原位自生TiB增强钛基复合材料的热变形行为

通过等温热压缩模拟方法在温度为850～1 050 ℃和应变速率为0.02～0.50 s^-1的工艺下研究了原位自生5% TiB (体积分数)增强Ti复合材料的热变形行为。结果表明：在热变形过程中，试样的流变应力和峰值应力均随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小；试样在高变形温度及低应变速率下变形时，TiB增强体有足够时间进行旋转取向而减少断裂，这有助于提高材料性能；通过计算得出试样在（α+β）相区和β相区的塑性变形表观激活能分别为789.8 kJ/mol和 271.6 kJ/mol，大于钛的表观激活能。分析认为：TiB增强体对试样的热变形行为有显著的影响；随着变形温度的不断升高，试样的塑性变形表观激活能显著降低，表明试样在850～1 050 ℃的高温塑性变形行为具有明显的分区特征；在不同温度区间的变形机制不同，因此在（α+β）相区和β相区分别建立了其热变形本构方程。     

可降解下腔静脉滤器的生物力学性能及有限元分析

利用有限元分析和径向支撑力测试,分析不同支撑杆数目对新型生物可降解下腔静脉滤器（inferior vena cava filters, IVCF）的生物力学性能的影响。应用三维建模软件建立支撑杆数目为8, 10, 12的IVCF模型;通过室温拉伸左旋聚乳酸得到其应力-应变曲线,使用Abaqus软件模拟分析3种支架在压握和自扩张过程中的生物力学性能;同时将3种IVCF进行径向支撑力测试。结果表明,3种支架的应力峰值不同,但应力分布趋势相同;其径向支撑力随支撑杆数目的增加而减小,自扩张性能则与之相反;10杆IVCF表现出较好的综合力学性能,经压握后不仅有足够的径向支撑力,而且可以实现自我扩张,对血管壁的损伤最小。     

一种含N低Ni经济型双相不锈钢的抗氢脆性能的研究

设计了一种新型低Ni经济型双相不锈钢，通过金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对不同固溶温度处理后的试样进行表征，通过常规拉伸实验得到综合力学性能最佳的热处理温度点，并通过电化学预充氢后的慢应变速率拉伸实验探究了其氢脆敏感性能。实验表明，随着温度的升高，奥氏体体积分数明显下降，铁素体体积分数升高，氢在双相不锈钢中的扩散能力提高。在1 050 ℃下固溶处理5 min后水淬的经济型双相不锈钢（lean duplex stainless steel，LDSS）综合性能最佳，其屈服强度和抗拉强度分别为744.7 MPa和807.7 MPa，总伸长率为62%，并且该材料在不同温度都具有优异的加工硬化性能。通过对1 050 ℃热处理后的试样进行不同电流密度和时间的预充氢处理，发现其氢脆敏感性能受充氢时间影响大于充氢电流，氢原子主要在塑性变形阶段降低材料抗拉强度和伸长率，对屈服强度影响较小。     

GEN@ZIF-8-TNT涂层的制备及抗菌能力的研究

钛及钛合金因其良好的生物相容性和力学性能被广泛用作骨科植入物,但其自身缺乏抗菌能力,易发生细菌感染而导致植入失败。为了提高其抗菌能力,在钛基植入物表面制备出了具有pH响应的抗菌涂层。通过阳极氧化在钛片表面制备了TiO₂纳米管（titanium dioxide nanotubes, TNT）涂层,采用水热法合成负载庆大霉素（gentamicin, GEN）的GEN@ZIF-8,并将其修饰在TNT涂层表面,制备出GEN@ZIF-8-TNT涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪对制备的样品进行表征,并测定了接触角。体外细胞培养试验表明,GEN@ZIF-8-TNT涂层没有明显的细胞毒性,表现出良好的生物相容性。抗菌试验表明,GEN@ZIF-8-TNT涂层具有较强的抗菌能力,得益于ZIF-8降解释放出的Zn²⁺,OH^-,GEN的协同抗菌作用。     

TiC对原位自生钛基复合材料高温变形的影响

通过等温热压模拟试验研究了原位自生5% TiC(体积分数,下同)颗粒增强Ti-1100复合材料在1000~1150℃的热变形行为.在不同的温度区间内计算了原位自生5%TiC/Ti-1100复合材料的塑性变形激活能.结果发现,TiC颗粒对钛基材料的热变形行为有明显影响.复合材料的塑性变形激活能在不同的温度区间内变化.在1000℃,复合材料的表观塑性变形激活能为536 kJ/mol,显著高于纯钛合金的激活能;在1150℃,计算出的复合材料表观塑性变形激活能为245.2 kJ/mol,略大于纯钛合金的激活能.变形激活能的显著差别显示复合材料的变形机制发生了变化.在此温度区间内,TiC/Ti复合材料的变形机制受到TiC颗粒以及基体中α/β相比例的影响.     

回复与再结晶退火对新型HSn701黄铜组织及性能的影响

设计了一种新型HSn70-1黄铜合金,其冷拉拔加工率为55%.应用偏光显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、万能材料试验机和电化学工作站等设备,研究了不同的退火温度对新型合金显微组织和性能的影响.结果表明：加入少量Sn,Al,P,Ni合金元素构成了新型HSn70-1合金,合金元素以固溶体的形式存在于晶粒内部,其组织为α单相;合金在不同温度下保温2 h,200℃时发生应变时效,300~450℃为再结晶过程,450~550℃为晶粒长大阶段,550~600℃晶粒基本完全长大.随着退火温度的升高,合金的硬度、抗拉强度和屈服强度逐渐降低并趋于缓慢,其伸长率变化相反;合金自腐蚀电流密度、失重率逐渐降低并趋于稳定;开路电位逐渐变大,最后趋于稳定,新型HSn70-1黄铜的耐腐蚀性逐渐变好.     

加工工艺对Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金组织和性能的影响

基于d电子理论设计了成分为Ti-21Nb-7Mo-6Sn的亚稳态β钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等设备,研究了Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金在冷轧和退火过程中显微组织的演变。结果表明:冷轧产生大量位错和晶界,组织由β相转变为α"相;在退火过程中,α"相转变为β相,再结晶优先在板条马氏体区形成;随退火温度的升高,Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金的弹性模量先降低后升高,弹性回复率则与之相反;923 K退火10 min后,获得了最低的弹性模量(53 GPa)和最高的弹性回复率(69.84%)。     

TiO2对磁控溅射Ti-TiO2纳米复合涂层抗菌性能的影响

为预防种植体周围炎,采用反应磁控溅射法在纯Ti片表面制备了Ti-TiO₂纳米复合涂层,改变Ti靶材与TiO₂靶材的拼接比例,研究纳米TiO₂体积分数对涂层微观结构和抗菌性能的影响。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、接触角测量仪对样品进行微观组织的表征以及表面粗糙度和润湿性能的测量,采用CCK-8法(cell counting kit-8,CCK-8)对涂层进行细胞毒性测试,采用平板涂布计数法对涂层进行抗菌性能评价。结果表明,当Ti靶材与TiO₂靶材的拼接比例为95∶5时,Ti-TiO₂涂层含纳米TiO₂量最多,涂层的表面粗糙度以及与液相接触角达到最大值,分别为1.28 nm和100.42°,涂层无细胞毒性,符合生物安全性材料的标准,涂层的抗菌性能最佳,涂层的抑菌率达到了90.94%。     

β-TCP/PLLA复合材料的制备与降解性能

采用溶液共混法制备不同β-磷酸三钙（β-tricalcium phasphate,β-TCP）质量分数的复合材料,并将纯聚左旋乳酸（PLLA）和复合材料置于模拟体液中降解3个月,用万能材料试验机测试纯PLLA和复合材料的弯曲强度、拉伸强度和弯曲模量,用扫描电子显微镜（SEM）观察其断面形貌.结果表明：少量β-TCP的加入可以使复合材料弯曲强度和拉伸强度增大,随着β-TCP的进一步加入,复合材料的弯曲强度和拉伸强度均减小,而复合材料的弯曲模量随着β-TCP的加入逐渐增大;降解后不同β-TCP含量的复合材料的弯曲强度均有所降低,但降幅不同,所有复合材料在前6周弯曲强度衰减较快,第6~12周强度衰减趋缓;纯PLLA体外降解时,弯曲强度衰减明显快于β-TCP/PLLA复合材料;第12周时复合材料的弯曲强度仍有17.8~32.4 MPa,高于松质骨的（11.5±2.1）MPa,满足松质骨骨折内固定器的要求.