏ８ 经硝酸及少许氢氟酸溶解后，用ＣＬ－ＴＢＰ萃淋树脂作固定相，硝酸与草酸的混合酸作流动相，进行萃取色层分离使被测杂质元素与铀基体分离，杂质元素淋洗液用ＩＣＰ／ＭＳ测定。取样量为０．５ｇ 时，杂质元素Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ和Ｒｕ 的测定下限为１×１０－ ８ｇ／ｇ，方法的重加回收率在９３％ －１１２％ 之间，８ 次平行取样测量结果的相对标准偏差小于１７％ ，本方法应用于Ｕ３Ｏ８ 标准物质中Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ和Ｒｕ 的测量。