β型鈦合金相穩(wěn)定性和彈性性能第一性原理研究.pdf

1、傳統(tǒng)的鈦合金具有優(yōu)良的生物相容性、綜合的力學(xué)性能、以及形狀記憶性能和超彈性被廣泛的成功應(yīng)用于生物醫(yī)用移植材料。但是近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)鈦合金由于彈性模量較高引發(fā)“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng),同時(shí)含有釩、鋁以及鎳元素,具有毒性引發(fā)過(guò)敏性反應(yīng)。因此,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型無(wú)毒、低彈性模量生物醫(yī)用β鈦合金成為人們的研究熱點(diǎn)。本論文運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,研究了新型β鈦合金的彈性性能和相結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,提出了新型無(wú)毒、低彈性模量β鈦合金理論設(shè)計(jì)原則。

2、論文的主要結(jié)論如下:
　　(1)二元β型Ti-Nb、Ti-Mo和Ti-Ta合金的β結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨著Nb、Mo和Ta含量的增加逐步增加,當(dāng)其含量大于等于8.08％,3.7%和12.5%(原子百分?jǐn)?shù))時(shí),能得到β相穩(wěn)定結(jié)構(gòu),Nb、Mo和Ta對(duì)β結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響的強(qiáng)弱順序是:Mo>Nb>Ta。同時(shí),三種二元合金的彈性模量E隨著Nb、Mo和Ta含量的增加先減小后增加,當(dāng)含量是25%時(shí),三種合金系的彈性模量達(dá)到最小值,分別是37.5GPa、30

3、.8GPa和37.9GPa。同時(shí),進(jìn)一步確定了具有最低彈性模量的二元β型Ti-Nb和Ti-Ta合金價(jià)電子濃度為4.25,Ti-Mo合金為4.5。
　　(2)Ti6Mo2合金體系中的α、β和α"相的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性從強(qiáng)到弱的順序是α">β>α,α相在Ti6Mo2合金體系中的不能穩(wěn)定存在,且三種合金相的彈性模量從大到小的順序是α>α">β。
　　(3)Mo、Sn、Ta和Zr對(duì)bcc結(jié)構(gòu)的Ti12Nb4的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和彈性模量的影響各不相