Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金制备及性能研究

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Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金具有良好的力学性能、低密度、高比强度、低弹性模量、良好的耐腐蚀性好及生物相容性等优点,从而成为新一代的特殊的β型生物医用钛合金。本文采用真空烧结和放电等离子烧结制备了致密的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金。系统研究了烧结工艺对Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金组织和性能的影响,通过腐蚀电化学和生物腐蚀实验考察了合金的耐腐蚀性能和生物腐蚀。主要研究结果如下:1.粉末冶金真空烧结制备Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金,其最佳烧结工艺为:烧结温度1250℃和保温时间2小时。合金的相对密度为97.2%,拉伸强度为705MPa,延长率为5.6%,维氏硬度为547Hv,弹性模量35.1GPa。金相组织是典型的魏氏体组织,由β晶粒和针状的α相组成,材料组织均匀致密,晶粒大小约为46μm,合金断口形貌为有较多韧窝,断裂主要是以韧性断裂与脆性断裂共存的形式存在。2.利用放电等离子烧结能在较短时间内制备了高密度Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金,其烧结温度为1250℃,保温时间10min,合金的相对密度为99.4%,拉伸强度为789.5MPa,延长率为6.4%,维氏硬度为556Hv,弹性模量34.53GPa。合金组织均匀细小,金相组织主要由β相组成,晶粒大小约为45μm,合金断口形貌韧窝较多,断裂主要是以韧性断裂形式存在。通过比较两种烧结工艺制备的钛合金的致密度、力学性能、弹性模量及显微组织形貌,采用放电等离子烧结技术制备的合金综合性能明显优于粉末冶金真空烧结。3.采用三电极电化学工作体系,测量出极化曲线,计算自腐蚀电位、自腐蚀电流密度和极化电阻等电化学参数,在生物体模拟液电化学实验中,在1250℃,保温2h粉末冶金真空烧结制备的钛合金有较好的耐腐蚀性能,在1250℃,保温10min采用放电等离子烧结法制备的钛合金耐腐蚀性能最佳,从电化学参数分析,放电等离子烧结制备的钛合金在生物体模拟液的耐腐蚀性能优于粉末冶金真空烧结制备的钛合金。4.Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金经生物学腐蚀实验后,除有极个别孔蚀外,合金表面未出现腐蚀痕迹,合金具有较好的抗蚀性,粉末冶金真空烧结制备的钛合金在生物模拟液中的耐生物腐蚀性能比放电等离子烧结制备的钛合金更好,都具有较好的耐生物腐蚀性。
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