ti24nb4zr8snhf电化学腐蚀性能研究【字数：9736】
钛合金作为医用植入物材料由于其密度低，耐腐蚀性好，比强度高，弹性模量接近于人骨，以及良好的生物相容性具有很大优势。当前，除了纯钛（Ti），最被用来广泛使用的钛合金是被称为Ti6Al4V的合金，但这种合金含有有毒物质元素V，并且其表现出来的弹性模量要高于人体骨骼，这是很容易引起金属植入物发生松动。Ti-24Nb-4Zr-8Sn-Hf钛合金是具有类似于人类骨组织弹性模量的新开发的医疗β钛合金。而Ti-24Nb-4Zr-8Sn-Hf钛合金是添加了一些Hf的元素,在具有耐热性的合金中添加Hf,使硬度，耐腐蚀性和熔点高,也可作为硬质合金添加剂。该课题的研究是对Ti-24Nb-4Zr-8Sn和Ti-24Nb-4Zr-8Sn-Hf钛合金分别在模拟人体体液D-Hanks和Hanks中进行电化学腐蚀性能研究,通过对两种不同的新型医用合金电化学腐蚀对比并模拟人体体液环境对材料性能进行研究,从而找出Ti-24Nb-4Zr-8Sn-Hf钛合金的影响因素和影响机理,研究出性能良好的医学植入材料。
目录
1.绪论 1
1.1生物医用钛及其合金的发展 1
1.2 生物医用钛合金的应用及问题 2
1.3生物医用钛合金的模拟人体体液电化学腐蚀 3
1.4生物医用钛合金的研究目的与意义 3
2.实验材料及研究方法 4
2.1 实验材料及实验设备 4
2.1.1 试样制备实验材料及实验设备 4
2.1.2电化学腐蚀实验材料及实验设备 5
2.2 实验研究方法 6
2.2.1 试样制备实验 6
2.2.2 电化学腐蚀实验 8
2.2.3扫描电镜试验 10
3.结果与讨论 11
3.1不同基体材料对腐蚀性能的影响 11
3.1.1 金相组织对比 11
3.1.2改性前后开路电位对比 14
3.1.3改性前后塔菲尔图对比 18
3.1.4 改性前后交流阻抗谱测量对比 20
3.2 模拟不同人体体液环境对腐蚀性能的影响 22
3.2.1 Hanks与DHanks溶液开路电位对比 22
3.2.2 H *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
anks与DHanks溶液塔菲尔图对比 23
3.2.3 Hanks与DHanks溶液交流阻抗谱测量对比 25
4.结论 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1生物医用钛及其合金的发展
与生物医学陶瓷材料和聚合物材料相比，生物医学金属材料特别是Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金，具有优异的性能如高的强度，良好的韧性，耐疲劳性和良好的加工性能，这是因为它是不可替代的，用来比较其它医用材料。自21世纪初,由可降解的金属,纳米晶金属和大块非晶合金所表示的新的医疗金属材料得到了迅速发展。与此同时,先进的制造技术,如三维打印和薄的膜已被尝试。材料特性正朝着生物活性和功能的发展的方向。其中医疗金属材料,优良的耐腐蚀性和低弹性模量使钛和钛合金广泛应用于医疗植入物。
还有一些问题，目前使用的医用钛合金材料存在一些合金元素是有毒的（例如具有毒的Ti6AL4V V）其弹性模量依然太高，这就与人体骨骼的弹性模量是不相配的。所得的应力遮挡效果会引起骨骼的吸收和植入物的松动，为了有效解决其问题，可以得到具有弹性的接近人体骨骼的模量的医用钛合金并且材料工作者已经开发了20多种具有不同模量较低β型医疗钛合金系统。这些β钛合金的弹性模量相比，目前用于临床，用于医药纯Ti和Ti6AL4V合金高于β型医疗钛合金，但这种钛合金仍然高于人体骨骼的弹性模量，所以把Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金作为人体骨骼植入人体的应用有待进一步发展。
Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金是由一种新型的亚稳的β钛合金制成。所述ω相变和α”相变稳定高温BCC晶体结构到室温。Ti2448合金具有低模量，高强度和超弹性的通用性。其模量是等同于剪切模量（仅约25GPa）的。优化过程之后，该合金的杨氏模量可以被优化。它的体积还有剪切模量和poisson比就会依次降低到约等于42Gpa，约等于20Gpa，约等于19 GPa和0.099 ,这不仅有效解决了不能很好匹配的问题,而且在人体植入钛合金应用领域展现出良好的发展前景。我们通过在生物医疗等方面的研究,已经对材料的耐腐蚀性能等进行了比较分析,发现了Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金有良好的生物相容性，这就有利于将这类钛合金植入人体作为人体骨骼，而且它的低弹性模量会大大增强植入人体的适应性。
Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金不仅在人体骨骼植入有很大的应用价值,他也显示出许多优良的机械性能。它显示出在弹性相的约3.4％超弹性、非线性变形特性， 还有高度局部化的塑性变形行为。合金的特殊非线性弹性变形，用纳米级组重量调制是通过合金化在相分解的微结构形成的。在这样一种独特的结构中可以通过触发弹性结合引起的连续马氏体转变。材料表现出非线性弹性变形行为,并且具有超弹性和可调节的热膨胀系数在其温度范围的特性。
在合金弹塑性变形研究中，单晶合金通过避免晶界和晶粒尺寸的影响，从根本上反映了合金的变形行为，为研究多晶材料的变形机理提供了参考。在研究Ti24Nb4Zr8SnHf单晶合金弹性变形性能的基础上，通过对Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金的力学性能、滑动系统和断裂形貌的研究，论证了Ti24Nb4Zr8SnHf单晶合金在拉伸载荷下三种不同晶向的塑性。研究了多晶合金的变形行为，为进一步理解多晶合金的塑性变形机制奠定了基础。
1.2 生物医用钛合金的应用及问题
生物医用钛合金不仅作为良好的人体骨骼修复,并且具有在临床应用前景广阔。 /
钛及其合金显示出的特性很适合作为医用植入物材料，由于其密度低，耐腐蚀性好，比强度高，弹性模量接近于人骨，以及良好的生物相容性增加它的优势。当前，除了纯钛（Ti），最广泛使用的钛合金就是被称为Ti6Al4V合金（TC4）的钛合金，但该合金含有许多有毒物质元素V，而且它的弹性模量低于人骨，这是很容易造成的排斥性的金属植入物。钛Ti24Nb4Zr8SnHf是中国新研制的医用β钛合金。其中有人体骨骼相似的弹性模量，高强度，并且不含有有毒物质元素，作为人体骨骼修复发展前景是非常好的。
目录
1.绪论 1
1.1生物医用钛及其合金的发展 1
1.2 生物医用钛合金的应用及问题 2
1.3生物医用钛合金的模拟人体体液电化学腐蚀 3
1.4生物医用钛合金的研究目的与意义 3
2.实验材料及研究方法 4
2.1 实验材料及实验设备 4
2.1.1 试样制备实验材料及实验设备 4
2.1.2电化学腐蚀实验材料及实验设备 5
2.2 实验研究方法 6
2.2.1 试样制备实验 6
2.2.2 电化学腐蚀实验 8
2.2.3扫描电镜试验 10
3.结果与讨论 11
3.1不同基体材料对腐蚀性能的影响 11
3.1.1 金相组织对比 11
3.1.2改性前后开路电位对比 14
3.1.3改性前后塔菲尔图对比 18
3.1.4 改性前后交流阻抗谱测量对比 20
3.2 模拟不同人体体液环境对腐蚀性能的影响 22
3.2.1 Hanks与DHanks溶液开路电位对比 22
3.2.2 H *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
anks与DHanks溶液塔菲尔图对比 23
3.2.3 Hanks与DHanks溶液交流阻抗谱测量对比 25
4.结论 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1生物医用钛及其合金的发展
与生物医学陶瓷材料和聚合物材料相比，生物医学金属材料特别是Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金，具有优异的性能如高的强度，良好的韧性，耐疲劳性和良好的加工性能，这是因为它是不可替代的，用来比较其它医用材料。自21世纪初,由可降解的金属,纳米晶金属和大块非晶合金所表示的新的医疗金属材料得到了迅速发展。与此同时,先进的制造技术,如三维打印和薄的膜已被尝试。材料特性正朝着生物活性和功能的发展的方向。其中医疗金属材料,优良的耐腐蚀性和低弹性模量使钛和钛合金广泛应用于医疗植入物。
还有一些问题，目前使用的医用钛合金材料存在一些合金元素是有毒的（例如具有毒的Ti6AL4V V）其弹性模量依然太高，这就与人体骨骼的弹性模量是不相配的。所得的应力遮挡效果会引起骨骼的吸收和植入物的松动，为了有效解决其问题，可以得到具有弹性的接近人体骨骼的模量的医用钛合金并且材料工作者已经开发了20多种具有不同模量较低β型医疗钛合金系统。这些β钛合金的弹性模量相比，目前用于临床，用于医药纯Ti和Ti6AL4V合金高于β型医疗钛合金，但这种钛合金仍然高于人体骨骼的弹性模量，所以把Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金作为人体骨骼植入人体的应用有待进一步发展。
Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金是由一种新型的亚稳的β钛合金制成。所述ω相变和α”相变稳定高温BCC晶体结构到室温。Ti2448合金具有低模量，高强度和超弹性的通用性。其模量是等同于剪切模量（仅约25GPa）的。优化过程之后，该合金的杨氏模量可以被优化。它的体积还有剪切模量和poisson比就会依次降低到约等于42Gpa，约等于20Gpa，约等于19 GPa和0.099 ,这不仅有效解决了不能很好匹配的问题,而且在人体植入钛合金应用领域展现出良好的发展前景。我们通过在生物医疗等方面的研究,已经对材料的耐腐蚀性能等进行了比较分析,发现了Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金有良好的生物相容性，这就有利于将这类钛合金植入人体作为人体骨骼，而且它的低弹性模量会大大增强植入人体的适应性。
Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金不仅在人体骨骼植入有很大的应用价值,他也显示出许多优良的机械性能。它显示出在弹性相的约3.4％超弹性、非线性变形特性， 还有高度局部化的塑性变形行为。合金的特殊非线性弹性变形，用纳米级组重量调制是通过合金化在相分解的微结构形成的。在这样一种独特的结构中可以通过触发弹性结合引起的连续马氏体转变。材料表现出非线性弹性变形行为,并且具有超弹性和可调节的热膨胀系数在其温度范围的特性。
在合金弹塑性变形研究中，单晶合金通过避免晶界和晶粒尺寸的影响，从根本上反映了合金的变形行为，为研究多晶材料的变形机理提供了参考。在研究Ti24Nb4Zr8SnHf单晶合金弹性变形性能的基础上，通过对Ti24Nb4Zr8SnHf钛合金的力学性能、滑动系统和断裂形貌的研究，论证了Ti24Nb4Zr8SnHf单晶合金在拉伸载荷下三种不同晶向的塑性。研究了多晶合金的变形行为，为进一步理解多晶合金的塑性变形机制奠定了基础。
1.2 生物医用钛合金的应用及问题
生物医用钛合金不仅作为良好的人体骨骼修复,并且具有在临床应用前景广阔。 /
钛及其合金显示出的特性很适合作为医用植入物材料，由于其密度低，耐腐蚀性好，比强度高，弹性模量接近于人骨，以及良好的生物相容性增加它的优势。当前，除了纯钛（Ti），最广泛使用的钛合金就是被称为Ti6Al4V合金（TC4）的钛合金，但该合金含有许多有毒物质元素V，而且它的弹性模量低于人骨，这是很容易造成的排斥性的金属植入物。钛Ti24Nb4Zr8SnHf是中国新研制的医用β钛合金。其中有人体骨骼相似的弹性模量，高强度，并且不含有有毒物质元素，作为人体骨骼修复发展前景是非常好的。
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