Zr﹑Si对生物医用β型Ti-12Mo合金组织和性能的影响

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hms0741
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β型生物医用钛合金含无毒元素,具有良好的生物相容性,较低的弹性模量以及在人体环境下优良的耐磨耐蚀性能,在未来是非常理想且具有良好发展前景的生物医用材料。本文采用钨极电弧熔炼炉和LZ5型离心铸钛机制备了Ti-12Mo-xZr(x=0,2,4,7,10wt.%)合金和Ti-12Mo-xSi(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0wt.%)合金。对合金的显微组织进行了观察和表征,分别测试了合金的显微硬度和压缩性能。研究了Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金在Hank’s溶液润滑条件下分别与TA2和TC4对磨时的摩擦磨损性能。采用三电极法研究了Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金分别在0.9%NaCl溶液、Ringer’s溶液和Hank’s溶液中的电化学腐蚀特性及机理。研究结果表明,Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金的显微组织均是由单一的等轴β相组成,且随着Zr和Si元素含量增加合金组织得到细化。Ti-12Mo-xZr合金的显微硬度值在348~384HV之间,Ti-12Mo-xSi合金的显微硬度值在438~473HV之间,Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金都具有较高的显微硬度。Ti-12Mo-xZr合金在压缩过程中表现出较高的塑性,压缩弹性模量在18.60~19.01GPa之间。Ti-12Mo-xSi合金的塑性较Ti-12Mo-xZr合金差,但其断裂行为为韧性断裂,压缩弹性模量在21.62~22.25GPa之间。从磨损量角度来看,随着Zr元素含量增加,Ti-12Mo-xZr合金磨损前后质量变化率减小,耐磨性增强;随着Si元素含量增加,Ti-12Mo-xSi合金磨损前后质量变化率增大,耐磨性下降。从摩擦系数角度来看,Zr元素和Si元素含量对Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金的摩擦系数大小影响不大。Ti-12Mo-xZr合金的摩擦系数在0.13~0.36之间,Ti-12Mo-xSi合金的摩擦系数在0.17~0.4之间。与TA2对磨时,Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金的磨损机制以粘着磨损为主,伴有磨料磨损;与TC4对磨时,合金的磨损机制为磨料磨损。对于Ti-12Mo-xZr合金,在0.9%NaCl溶液中,Ti-12Mo-7Zr合金的自腐蚀电位最高为-0.047V;在Ringer’s溶液中,Ti-12Mo合金的自腐蚀电位最高为-0.319V;在Hank’s溶液中,Ti-12Mo-2Zr合金的自腐蚀电位最高为-0.410V。对于Ti-12Mo-xSi合金,在0.9%NaCl溶液中,Ti-12Mo合金的自腐蚀电位最高为-0.206V;在Ringer’s溶液中,Ti-12Mo-1Si合金的自腐蚀电位最高为-0.304V;在Hank’s溶液中,Ti-12Mo-0.5Si合金的自腐蚀电位最高为-0.371V。Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金在0.9%NaCl溶液中的腐蚀倾向最小,在Hank’s溶液中的腐蚀倾向最大。Ti-12Mo-xZr合金和Ti-12Mo-xSi合金的腐蚀形式为小孔腐蚀。Mo,Zr,Si元素与Ti一起在合金的腐蚀表面形成了成分包含MoO3,ZrO2,SiO2和TiO2的钝化膜,对合金起到保护作用,因此合金具有良好的耐蚀性。
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