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血管支架植入已经成为临床治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病的成熟治疗方式。支架材料在人体腐蚀性的生理环境中承受交变载荷,因此其腐蚀疲劳抗力是保证长期服役安全的决定性因素。近年来,磁共振成像（MRI）技术作为一种安全的无创性检查手段,越来越多的应用于心血管系统疾病的检查诊断。当前临床应用的血管支架主要为永久性的金属支架,以316L不锈钢、Co-Cr合金,以及镍钛合金为主,这些合金中普遍含有铁磁性元素Fe、Co、Ni等,致使MRI图像上呈现不同程度的伪影。再者,材料中含有Ni、Co、Cr等具有一定毒性的金属元素,释放的金属离子易诱发机体过敏反应。本文选择具有优异生物相容性和MRI兼容性的Nb-60Ta-2Zr合金,主要研究了其准静态拉伸断裂机制,以及大气环境和模拟生理环境中的疲劳断裂行为,并通过对比不同环境中疲劳裂纹萌生和扩展的机制澄清模拟生理环境对该合金疲劳性能的影响。中高熵合金的特点是多主元浓溶质,考虑到其固溶体结构特征和强化机制,结合铌,钽等难熔金属良好的生物相容性方面的优势,为探索发展新型生物医用植入体合金提供了新的可能性。然而,难熔中高熵合金的低塑性变形能力和室温脆性是制约其应用的瓶颈,亟待澄清其形变断裂行为对化学成分、加工历史和微观结构的依赖关系。铸态NbTaTiHf中熵合金具有良好的室温塑性,但目前对该系列合金的加工历史和微观结构对形变与断裂机制的影响仍缺乏深入的了解,对于其在循环载荷下的疲劳行为也尚未可知。Nb-60Ta-2Zr合金屈服强度σ0.2为344±11 MPa,达到316L不锈钢水平;均匀延伸率约为21%,总延伸率28%,与纯钽相当,准静态力学性能基本达到血管支架用金属材料要求;准静态拉伸断裂机制表现为晶粒变形导致晶界开裂,后续为微孔聚合断裂模式,开裂晶界上观察到细小的疑似析出相特征,考虑对晶界有削弱作用。Nb-60Ta-2Zr合金大气环境中的疲劳极限为300 MPa,固溶强化作用使得合金疲劳强度相比纯铌明显提高,经估算约为纯铌的两倍,同时超过Nb-1Zr合金抗拉强度,基本达到常用血管支架材料316L不锈钢的水平;疲劳裂纹萌生于晶界,萌生源处可观察到与准静态断口表面晶界相同的疑似析出相特征;裂纹稳态扩展前期为穿晶扩展,后期为穿晶沿晶混合型断裂模式。晶界上弥散的疑似析出相削弱了晶界强度,使得在准静态拉伸断裂和疲劳裂纹萌生及稳态扩展后期阶段均出现沿晶特征形貌。动电位极化曲线行为显示,Nb-60Ta-2Zr合金具有较低的均匀腐蚀速率和稳定的钝化区间。不同于316L不锈钢的点蚀和Co-Cr合金的过钝化溶解,Nb-60Ta-2Zr合金表面钝化膜致密而稳定,抗局部腐蚀性能优异,即使外加电位达到1.2VSCE也没有出现局部腐蚀的现象。Nb-60Ta-2Zr合金在模拟生理环境中的疲劳极限为300MPa,不同应力水平下疲劳试样循环寿命均与大气环境中相当,数据点的分布与趋势也与大气环境中相同,表明腐蚀性模拟生理环境并未损伤合金的疲劳性能;对于Nb-60Ta-2Zr合金疲劳试样表面及断口形貌的分析显示,模拟生理环境和循环载荷的耦合作用并未改变其疲劳裂纹萌生与扩展模式,疲劳裂纹萌生于晶界,裂纹扩展表现为穿晶沿晶混合的模式,考虑到Nb-60Ta-2Zr合金中不含有毒性元素,可期待其作为植入材料具有良好的生物安全性。铸态NbTaTiHf MEA为单相BCC固溶体结构,组织为等轴晶,平均晶粒尺寸为134μm,铸锭内存在孔洞等缺陷,平均等效直径约为15 μm。热轧及后续再结晶退火处理可消除铸锭内缺陷,获得均匀的等轴晶单相BCC固溶体。在1000℃,1300℃和1400℃退火1h后,平均晶粒尺寸分别为19μm,51 μm和64 μm。室温拉伸结果显示1000℃退火获得较优的强度塑性以及加工硬化能力匹配,σ0.2为852±20MPa,σuts为866±21 MPa,总延伸率约20%,均匀延伸率约5%。随着退火温度的升高,室温拉伸断裂机制由塑性韧窝型断裂转变为韧窝和沿晶混合性断裂,再到沿晶脆性断裂。NbTaTiHf MEA疲劳试验结果表明,相比铸态,热轧后1000℃退火1h合金的疲劳强度由200 MPa提高至390 MPa,疲劳比由0.24提升至0.45。断口形貌显示铸态试样疲劳裂纹于近表层孔洞缺陷处萌生,而退火态试样疲劳裂纹萌生于表面,呈现晶界特征。铸态合金疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth约为5.4MPa√m,Paris指数m为3.3。热轧及后续再结晶处理使得合金ΔKth下降至4.2 MPa√m,Paris指数稍下降至2.7。对比两者疲劳裂纹扩展路径发现,微观组织的不同并未改变疲劳裂纹扩展模式,两种状态合金疲劳裂纹裂纹均为穿晶扩展模式。相比再结晶状态合金,铸态合金裂纹扩展路径更加曲折,且伴随更多的二次裂纹和分叉裂纹。不同加工历史状态在S-N曲线和疲劳裂纹扩展速率曲线中的不同表现,主要源于疲劳裂纹萌生和扩展阶段分别受不同因素控制。在裂纹萌生阶段,合金疲劳行为主要受孔洞等缺陷影响,消除孔洞和晶粒细化处理提高了合金的抗疲劳裂纹萌生能力;而在裂纹扩展阶段,晶粒尺寸的差别起主要作用,表现为晶粒尺寸越大,裂纹扩展路径更加曲折,ΔKth越高,稳态裂纹扩展速率相对更低。