Y对Ti-45Al-6Nb合金组织结构和高温氧化性能的影响

研究了Y对电弧熔炼Ti-45Al-6Nb合金组织结构和高温氧化性能的影响。结果表明,不同Y含量的Ti-45Al-6Nb合金均主要由γ+α2片层组织、B2析出相和少量Y2O3组成,微量Y对合金的相组成没有明显的影响,但能够显著细化合金的α2+γ片层组织。高温氧化结果表明,Y能够明显改善Ti-45Al-6Nb合金的高温抗氧化性能,且Y含量为0.3%时效果更优:Ti-45Al-6Nb-0.3Y合金在1000℃空气中的氧化速率为3.26×10^-2 mg^2/(cm4·h),分别是Y含量为0.1%和0.9%时合金氧化速率的41.3%和26.1%,较不含Y合金低约1个数量级。

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的微纳压痕尺寸效应

目的研究不同状态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的纳米压痕尺寸效应。方法对原始态合金分别进行600、700、800、900℃退火处理,利用扫描电子显微镜观察原始态和4种退火态合金的显微组织。基于纳米压痕技术测量原始态及4种退火态合金的纳米硬度和弹性模量。基于比例试样阻力模型、Nix-Gao模型和Meyer定律对纳米硬度进行函数拟合。结果随着退火温度的升高,原始态组织从魏氏体逐渐演变为网篮组织。5种形态的Ti-6Al-4V合金的硬度和弹性模量均出现随压入深度的增加而减小的现象,表现出典型的压痕尺寸效应,基于试验测得的原始态及4种退火态合金的纳米硬度分别为3.66、4.36、3.96、3.88、4.77 GPa,弹性模量分别为113.1、125.2、102.1、100.3、108.7 GPa;基于比例试样阻力模型计算的纳米硬度分别为3.53、4.34、3.92、3.52、4.04 GPa;基于Nix-Gao模型计算的纳米硬度分别为3.68、3.94、4.07、3.85、4.47 GPa;基于Meyer定律拟合出的迈耶指数分别为1.75、1.86、1.82、1.80、1.81,均小于2,均表现为正压痕尺寸效应。结论激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的硬度及弹性模量均有典型的压痕尺寸效应;3种模型均能较好地描述原始态和退火态合金的压痕尺寸效应,Nix-Gao模型直接建立了纳米硬度和压痕深度的关系,其拟合结果更接近于试验结果,计算的硬度值也最为准确。

Ni-Al涂层对Ti-22Al-26Nb合金抗氧化性能的影响

采用爆炸喷涂技术在Ti-22Al-26Nb(原子分数, ％)基体上制备了Ni-68.5Al(原子分数, ％)合金涂层,涂层在 退火后与基体结合良好.XRD分析表明,退火后涂层主要由β-NiAl以及少量Al3Ti和Al3Nb组成.研究了Ni-Al涂层 对Ti-22Al-26Nb合金在800℃静态空气中氧化性能的影响. Ti-22Al-26Nb合金氧化后主要生成了疏桧多孔的TiO2, 其抗高温氧化性能很差.施加Ni-Al涂层后,高温下生成了一层致密的Al2O3,氧化动力学曲线满足抛物线规律,抗氯化性能 显著提高.

Ti-45Al-8.5Nb-W-Mo-Y合金的组织转变

研究了Ti-45Al-8.5Nb-W-Mo-Y合金的相结构.该合金铸态组织大部分由α2+γ片层域团组成,同时含有少量的B2+ω相.经过1200℃,2h处理后,B2相全部转变成ω相.合金经过70%～80%热变形后,组织由等轴γ晶粒,残余高温B2+ω相,少量的变形片层域团α2+γ片层组成.变形组织再经过1280℃,2h的热处理,其中高温相大幅度减少,同时α2板条增加.挤压态组织由弯曲的片层及少量的等轴γ晶粒组成.循环热处理技术细化组织.

评价Ti-6Al-7Nb合金的细胞相容性及其组织相容性

目的:评价Ti-6Al-7Nb合金的细胞相容性和组织相容性。方法:实验于2006-05/10在解放军第四军医大学口腔生物学实验室完成。实验分组:①细胞毒性试验:按照GB/T16886.5-2003《医疗器械生物学评价》体外细胞毒性的试验方法进行。分为5组:Ti-6Al-7Nb合金组、Ti-6Al-4V合金组、纯钛组、纯铅组、空白对照组。将对数生长期的L-929细胞用胰蛋白酶消化后制备成浓度为1×107L-1的细胞悬液,接种于培养板,待细胞贴壁生长后弃去原培养液。磷酸盐缓冲液冲洗后分别加入4种金属材料的浸提液和空白对照组的DMEM培养液。培养1,3,5,7d在倒置相差显微镜下观察细胞形态。每孔加入MTT后继续培养,抽出浸提液,磷酸盐缓冲液冲洗后加入二甲基亚砜,在490nm波长下用酶联免疫检测仪上测定吸光度值(A值),计算细胞相对增殖率,相对增殖率=(实验组A值/空白对照组A值)×100%。相对增殖率为≥100%,80%￣99%,50%￣79%,30%￣49%,0￣29%时细胞毒性分别为0,1,2,3,4级。②急性溶血性试验:抽取新西兰兔血10mL,制成新鲜抗凝稀释兔血。将Ti-6Al-7Nb合金、Ti-6Al-4V合金各5g浸泡入10mL生理盐水的试管。阳性对照组及阴性对照组分别为10mL的蒸馏水及生理盐水。每个试管中加0.2mL稀释兔血,离心后取上清液,用分光光度计在波长为545nm波长下测吸光度值,计算溶血率,溶血率=(Dt-Dnc)/(Dpc-Dnc)×100%。Dt,Dnc,Dpc分别代表Ti-6Al-7Nb合金组或Ti-6Al-4V合金组、阴性对照组、阳性对照组的A值。③短期皮下埋植试验:在10只新西兰大白兔皮下至肌肉间制备皮囊植入材料。囊底至切口>10mm,两皮囊间相隔>10mm,使植入材料相互之间不接触。每只兔植入4种金属材料各1个。于术后1,4,12周麻醉后处死动物各3只,取材料周围组织行苏木精-伊红染色,观察炎性细胞数量及种类,使用电子测量尺Version1.0测量纤维包膜厚度。参照GB/T16175-1996中的评价标准确定组织反应程度,其反应程度主要通过试验区组织中炎性细胞数量及种类变化,纤维包膜形成与否及厚度变化评价。结果:①细胞毒性评价:3种钛金属材料浸泡7d时L-929细胞形态正常,生长近汇合,排列密集规则;纯铅组可见大量细胞死亡。浸泡7d时Ti-6Al-7Nb、Ti-6Al-4V、纯钛、纯铅相对增殖率分别为100%,97%,101%,9%。经过评价,Ti-6Al-7Nb合金和纯钛的细胞毒性为0级,Ti-6Al-4V合金为1级,纯铅为4级。②细胞相容性评价:Ti-6Al-7Nb合金组、Ti-6Al-4V合金组溶血率分别0.95%,1.08%,低于国家标准规定的5%界限,无明显的急性溶血性。③组织相容性评价:肉眼可见材料被纤维包膜包裹,3组钛金属周围包膜透明且较薄,纯铅组包膜较厚呈半透明乳白色。术后12周时3种钛金属材料周围炎性细胞密度较低,包膜致密且进一步变薄。纯铅组炎性细胞数量及包膜厚度均较3种钛金属为高,组织反应较重。Ti-6Al-7Nb合金和纯钛炎性细胞/组织反应程度均为Ⅰ级,Ti-6Al-4V合金分别为Ⅰ、Ⅱ级,纯铅分别为Ⅱ、Ⅲ级。结论:Ti-6Al-7Nb合金具有良好的细胞相容性和组织相容性,是一种理想的生物医用钛合金。

热处理对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织和性能的影响

研究了普通退火、固溶热处理、β热处理、固溶时效、等温退火和双重退火六种热处理工艺对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明:采用普通退火或等温退火时都可以获得等轴组织,棒材在普通退火后具有较高的强度和较低的冲击韧性,在等温退火后强度最低,而冲击韧性最高;采用固溶处理、固溶时效或双重退火时均可获得双态组织,棒材在固溶处理后具有略低的强度和较高的冲击韧性,固溶时效后具有最高的强度和最低的冲击韧性,双重退火后能够获得最佳的强度和冲击韧性;采用β热处理则获得粗大的魏氏组织,材料的冲击韧性很高,但塑性降低非常严重。

选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在模拟乏燃料后处理环境中的腐蚀行为

研究选区激光熔化(SLM)制备的Ti-6Al-4V合金在乏燃料后处理环境中的腐蚀行为。借助光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、电子背散射衍射以及电化学测试等手段研究SLMTi-6Al-4V合金的显微组织及耐蚀性。结果表明,相较于铸造合金,SLM Ti-6Al-4V合金在含氧化性离子的6 mol/L热硝酸溶液中的耐腐蚀性更好。进一步分析表明,SLMTi-6Al-4V合金具有α'+β的微观结构,β-Ti相含量较高且分布均匀,同时其晶粒尺寸较小、晶界密度较高,这种微观结构可提高其在含氧化性离子的硝酸中的钝化能力以及耐腐蚀性。SLM Ti-6Al-4V合金有望在乏燃料后处理过程中得到广泛应用。

Ti-6Al-7Nb合金铸造后抗腐蚀性能的研究

目的 :研究Ti- 6Al- 7Nb合金在模拟口腔环境中的电化学腐蚀行为 ,及铸模温度对合金抗腐蚀能力的影响。方法 :制作Ti- 6Al- 7Nb、Ti- 6Al- 4V、TA2 三种金属铸造试件共 18个 ,每种金属在铸模温度为室温和 30 0℃时各铸造一组 ,每组试件 3个。采用阳极极化技术 ,在 37℃人工唾液中测定其稳态电位 (Ecorr) ,并记录其动电位极化曲线。结果 :在同样的铸模温度下 ,两种合金的Ecorr电位相近 ,TA2 则明显负移 ;三种金属的Ep值相近。随着铸模温度升高 ,三种材料的致钝电流密度和维钝电流密度均增大 ,Ep正移。但其中Ti- 6Al - 7Nb合金的两个电流密度小于对照组。结论 :Ti- 6Al- 7Nb合金易于钝化 ,其抗电化学腐蚀能力高于纯钛 ,与Ti- 6Al- 4V合金相似。

Ti-45Al-10Nb合金的高温氧化行为

研究了Ti-45Al-10Nb(原子分数,％)合金在800～960℃在氧气和空气中的氧化行为。结果表明,该合金具有较好的高温抗氧化性能,其氧化增重速率与铁基耐热不锈钢相似或略优。与Ti-50Al合金相反,Ti-45Al-10Nb合金在空气中的氧化增重速率明显低于在纯氧中的氧化增重速率。X射线衍射与能谱分析表明,Ti-45Al-10Nb合金在氧气中的氧化产物主要有TiO_2和Al_2O_3,但在空气中的氧化产物中有TiN相。这是降低氧化速率的主要原因,同时,合金元素Nb稳定了氧化层中的TiN相,因而提高了合金在空气中的抗氧化性能。

BaZrO_3复合型壳定向凝固Ti-46Al-8Nb合金的微观组织研究

采用BaZrO_3复合型壳定向凝固Ti-46Al-8Nb合金。通过扫描显微镜、金相显微镜和XRD等手段分析了BaZrO_3耐火材料与金属熔体之间的界面情况、熔体通过螺旋选晶器后的晶粒数目和片层变化、晶臂与枝晶干的夹角以及凝固后Ti-46Al-8Nb合金的组织形貌。结果表明,BaZrO_3复合型壳与Ti-46Al-8Nb合金之间存在约为10μm的扩散层;在抽拉速度7.7 mm/min、温度1 550℃条件下,Ti-46Al-8Nb合金的初生相为α相以及β相,经过定向凝固后的微观组织为γ+α_2片层、γ相以及B2相;在定向凝固过程中,螺旋选晶可以明显使晶粒数目减少,但是对片层间距的大小无影响。

Ti-6Al-7Nb钛合金热加工与热处理工艺研究

研究了Ti-6Al-7Nb合金不同热加工与热处理工艺引起的显微组织和力学性能变化,探讨该合金组织变化的特点和性能变化的内在规律。结果表明,在工业化生产条件下,Nb元素添加采用铌钛中间合金,选用适宜的铸锭熔炼工艺参数,可以获得成分均匀、无富Nb偏析的优质铸锭。在两相区锻造或轧制后坯料在700℃～800℃范围内退火,合金组织与性能均能满足ASTM和ISO标准要求。

Ti-6Al-7Nb合金表面经HF酸蚀+阳极氧化处理后对骨髓间充质干细胞特性影响的研究

目的:观察HF酸蚀+阳极氧化处理后Ti-6Al-7Nb表面形貌、化学成分以及对骨髓间充质干细胞(BMSCs)生物学特性的影响。方法:纯钛和Ti-6Al-7Nb样本各30个,碳化硅砂纸打磨抛光表面后,各随分对照组(n=15),对照组不作处理;处理组进行HF酸蚀+阳极氧化。分别用扫描电镜(SEM)、原子力学显微镜(AFM)和X线能谱仪(XPS)观察4组样本表面形貌,分析表面化学成分。将体外培养的第4代SD大鼠BMSCs接种于各组合金表面,SEM观察细胞形貌;MTT方法检测细胞在材料表面的粘附和增殖;ALP试剂盒检测细胞ALP活性。结果:纯钛和Ti-6Al-7Nb经HF酸蚀+阳极氧化处理后表面有均匀分布的纳米管状结构,表面凹凸不平;XPS检测发现表面出现氟(F)化物,铝(Al)元素主要以Al2O3的稳定形式存在。BMSCs在两处理组表面粘附、增殖及ALP活性均显著高于其相应对照组(P<0.05);两材料间相比,Ti-6Al-7Nb处理组ALP活性显著高于纯钛处理组(P<0.05)。结论:Ti-6Al-7Nb经HF酸蚀+阳极氧化处理后,可以促进BMSCs的粘附、增殖和ALP活性。

激光选区熔化生物医用Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为

分析了SLM Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为及相应的微观组织和断口形貌,设置与SLM试样化学成分相同的轧制态Ti-6Al-4V合金进行对比研究.采用X射线衍射(XRD)、结合电子背散射衍射(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)对合金的微观组织进行分析.结果表明,三点弯曲疲劳裂纹起始于准解理断裂表面附近的应力集中,随后向内扩展.SLM成形Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳寿命高于轧制成形Ti-6Al-4V合金,SLM Ti-6Al-4V合金内部孔洞缺陷导致表面附近应力集中,促进疲劳裂纹形核;而SLM Ti-6Al-4V合金中随机取向的α+β晶粒、二次裂纹和孔洞延缓了裂纹扩展,提高了疲劳寿命.对于轧制态Ti-6Al-4V合金,由大量近似取向α晶粒组成的宏观区引起应力集中,形成微裂纹,导致疲劳裂纹形核,而且宏观区对裂纹扩展的阻碍作用较小,不利于材料的疲劳寿命.

添加La对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti-6Al-4V-1.5Mn-xLa(x=1、1.5、2和2.5,mass%)合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等研究了合金经固溶时效处理后的微观组织和性能。结果表明:添加稀土元素La后,Ti-6Al-4V-1.5Mn合金的组织出现了明显的细化现象,组织中存在弥散分布的稀土氧化物La_(2)O_(3),对基体起到弥散强化的作用。随稀土元素La含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率先增加后降低,当La元素含量为2%时,合金的抗拉强度和伸长率最佳,拉伸断口为准解理断裂。

船用Ti-6Al-3Nb-2Zr合金的微弧氧化陶瓷膜

采用微弧氧化技术,在磷酸盐溶液体系中在船用Ti-6Al-3Nb-2Zr合金表面制备陶瓷膜层。利用扫描电镜、光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对陶瓷膜的表面和截面形貌、氧化层厚度、相结构以及显微硬度进行观察测试,用电子万能材料试验机和数字万用表研究膜层的结合强度和绝缘性,并用MMS-1G高温高速销盘摩擦磨损试验机和YWX/Q-750盐雾试验机考察膜层的摩擦学性能和腐蚀性能。结果表明:膜层厚度可达到20μm以上,陶瓷膜主要由金红石TiO_2相和锐钛矿TiO_2相构成,膜层与基体的结合强度达到30MPa以上,膜层绝缘性和耐蚀性良好,耐磨性得到明显改善,膜层的磨损机制表现为轻微的磨粒磨损与粘着磨损,且以磨粒磨损为主。

Ti-6Al-4V合金表面等离子Nb合金化工艺

采用双辉等离子表面冶金技术对Ti-6Al-4V合金进行等离子渗铌处理。研究了温度与保温时间对合金层元素含量和渗层厚度的影响,以确定最佳渗金属工艺参数。利用光学图像分析仪以及辉光放电能谱仪观察和测定合金层的金相组织、渗层厚度及成分。结果表明,在极间距和气压恒定的条件下,渗层厚度及成分与温度和保温时间有关。温度过高或保温时间过长均会在Ti-6Al-4V试样表面产生较厚的Nb沉积层。经优化工艺参数,选择850℃保温3 h渗铌,得到一定厚度且与基体为冶金结合的合金层。该合金层可以克服Ti-6Al-4V合金耐磨性差的缺点。

机械用粉末锻造Ti-6Al-4V-1Nb合金的性能研究

采用不同的粉末锻造温度制备了机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金,并进行了力学性能和磨损性能的测试与分析。结果表明:随粉末锻造温度从1250℃增加到1370℃,试样的屈服强度先增大后减小,断后伸长率和磨损体积先减小后增大,试样的耐磨损性能先提高后下降。机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金的粉末锻造温度优选为1310℃。

选区激光熔化成形Ti-6Al-4V钛合金的研究进展

Ti-6Al-4V钛合金具备良好的生物相容性、较小的密度以及较高的比强度而常用于航空领域和生物医学领域。选区激光熔化技术作为一种增材制造技术能够制备复杂的零件而被大量用于成形钛合金。选区激光熔化成形的钛合金相比于传统工艺有着更加优异的强度,但是塑性较差。如何制备出成型质量好、力学性能优异的钛合金依然是选区激光熔化技术面临的挑战。基于此,本文结合国内外研究现状,综述了选区激光熔化成形钛合金的进展,包括工艺参数和能量密度以及制备过程中所产生的缺陷对合金性能的影响,探讨了缺陷产生的原因;并总结了后处理对成形试样的拉伸性能和疲劳性能的影响;最后对增材制造钛合金的进一步研究方向进行了展望。

Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在流动电解液中的钝化行为及非线性动力学分析

探究Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钝化膜的稳定性和形成过程以提高电解加工中的抗杂散腐蚀。通过循环伏安曲线确定了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的钝化电位,通过相空间重构、递归图及其定量分析确定系统的波动程度和稳定性,并运用形核曲线和功率谱密度分析钝化膜的形成过程。结果表明,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在20% NaNO_(3)溶液中的钝化区间为0~1.8 V,进而依次选取0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 V这5个电位的钝化区间,分析动态流场下形核曲线,发现钝化膜的成膜过程主要是扩散的方式控制瞬间形核以及三维生长方式进行,然后通过功率谱密度发现钝化膜的生长过程受到粒子的分形布朗扩散影响。通过分析钝化过程的非线性动力学行为,发现相空间重构的吸引子整体波动程度较小的电位有1.2V和1.4V,且通过递归定量分析,发现1.2V电位下系统具有很强的周期性。

三重热处理对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金组织和性能的影响

研究了几种三重热处理制度对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明,在接近相变点进行三重热处理时,组织为网篮状组织;第一重热处理形成的网篮组织,经过两相区的二重固溶和三重时效后组织状态变化不大;随着固溶温度的增加,合金的强度逐渐上升,且距相变点越近,增加的幅度越大;伸长率和断面收缩率有下降趋势,在接近相变点时,下降幅度更大。在两相区进行三重热处理时,Ti-6Al-4V钛合金组织是典型的双态组织,包括近等轴α相和β转变组织,β转变组织内部为针状的次生α相和残余β相;当固溶温度在920~950℃时,强度和塑性呈现出良好的匹配关系,在热处理制度为950℃/1 h,AC+950℃/1 h,OQ+560℃/4 h,AC时,材料获得最佳高强度和高塑性匹配关系。