论文部分内容阅读
钛及钛合金具有良好的生物相容性、综合力学性能和耐腐蚀性能,在临床骨替换方面的应用取得了巨大的成功,但由于与人骨的力学性能(主要是弹性模量)不匹配,易引起植入体周围的骨组织产生应力屏蔽现象而被吸收,进而使植入体松动,最终导致植入失败。解决这一难题的方法之一就是在钛及钛合金表面或整体引入孔隙而制成多孔材料,多孔钛的弹性模量等力学性能可通过控制孔隙率进行调节,达到与人骨的力学性能相匹配,减轻或消除应力屏蔽问题,同时多孔结构有利于骨组织长入,贯通的孔结构还有利于体液和营养物质传输,加快痊愈过程。因此,这种具有良好生物力学相容性的多孔钛及钛合金成为近年来的研究热点。本文选择西北有色金属研究院近年来开发的一种新型生物医用近p型钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb (TLM)为主要研究对象,纯钛作对比材料。首先探索了氢化脱氢法制备TLM钛合金粉末的工艺；然后以碳酸氢铵为造孔剂,采用添加造孔剂法成功制备出了不同孔隙率的多孔钛和多孔TLM钛合金。利用图像颗粒分布系统分析粉末特征；采用电子分析天平和扫描电子显微镜观察多孔钛和多孔TLM钛合金的孔隙特征；使用比表面积及孔隙分析仪测量多孔钛的比表面积；采用电子万能试验机进行压缩试验测定多孔材料的力学性能；利用模拟体液和电化学工作站检验多孔材料的耐腐蚀性能。得出如下主要结论：(1)研究了TLM钛合金的氢化脱氢工艺,由TLM钛合金车屑为原料经氢化、粉碎、脱氢直接制备出了TLM钛合金粉末；经分析粉末形状为不规则多面体,化学成分均匀；该工艺过程具有简单、成本低的特点。(2)通过粉末粒径、造孔剂含量、粉末混合方法、压制成型、干燥和烧结制度等实现了多孔纯钛和多孔TLM钛合金的孔隙率控制。在特定的条件下,所制备的多孔材料孔洞分布均匀,孔径介于50-600μm之间,贯通性好,孔的内壁表面粗糙,有微孔分布,成分无变化。(3)在1100-1300℃的范围内,随着烧结温度的提高,孔洞形状更规则,孔径分布趋向均匀；烧结温度对多孔材料的力学性能影响不明显；压缩强度和弹性模量主要受孔隙率影响,随着孔隙率的提高而急剧下降；在相同孔隙率下,粉末越细,多孔材料的力学性能越好；在相同粉末粒度和孔隙率下,与多孔钛相比,多孔TLM钛合金具有高强度和低弹性模量的特点。(4)低孔隙率(30%左右)的多孔钛和多孔TLM钛合金的耐腐蚀性能优于致密材料,但随着孔隙率的提高,多孔材料的耐腐蚀性能降低；基体金属粉末粒度越大,多孔材料的耐腐蚀性能越好。(5)当粉末粒度为-400目,孔隙率为50%左右的多孔TLM钛合金(压缩强度264MPa、弹性模量6.4GPa)的力学性能与松质骨的力学性能相近,耐腐蚀性能良好,适宜做骨组织植入材料。