论文摘要
研究目的：钛以其良好的机械性能、耐腐蚀性和优异的生物相容性在医学领域中得到广泛应用,随着口腔钛精密铸造技术的不断提高,钛在口腔修复领域也显示出较好的应用前景。目前应用于口腔修复临床的主要是纯钛及Ti-6A1-4V合金，长期临床应用及研究表明纯钛存在抗拉强度低,耐磨性较差,铸造、焊接、抛光等加工工艺困难等缺陷；Ti-6A1-4V工艺性能、疲劳和断裂韧性不理想及含有Al及V元素,限制了钛及其合金在口腔修复领域的发展。因此研制机械性能、耐腐蚀性及生物相容性良好且易进行口腔修复工艺制作的义齿修复用钛合金对提高义齿修复质量及扩大修复适应证都是十分必要的。内容方法：根据合金设计理论和d-电子合金设计理论及齿科修复用合金的性能要求,筛选合金添加元素进行合金设计。所选原材料经处理后按设计成分进行称量配比,采用高真空电弧熔炼炉熔炼合金,并进行时效热处理提高材料性能。采用INSTRON生物力学测试系统（拉力机）、显微硬度计、金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等分析仪器进行分析,考察合金延伸率、抗拉强度、硬度、弹性模量等力学性能,观察合金组织形貌、元素成分的变化规律。结果：1.本实验所设计的合金成分为Ti-12.5Zr-10Nb-2.5Sn,所得合金为近α型钛合金。2.合金冶炼中冷却速度和冶金质量对合金性能有重要影响。本实验合金制备选择铜坩埚急冷高真空电弧熔炼法制备。合金杂质含量较低,纯度高,合金元素损失较小,所得合金晶粒细小,拉伸试样呈现韧性断口,具有较高的韧塑性。3.对铸造制备新型钛合金在580℃下分别进行1-10h的时效处理,合金硬度明显增加,弹性模量随时效时间延长总体呈现升高趋势,而合金延伸率下降,拉伸断口韧窝变小变浅,脆性逐渐增加。4.组织分析表明合金采用铜坩埚急冷方式冶炼,发生马氏体转变得到亚稳态α’相。在随后的时效处理过程中,合金组织逐渐由亚稳态的α’相过度到稳定的α相。结论：1.本文在生物相容性原则的前提下,选择无毒且生物学性能良好的Nb、Zr及Sn作为添加元素,设计并采用高真空电弧熔炼法制备出Ti-12.5Zr-10Nb-2.5Sn近α型钛合金。根据力学性能国标试样测试结果,本文所制备的钛合金经4h时效后弹性模量最高可达126.99GPa,延伸率约为8.3%,抗拉强度为848.8MPa,满足齿科修复性能要求。2.钛合金具有β相、α’相和α相等不同相结构,可通过合理的热处理工艺调整合金组织,满足性能需求。3.冶炼采用金属铜模成型,不利于铸造过程中气泡的排出。铸造气孔缺陷将会对合金的弹性模量等力学性能有所影响。为进一步提高合金性能,需改进铸造工艺,选用或研制更为合适的包埋材料,制备出结构致密的合金。
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