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鈦及鈦合金行業(yè)

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具有優(yōu)良彎曲延性的β Ti-Nb-Ta-Zr合金的熔融提取紡絲的構(gòu)造和力學(xué)性能

   2014-10-08 IP屬地 陜西4140
   近年,日本大阪大學(xué)等單位的研究人員采用電弧熔融提取急冷連續(xù)紡絲設(shè)備成功制備了Ti-Zr生物合金用絲材。現(xiàn)在,他們又采用同樣的方法制備了具有bcc結(jié)構(gòu)的β型鈦合金(TNTZ)絲材,研究了它的構(gòu)造和力學(xué)性能。采用的合金組成為Ti-30Nb-10Ta-5Zr(β型)。為了比較,同時(shí)進(jìn)行了Ti-32-3Zr合金(α型)的制備。合金在高純氬氣氛下用水冷銅床電弧熔融,其上方的提取銅輥(直徑200 mm)與銅床呈60°角安置,并以1000~2000 r/min速度旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)銅輥位置可上下移動,通過銅輥位置的下降與熔融金屬接觸并提取而旋轉(zhuǎn)紡絲。
  用XRD、DSC等研究了絲材的組成相,用SEM、OM等觀察了絲材的表面,用拉伸試驗(yàn)機(jī)測試了絲材的力學(xué)性能。
  實(shí)驗(yàn)表明,所制備的TNTZ絲材長度幾乎與Ti-Zr二元合金絲一樣,絲徑隨銅輥旋轉(zhuǎn)速度降低而變粗,但絲材長度幾乎不受輥的旋轉(zhuǎn)速度影響。XRD和DSC分析結(jié)果表明,Ti-Zr絲為α相,而TNTZ絲為bcc結(jié)構(gòu)的β相。用光學(xué)顯微鏡觀察絲材表面,發(fā)現(xiàn)TNTZ絲及Ti-Zr絲的外表均不是無變形絲特有的鏡面構(gòu)造,而是存在著凹凸的表面。SEM的進(jìn)一步觀察表明,TNTZ絲為細(xì)小的樹枝狀組織,而Ti-Zr絲為小平面組織。TNTZ絲的表面凹凸程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于市售Ti-32-3Zr絲。
  絲材的力學(xué)性能測試結(jié)果表明,TNTZ絲與TiZr絲相比,具有低的楊氏模量及寬的塑性變形范圍,具有作為生物材料的優(yōu)異性能。TNTZ絲在約9.8 N載荷下不斷裂,并在此負(fù)荷下即使彎曲180°也不斷裂。表明這種絲材具有可編網(wǎng)眼的彎曲延性,滿足作為生物材料多樣性形狀的要求,可望作為生物材料得到應(yīng)用。
 
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