多孔NiTi形状记忆合金特性及生物相关基础的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 姜海昌 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-12-26 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 戎利建 |
| 关键词 | 多孔NiTi形状记忆合金 燃烧合成法 扫描云纹技术 阻尼性能 表面改性 |
| 其他题名 | Characteristics and Biomedical-interrelated Properties of Porous NiTi Shape Memory Alloy |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 作为硬骨组织的替代，具备三维连通孔隙和较好生物相容性的多孔NiTi形状记忆合金有着广阔的应用前景。本文对燃烧合成制备的多孔NiTi形状记忆合金的孔隙分布、微观形变特征、相变特性、阻尼性能以及Ni释放行为等进行了系统的研究和分析，并对第三元素Mo添加后对多孔TiNi (Mo)合金性能的影响做了初步的探索。 原始粉末特性和合成工艺对多孔NiTi合金的孔隙结构具有显著的影响。只有在适宜的预热温度下才能利用燃烧合成法制备出孔隙形貌均匀，力学性能满足人体植入需要的多孔NiTi形状记忆合金。过低的预热温度形成各向异性严重的孔隙结构，而过高的预热温度将使多孔合金出现熔化区域。合适的Ti粉尺寸和含量也是获得均匀孔隙的重要条件之一。燃烧合成产物主要以B2相为主，还有部分Ni4Ti3相和包晶反应形成的Ti2Ni相。预热温度以及Ni含量的改变对合成后的多孔NiTi合金的相变温度影响不大。热循环次数的增加使多孔NiTi合金的相变温度略有降低。低温退火处理后的多孔NiTi合金中不仅存在独立的R相变，而且该相变的温度低于马氏体相变温度。高温退火后，多孔NiTi合金仍为一阶段相变，但由于富Ti间隙相的析出，相变温度和相变潜热均呈现下降的趋势。 利用扫描云纹技术分析了多孔NiTi合金的微观变形特性。在压缩过程中，多孔合金的孔壁同时承受压缩应力和剪切应力，孔壁尖角处的剪切应力集中产生的裂纹沿外加载荷方向成45°夹角扩展，最终使得孔隙发生坍塌，合金失效。在合金失效发生断裂的过程中，孔壁边缘处形成了高的应力集中，以滑移的方式发生了不可回复的塑性变形。而孔壁中心的变形较为均匀，断裂后发生的塑性变形较小。 多孔NiTi合金的内耗分为振幅无关内耗、迅速增加的振幅相关内耗和缓慢增加的振幅相关内耗。这些内耗分别来源于位错的弱钉扎和脱钉、微观塑性变形和马氏体界面的移动。应变振幅循环次数增加了多孔NiTi合金低应变振幅(<1×10-3)部分的内耗，而减小了高应变振幅(>1×10-3)部分的内耗。孔隙度的增加造成多孔合金的内耗变小。在低频范围内，多孔NiTi合金的内耗对频率不敏感，较高的频率使得合金容易发生疲劳断裂。未处理的多孔NiTi合金在冷却的过程中均出现一个内耗峰，对应于B2↔B19’相变。低温退火的多孔合金在加热和冷却的过程中均出现三个内耗峰，除了M相变峰和R相变峰之外，在更低的温度出现了一个与R相变相关的驰豫峰。 由于不规则孔隙的影响，多孔NiTi合金的Ni释放量远远大于相同表面积的致密态NiTi合金。在恒弯曲应力的作用下，Ni释放量增加明显。采用高温氧化和沉积羟基磷灰石层两种表面改性的方法可以有效地限制多孔NiTi合金的Ni释放。由于氧化层不够致密，高温氧化法只能限制部分的Ni释放。而利用一系列的化学处理后的多孔NiTi合金浸入到模拟体液五天后，不仅在孔壁，而且在孔壁的内侧均形成了连续的生物相容性的羟基磷灰石层。该层限制了多孔NiTi合金的溶出，增加了多孔NiTi合金的生物相容性。 采用Ni、Ti和Mo元素粉末充分混合后，通过燃烧合成方法制备出多孔TiNi(Mo)三元合金。由于固溶强化，少量Mo的添加改善了多孔NiTi合金的力学性能，但是过量Mo的加入使多孔合金的力学性能急剧下降。Mo的加入诱发多孔NiTi合金在冷却的过程中出现R相变。随着Mo含量的增加，多孔TiNiMo合金的相变温度呈现线性下降的趋势。当Mo含量大于1.1at%时，多孔NiTiMo合金的相变温度可以满足人体植入的需要。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 145 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16958]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 姜海昌. 多孔NiTi形状记忆合金特性及生物相关基础的研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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