低模量β钛合金高通量实验与计算设计
如果骨植入物具有比人体骨骼更高的杨氏模量,长期使用后,会导致植入物附近的组织被应力屏蔽并最终退化.β钛合金由于密度小、强度高、弹性模量低、耐腐蚀性能好及优良的生物相容性而被应用于人体硬组织的替代和修复,成为当前医用钛合金的研究热点.本文首次将CALPHAD方法用于医用钛合金Ti-Nb-Zr体系单晶弹性常数的建模中,得到其β相的弹性性质数据库,并预测了β相的成分-杨氏模量关系,确定符合人体骨骼模量(20～30GPa)的β相的成分范围,同时制备了该成分范围内的成分梯度样品,再结合微区测量技术(EPMA、纳米压痕等检测手段)测定了弹性模量、硬度随成分的变化,快速确定低模量β相的合金成分,建立了集成高通量实验与计算的快速设计医用钛合金的新方法.并取得了以下成果:评估了Zr-Nb二元系单晶弹性常数的实验和第一性原理计算数据,运用CALPHAD方法优化得到了一组可以自洽地描述Zr-Nb二元系弹性性质的参数;得到了纯Zr的动力学临界稳定温度约为600K,BCC结构Zr-Nb合金室温下的临界稳定成分约为4at.％ Nb.利用CALPHAD方法建立了BCC结构Ti-Nb-Zr三元系单晶弹性常数模型，预测和分析了全成分范围内单晶和多晶弹性性质。制备了两组成分梯度样品：Ti-12Nb-lOZr／Ti-12Nb-lOSn和Ti-16Nb-lOZr／Ti-16Nb-lOSn,利用纳米压痕仪研究了Zr、Sn成分对弹性模量和硬度的影响。
医用钛合金 β相 弹性模量 硬度
刘立斌 王星
中南大学材料科学与工程学院,长沙410083
国内会议
桂林
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103-103
2015-11-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）