Ti-18Nb-10Zr-(2, 4, 6)Cr合金显微组织和力学性能的研究

不含有毒元素的β钛合金,具有较低的弹性模量和良好的生物相容性等特点,成为近年来研究的热点。采用电弧熔炼制备Ti-18Nb-10Zr-(2, 4, 6)Cr钛合金,均匀化处理后在室温冷轧,随后在800 ℃固溶1 h后淬火。采用光学显微组织（optical microstructure, OM）和X射线衍射仪（X-ray diffractometer, XRD）分析合金显微组织与物相组成,采用维氏硬度计测试合金硬度,采用万能材料试验机进行拉伸测试。结果表明：合金固溶后均显示为单一β相。随着Cr含量的增加,合金的抗拉强度从690 MPa增加到776 MPa,维氏硬度从186增加到235。Ti-18Nb-10Zr-4Cr合金具有较高的强度（699 MPa）、较低的弹性模量（74 GPa）、良好的塑性（19%）和耐磨性,具有良好的生物应用前景。     

烧结温度对Ti-15Nb-25Zr-2Fe合金组织与力学性能的影响

采用放电等离子烧结技术制备Ti-15Nb-25Zr-2Fe钛合金，研究了烧结温度（800，1 000和1 200 ℃）对合金致密度、相组成、显微组织及力学性能的影响。结果表明：合金的致密度随烧结温度的升高逐渐升高。800 ℃烧结的样品主要由β相、α"相、α相和单质Zr组成。1 000 ℃和1200 ℃烧结的样品主要由β相和α"相组成，α"相含量随烧结温度的升高逐渐降低。三种温度烧结的样品中均观察到未固溶的Nb，其含量随烧结温度的升高逐渐降低。随着烧结温度的升高，合金的抗压强度逐渐升高，塑性先升高后降低。     

Ti-Nb-Fe-Sn合金显微组织和力学性能的研究

研究了Ti-(22, 24, 26, 28)Nb-2Fe-4Sn合金的显微组织和力学性能。使用真空非自耗电弧熔炼炉制备合金铸锭，均匀化处理后对合金铸锭进行冷轧和固溶处理。使用X射线衍射仪和光学显微镜对其物相和微观组织进行分析。通过拉伸试验测定了合金的力学性能，使用扫描电子显微镜观察了拉伸样品断口形貌。结果表明，Ti-(22, 24, 26, 28)Nb-2Fe-4Sn合金具有单一β相。Nb的加入使合金的β相稳定性提高，合金的变形机制由孪晶变形转变为位错滑移变形，孪晶诱导塑性变形使得合金具有较高的伸长率。所有合金拉伸断口呈韧性断裂特征。Ti-26Nb-2Fe-4Sn合金的弹性模量为59 GPa，伸长率为19%，抗拉强度为621 MPa，具有良好的生物医学应用前景。     

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%)。     

氧含量对Ti-35Nb-3.7Zr-1.3Mo-xO合金组织与力学性能的影响

根据d电子设计理论设计了新型亚稳β合金Ti-35Nb-3.7Zr-1.3Mo-x O,研究了氧含量对该合金组织与力学性能的影响.实验结果表明,合金经固溶后主要为β相,其晶粒尺寸随氧含量提高而细化.低氧合金中存在少量α″相,氧元素对水淬α″相的形成具有抑制作用.冷轧后组织仍主要为β相,但因大变形后缺陷增多而结晶度降低.不同氧含量的合金冷轧后分别出现细针α″相、板条状ω相、锯齿孪晶以及应力诱发α″相等特殊组织.冷轧态Ti-35Nb-3.7Zr-1.3Mo-x O合金的抗拉强度、弹性模量和硬度均随氧含量的提高而升高,但塑性变差.氧含量升高0.1%,则抗拉强度增加约100 MPa;氧含量升高0.3%,则维氏硬度升高约为50;弹性模量处于45~75 GPa之间.在氧含量超过0.6%以后,合金塑性明显变差.     

生物医用β型钛合金设计研究

利用d-电子合金理论与Kβ稳定系数等合金设计理论设计出了生物医用β型三元Ti-25.6Nb-19.4Ta（wt%）合金,X射线衍射分析和背散射电子衍射分析表明：Ti-25.6Nb-19.4Ta合金只含有单一的β相,且均匀化程度较好。     

粉末冶金法合成高强低模超细晶医用钛合金

为探寻有效的高强低模医用钛合金制备方法,采用机械合金化方法制备了不同Fe含量的(Ti69.7Nb23.7Zr4.9Ta1.7)100-xFex非晶/纳米晶合金粉末,随后采用放电等离子烧结-非晶晶化法得到了高强低模的超细晶钛基复合材料.结果表明:(1)机械合金化过程中,Fe含量对合金的非晶形成能力影响显著,文中实验条件下,只有当x增大至10时才能形成全非晶相的非晶粉末;(2)Fe含量也明显影响合成的块体钛合金的力学性能,合成的不同Fe含量合金中,只有(Ti69.7Nb23.7Zr4.9Ta1.7)94Fe6合金具有高强度和显著塑性,其压缩屈服强度为2425MPa,断裂强度为2650MPa,断裂应变为0.0691,平均弹性模量仅为52GPa,接近第三代生物医用钛合金的最低值.将所合成的超细晶钛合金与常用的两种生物钛合金(Ti-6Al-4V和Ti-13Nb-13Zr)进行抗摩擦磨损性能对比,发现所合成的钛合金具有最佳的耐磨性.     

添加合金元素Cu和Mn对锆合金中第二相的影响

以Zr-4为母合金,分别添加电解纯铜或电解金属锰,用非自耗真空电弧炉熔炼了成分不同的6种锆合金.用透射电子显微镜观察了合金中第二相的形貌,用EDS分析了第二相的成分,用SAD确定了第二相的晶体结构.添加Cu元素的合金中有3种第二相：Zr(Fe,Cr)₂粒子、Zr(Fe,Cr,Cu)₂粒子和含少量Fe或不含Fe的Zr-2Cu粒子;添加Mn元素的合金中只有1种Zr(Fe,Cr,Mn)₂第二相,且随着合金中Mn的质量分数从0.07%增加到0.35％,Zr(Fe,Cr,Mn)₂粒子中Mn元素的质量分数也升高.     

Ti-22Nb-6Zr合金的耐蚀性和超弹性研究

采用电化学方法研究固溶处理后Ti-22Nb-6Zr形状记忆合金在0.9%NaC l溶液中的腐蚀行为,研究固溶处理温度对合金耐蚀性的影响;用拉伸法测定900℃固溶处理后合金的超弹性和形状记忆效应.结果表明:固溶处理后Ti-22Nb-6Zr合金的室温组织为单一的β相,晶粒尺寸随固溶处理温度升高而增大.合金的腐蚀电流随着固溶处理温度的升高而降低.耐蚀性逐渐提高.900℃固溶处理后的合金在室温下拉伸变形,应变为5%时,总的最大回复应变达4.12%,其中超弹性回复应变为3.91%,记忆回复应变为0.21%.     

Y对Fe50- x Mo14Cr15C15B6Y x非晶合金 非晶形成能力及耐腐蚀性能的影响

采用单辊法制备Fe50-xMo14Cr15C15B6Yx(x=0,2)非晶合金条带,利用X射线衍射、差热分析、透射电镜和电化学极化曲线方法对非晶合金的结构、非晶形成能力(GFA)、热稳定性、晶化过程及腐蚀行为等进行了研究和表征.结果表明:Fe50-xMo14Cr15C15B6Yx合金能够形成非晶合金,随着Y元素的添加,其非晶相含量、非晶形成能力及热稳定性显著提高.晶化处理后,析出的主要晶体相为α-Fe,Fe23B6,Cr23C6和Fe3Mo3C等.Fe50-xMo14Cr15C15B6Yx非晶合金在质量分数为3.5%NaCl水溶液中呈现出极强的耐腐蚀能力,远优于常用耐蚀不锈钢Cr18Ni9Ti,并且随着Y元素的加入,非晶合金的耐腐蚀能力进一步提高,具有更宽的钝化区间及更低的腐蚀电流密度.     

第一性原理计算生物医用β钛合金的弹性性质与稳定性

β钛合金具备低杨氏模量特性，在外科手术中可有效降低人体骨骼与金属假体的应力屏蔽问题。基于第一性原理密度泛函理论计算了β钛合金Ti-Nb-Ta体系的弹性性质与稳定性。计算结果表明，随着Ta元素含量的增加，结合能与生成能逐渐降低，总态密度(DOS)费米能级附近峰值总能量逐渐降低，表明体系的稳定性逐渐提升。杨氏模量与剪切模量趋势大体一致，当Ta元素浓度为25%时，杨氏模量达到最低27.23GPa,剪切模量达到最低9.28GPa;当Ta元素浓度为12.5%时，杨氏模量达到最高58.89GPa,剪切模量达到最高20.71GPa。Ta元素对体系各向异性有重大影响，Ti-25Nb-6.25Ta体系在<100>,<010>,<001>晶向杨氏模量最高，<111>晶向杨氏模量最低；Ti-25Nb-12.5Ta, Ti-25Nb-18.75Ta, Ti-25Nb-25Ta, Ti-25Nb-31.25Ta体系在<100>,<010>,<001>晶向杨氏模量最低，<111>晶向杨氏模量最高。     

基于磁共振影像的乳腺癌计算机辅助检测方法综述

β钛合金具有良好的力学性能、高耐蚀性以及优异的生物相容性，在生物医用材料领域备受关注。β钛合金的超弹性归因于应力诱发的β→α"马氏体相变及其逆转变。阐述了影响β钛合金超弹性的因素，归纳了提高合金超弹性的方法。通过添加合金元素调整相变温度和滑移临界应力使得应力诱发马氏体相变更易发生，延迟β相塑性变形的发生，能够获得更大的相变应变和超弹性回复。通过优化热处理工艺和加工方法调控合金的相组成、晶粒尺寸、位错密度和织构等，也可提高合金的可回复应变，增强合金的超弹性。     

硼和铬对多晶Fe83Ga17合金磁致伸缩和室温力学性能的影响

研究了添加B和Cr对多晶Fe83Ga17合金磁致伸缩和拉伸力学性能的影响. 结果表明:在Fe83Ga17合金中添加原子分数1%的B,不仅提高了合金的磁致伸缩性能,而且还大幅提高了合金的室温力学性能,抗拉强度达到548 MPa,延伸率达到3.56%. B元素以Fe2B相的形式偏聚在晶界,细化了合金晶粒,增加了合金晶界结合力,抑制了沿晶脆断. 添加原子分数2%的Cr,Cr固溶在Fe83Ga17合金中,同时提高了合金的磁致伸缩性能和室温力学性能,(Fe83Ga17)98Cr2合金最大磁致伸缩系数达到7×10-5,延伸率也较Fe83Ga17合金有所增加,达到0.6%.     

添加微量Si对锆合金耐腐蚀性能的影响

通过高压釜腐蚀实验研究了添加微量Si(0.02%)对Zr-1Nb(质量分数,%)和Zr-1Nb-0.8Sn-0.38Fe-0.1Cr合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽和360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响.利用透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)观察了合金的显微组织.结果表明:添加微量Si对Zr-1Nb合金在两种水化学条件下的耐腐蚀性能影响不大;添加微量Si会使Zr-1Nb-0.8Sn-0.38Fe-0.1Cr合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能变差,但对其在360℃/18.6 MPa/0.01 mol/L LiOH水溶液中的耐腐蚀性能影响不大.这说明Si对不同的合金在不同水化学条件下耐腐蚀性能的影响规律是不同的.在Zr-1Nb和Zr-1Nb-0.8Sn-0.38Fe-0.1Cr中添加0.02%Si后分别发现了尺寸较大的Zr5Si4第二相(second phase particles,SPPs)和Zr(Nb,Fe,Cr,Si)2第二相,这会对锆合金的耐腐蚀性能产生不利影响.     

Ti-Nb合金在冷变形中的微观组织和力学性能研究

研究采用钨极电弧炉熔炼Ti-35Nb-2Ta-3Zr 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试验设备,分析不同拉伸变形率下合金的微观组织结构和相转变规律.运用双辊轧机制备不同冷变形率下的合金,并进行室温拉伸等力学试验.试验结果表明：随着拉伸变形率的增加,合金会发生β→α″相转变,且合金中α″马氏体逐渐增多,增多到一定程度后保持稳定,α″马氏体的微观形貌由针状转变为粗大的片体;经过冷变形加工后,合金表现出良好的强度和塑性.     

MA-SPS制备超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩擦磨损性能

以机械合金化+放电等离子烧结(MA-SPS)制备的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金为研究对象,研究了合金在模拟体液(SBF)中的摩擦磨损性能,并与放电等离子烧结制备的微米尺寸晶粒的Ti-8Mo-3Fe合金、铸造纯Ti及Ti-6Al-4V(TC4)合金进行了对比.结果表明:采用MA-SPS工艺可制备出高致密度、组织均匀的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金,合金由β相及少量α相组成,平均晶粒尺寸为1.5μm,显微硬度为448 HV;在相同摩擦磨损条件下,超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩损程度明显低于微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态的纯Ti及TC4合金,具有最低的磨损体积和较稳定的摩擦系数.超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的磨损机制为磨粒磨损,而微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态纯Ti及TC4合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨损.     

新型β型Zr-20Nb-7Ti合金的抗腐蚀磨损氧化层制备及其性能研究

为了解决在临床上钛及钛合金存在与人体骨骼、牙齿弹性模量不匹配和不耐磨等问题,开发低弹性模量耐磨耐腐蚀的生物医用合金,将新型β型Zr-20Nb-7Ti合金在550℃下进行热氧化处理15、30、45、60 min。通过SEM图片观察合金氧化层形貌,结果发现,Zr-20Nb-7Ti合金在550℃下热氧化处理30 min后其合金表面原位生长出一层厚度为8.1μm高表面光洁度的氧化层,热氧化之后Zr-20Nb-7Ti合金的表面硬度从267HV上升到934 HV。对热氧化前后的Zr-20Nb-7Ti合金在人工唾液中进行电化学腐蚀试验,结果显示,热氧化处理后Zr-20N-7Ti合金的腐蚀电位从-0.489 39V上升到-0.271 21 V,腐蚀电流从0.731 04μA/cm2下降到0.054 15μA/cm2,腐蚀速率从0.813 18μm/a下降到0.059 87μm/a。在人工唾液中,采用销盘摩擦磨损试验机对热氧化前后的Zr-20Nb-7Ti合金进行磨损性能测试,结果发现,热氧化后的Zr-20Nb-7Ti的摩擦系数从0.60下降到0.23,磨损失重从26.39 mg下降到0.31 mg。实验结果表明,在550℃下对Zr-20Nb-7Ti合金进行热氧化处理30 min得到的氧化层改善了材料的耐磨性和耐腐蚀性,热氧化后Zr-20Nb-7Ti合金符合生物医用合金的使用要求。     

铝合金纳米粉末中相生成规律的初步研究

采用蒸发凝聚法制备了Al-M(M=Cu,Fe,Cr,Mn)合金纳米粉末,研究了粉末中的相生成规律.实验结果表明,纳米粉末的相组成及其相对含量主要是由母合金的成分决定的.在Al-Cu合金纳米粉末中生成的合金相有-θCuAl2,γ2-Al4Cu9,-βAlCu3,Cu在Al中的最大固溶度明显高于Al-Cu平衡相图上的值.在Al-Fe合金纳米粉末中生成了Al13Fe4和FeAl2相.在Al-Mn和Al-Cr合金纳米粉末中则分别生成了-βMnAl6,η2-Al8Mn5相和Al13Cr2,Cr9Al17相.纳米颗粒的组织和形貌与纯金属纳米粒子的差异很大.讨论了合金纳米粒子的形成机理.     

医用β型钛合金中氧元素的作用

低模量β型钛合金作为生物医用材料得到了广阔的发展.国内外研究者发现添加O,N和H等间隙元素能够有效提高β型钛合金的力学性能.其中,O是研究最广泛的间隙元素.以国内外研究结果为基础,综述了O对β型钛合金的显微组织、相变、力学性能和超弹性的影响.O元素能够细化β相晶粒,但过多则会产生偏析.O抑制淬火过程中α″和ω两种马氏体转变.O具有很强的固溶强化作用,显著提高钛合金强度、硬度和耐磨性.O提高β相临界滑移强度和降低M_s点的作用有益于合金的超弹性和形状记忆效应.     

等离子喷焊Mo-Fe-Cr-B合金覆层的组织性能研究

采用等离子喷焊法在Q235钢表面熔敷一层Mo-Fe-Cr-B合金覆层,借助光学显微镜、SEM、EDS、XRD、显微硬度计及电化学工作站等对该覆层的组织结构及性能进行表征分析。结果表明,Mo-Fe-Cr-B合金覆层组织由均匀分布的α-Fe、Mo_2FeB_2、(Mo,Cr,Fe)_3B_2和(Cr,Fe)7C3等相组成;覆层与Q235钢基体形成良好的冶金结合,在熔合线附近存在元素的相互扩散;覆层显微硬度最高可达871HV0.3,其为Q235钢基体硬度的4倍;覆层耐腐蚀性能强于Q235钢及Ni60覆层。