Ti13Nb13Zr合金离子氮化层的摩擦磨损性能研究

目的提高医用钛合金的耐磨损性能。方法应用等离子渗氮技术在Ti13Nb13Zr基材上制备改性层,并对改性层组织、成分及硬度进行测试。利用往复磨损试验机研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与未处理的基材进行对比。结果 Ti13Nb13Zr合金表面经渗氮后形成致密均匀的改性层,硬度高达1110HV0.025,改性层的磨损体积约为基材的1/23。结论等离子渗氮技术有效地改善了Ti13Nb13Zr合金的摩擦磨损性能。

第二相体积分数对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能的影响

采用万能拉伸试验机、SEM、EDS及XRD对固溶处理后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能、第二相形态、化学成分进行了分析,并利用Image-Pro-Plus软件对第二相体积分数进行了统计。结果表明:固溶处理后,合金中仍有大量不同形态、成分的第二相,主要是灰色块状LPSO相、灰色棒状LPSO相和白色点状富稀土相。随着固溶时间的增加,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的抗拉强度与伸长率表现出先降低后升高的变化规律。在510℃固溶16 h,合金的抗拉强度与伸长率达到最小值,分别为196.77 MPa、3.8%。510℃固溶10~16 h,LPSO相体积分数不变,富稀土相体积分数增加,富稀土相质地较脆,受力时容易破碎,成为裂纹萌发和扩展的源头,使合金抗拉强度、伸长率均降低。510℃固溶16~19 h,富稀土相体积分数减少,合金的力学性能增加。

表面喷丸与Fe^+注入协同增强Ti13Nb13Zr合金的生物摩擦学性能

为改善Ti13Nb13Zr合金表面的生物摩擦学性能,选用表面喷丸和Fe+注入改性Ti13Nb13Zr合金表面。利用X射线衍射仪(XRD)分析改性层的相组成和残余应力,使用纳米显微力学探针测定改性层的纳米硬度,采用摩擦磨损试验机研究改性层的摩擦因素,选用扫描电子显微镜(SEM)观察改性层的磨痕形貌。表面喷丸与Fe+注入的协同作用下,Ti13Nb13Zr合金表面出现了增强相Fe2Ti,且离子注入能量的增加更有利于Fe2Ti的形成。随着注入能量和剂量的增加,改性层的残余应力和纳米硬度相较于未离子注入的显著增加,残余应力最高从-453MPa增到-741 MPa,增幅达163.6%;纳米硬度最高从4.80增到10.63 GPa,增幅达121.5%。此外,在人工唾液和透明质酸钠溶液润滑下,改性层的磨损逐渐减缓,生物摩擦学因素分别从0.40降至0.34,从0.34降到0.29,下降幅度分别为17.1%与14.7%。表面喷丸与Fe+注入的协同作用能够有效地提高Ti13Nb13Zr合金表面改性层的减摩抗磨性能。

显微组织对Ti-13Nb-13Zr医用钛合金力学性能的影响

研究了Ti-13Nb-13Zr合金在β相区和α+β相区固溶和时效处理后合金的力学性能变化规律。利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察和X射线衍射分析,重点分析了不同显微组织对合金强韧性的影响。结果表明:含有一定数量初生α析出相的加工态组织具有较高的强度和断裂韧性。固溶时效处理后,随着显微组织的形貌、晶粒大小和数量的不同,其对强度和断裂韧性的影响也有所不同。

Ti-13Nb-13Zr合金力学性能和显微组织的研究

研究了Ti 13Nb 13Zr合金在β相区和 (α +β)两相区固溶和时效处理后其合金力学性能及组织变化规律。分析发现在β相区固溶的合金 ,水冷时生成针状马氏体α′,空冷时生成亚稳定 β相和少量αp,在 (α +β)两相区固溶生成β转和αP。在 β相区和 (α +β)两相区固溶试样经时效后 ,晶粒内部主要析出点状和棒状αS。在 75 0℃ /1h固溶 (WQ)和低温 5 10℃ /6h时效的合金抗拉强度高、塑性较高、弹性模量低 。

放电等离子烧结温度对Ti-13Nb-13Zr合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能的影响

利用放电等离子烧结技术(spark plasma sintering,SPS)制备Ti-13Nb-13Zr(TNZ)生物医用合金,采用开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱和X射线光电子能谱等研究烧结温度对合金在Hank’s人工模拟体液中电化学腐蚀性能的影响,并与纯Ti(TA1)和Ti-6Al-4V(TC4)合金进行对比。结果表明:与TA1和TC4合金相比,SPS制备的TNZ合金具有较高的自然腐蚀电位Ecorr、较低的极化电流密度icorr以及较高的线性极化电阻Rp,并随烧结温度升高,耐腐蚀性能逐渐增强。该合金在模拟人工体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是合金表面形成稳定、均匀且保护性更强的复合氧化物钝化膜,钝化膜由Ti O2,Nb2O5和Zr O2组成;随烧结温度升高,合金获得较高的致密度和近β型单相组织,耐腐蚀性能提高。

不同时效处理的Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的组织结构和医用性能

Ti-Nb-Ta-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-29Nb-13Ta-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:830℃固溶1.5 h后的Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金是单一的过冷亚稳β相,再经时效加热处理后变为α+β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;450℃时效处理1 680 min的合金抗拉强度为432 MPa,弹性模量为63 GPa,更接近人骨的实际情况,医用性能较好。

Ti-13Nb-13Zr钛合金var熔炼各组元挥发趋势分析

基于活度系数计算模型和控制传质系数计算模型，从热力学角度分析Ti-13Nb-13Zr合金熔体中各组元的饱和蒸气压以及熔炼过程中各组元的挥发趋势。结果表明，合金中各组元的挥发损失速率不一，使得熔炼前后合金的成分出现了变化，合理的降低熔体的温度和提高真空室中的压力可以减小熔炼过后合金成分的变化，本结果也为Ti-13Nb-13Zr合金VAR熔炼合金成分的控制提供理论指导。

Ti-13Nb-13Zr钛合金板材热处理组织演变分析

对Ti-13Nb-13Zr钛合金板材固溶和时效热处理的组织变化进行了分析，结果表明，为了得到细小等轴β晶粒，推荐固溶处理制度：700℃／0．5h、水冷或空冷。为了保留过冷β相结构，为后续的时效强化做准备，推荐固溶处理工艺为800℃／0．5h、水冷。为使Ti-13Nb-13Zr钛合金达到良好的组织匹配，并且避免产生恶化合金性能的ω相，推荐热处理制度：固溶800℃／0．5h（水冷）＋时效处理560℃／8h。本结果也为Ti-13Nb-13Zr钛合金技术开发和专业生产提供参考。

Ni_(59)Zr_(16)Ti_(13)Si_3Sn_2Nb_7非晶合金的晶化动力学

利用差热(DSC)分析等方法研究Ni59Zr16Ti13Si3Sn2Nb7非晶合金的非等温晶化动力学。结果表明:Ni59Zr16-Ti13Si3Sn2Nb7非晶合金的结构弛豫激活能(Eg)、晶化过程的形核激活能(Ex)和长大激活能(Ep)分别为568、616和640 kJ/mol;Avrami指数n值为3.51±0.03,n值不随加热温度的变化而变化,说明该非晶合金的晶化方式是多晶型晶化。原子尺寸差异和正负混合焓共存是Ni基非晶合金具有较高的热稳定性的主要原因。

原料粒径与烧结温度对放电等离子烧结Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金组织和性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备生物医用Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金,研究原料粒径与烧结温度对合金显微组织和力学性能的综合影响。结果表明:烧结合金组织由β-Ti相基体及少量未熔化金属颗粒和残留α-Ti相组成,烧结温度的升高会减少未熔化金属颗粒和残留α-Ti相;在相同烧结温度下,Nb、Ta、Zr金属颗粒粒径的减小,会促使烧结合金中的β-Ti相组织更为均匀并使未熔化金属颗粒明显减少,从而降低合金的压缩弹性模量和提高合金的抗压强度与致密度;在Nb、Ta、Zr金属颗粒粒径为10.5μm和烧结温度为1 200℃时,合金获得了压缩弹性模量为46 GPa、抗压强度为1 550 MPa的最佳综合力学性能。

纳米压痕法测量Ti13Nb13Zr医用钛合金蠕变应力指数

在室温下利用纳米压痕仪测量了Ti13Nb13Zr的弹性模量与硬度,分析其蠕变行为的规律。通过改变实验的加载速率与最大载荷,确定这两个因素对蠕变行为的影响。在最大载荷下,给压头保载5 min,通过保载过程中材料的压痕应变率和硬度之间的关系得到了该材料在常温下的蠕变应力指数。结果表明,Ti13Nb13Zr的弹性模量约为148. 1 GPa,硬度约为5. 62 GPa。实验结果与加载速率和最大载荷无关,只与材料本身性质相关。最终测得材料的蠕变应力指数范围在28. 98～34. 66之间。

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。

医用钛合金Ti13Nb13Zr低速冲击性能

在室温下进行落锤实验测量了Ti13Nb13Zr在低速冲击条件下的能量吸收与损伤情况。通过使用的不同形状的冲头与改变冲击能量,确定这两个因素对实验结果的影响。结果表明,冲头的几何形状对于冲头位移和损伤情况有很大的影响,圆柱形冲头的峰值载荷最大,圆锥形冲头的冲头位移最大,损伤面积最小也更为集中。当冲头为圆柱形冲头冲击能量为30 J时,材料未被破坏,测得73%的能量被材料吸收。

氧化处理Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr合金表面生物活性研究

对氧化处理后的Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr合金进行碱处理,其表面具有了生物活性.将处理后的合金在仿生溶液中浸泡后,有类似骨组织的磷酸钙生成.

Ti-13Nb-13Zr表面多孔Ti梯度合金的组织与力学性能研究

本文利用了放电等离子烧结系统（SPS）制备了Ti-13Nb-13Zr／表面多孔钛梯度合金，改变不同烧结的温度来研究多孔钛梯度合金的微观结构、力学性能的特点，利用XRD、SEM和力学试验对试样具体的相的组成、组织的微观形貌和力学性能进行了分析讨论。在烧结过程中α-TiN断的转化为β-Ti，且随着温度的升高，转化成的β—TiNi量也在不断增加，最终制备出了弹性模量低，强度符合人体骨组织强度要求，生物活性好的Ti-13Nb-13Zr／表面多孔钛梯度合金。

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。