新型醫(yī)用梯度多孔Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金制備與組織性能研究.pdf

1、醫(yī)用β型鈦合金是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的硬組織植入材料之一，其中擁有較高強(qiáng)度而彈性模量仍匹配人體骨骼的多孔β鈦合金成為近年來研究和開發(fā)的重點(diǎn)。但隨著孔隙引入，彈性模量得到有效減小同時(shí)力學(xué)性能也隨之大幅度降低，尤其是抗壓強(qiáng)度。
　　本文以元素粉末冶金法與造孔劑法相結(jié)合制備低模量高強(qiáng)度的新型醫(yī)用梯度多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金，通過阿基米德法、X射線衍射分析和力學(xué)性能測試研究了元素粉末冶金法的不同工藝參數(shù)、造孔劑的

2、用量和粒徑尺寸以及不同的梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)多孔鈦合金孔隙率、物相組成、彈性模量及抗壓強(qiáng)度的影響，使用掃描電鏡（SEM）觀察合金表面微觀組織形態(tài)以及壓縮斷口形貌并用能譜儀進(jìn)行成分分析。研究結(jié)果表明：
　　以元素粉末冶金法制備所得多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金為近β型鈦合金，可以通過調(diào)控成型壓力、燒結(jié)溫度和時(shí)間三項(xiàng)工藝參數(shù)來調(diào)節(jié)合金孔隙率和相結(jié)構(gòu)，達(dá)到控制合金彈性模量和抗壓強(qiáng)度的目的；在200MPa、1200℃及3

3、h條件下制備合金，其彈性模量為20.91GPa，抗壓強(qiáng)度達(dá)到1420MPa，壓縮斷裂方式為準(zhǔn)解理斷裂，符合醫(yī)用植入材料力學(xué)性能要求。
　　造孔劑法制備所得高孔隙率多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金也為近β型鈦合金；隨著造孔劑用量增加，平均孔徑無變化，孔隙率呈線性增長，彈性模量和抗壓強(qiáng)度減小，其中彈性模量的變化滿足線性關(guān)系；隨著造孔劑粒徑尺寸增加，平均孔徑增大而孔隙率基本不變，抗壓強(qiáng)度和彈性模量減??；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)

4、20％、粒徑尺寸為125~200?m的NH4HCO3造孔劑制備多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金，孔隙率達(dá)到38.9%并含有利于細(xì)胞生長的貫穿孔，抗壓強(qiáng)度達(dá)到405MPa，而彈性模量為9.19GPa，能夠在滿足醫(yī)用植入材料力學(xué)性能要求的同時(shí)，提升合金的生物相容性。
　　在內(nèi)外兩層添加不同用量NH4HCO3造孔劑來制備所得新型醫(yī)用雙層梯度多孔Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金屬于近β型鈦合金；內(nèi)層