等徑角擠壓和離子滲氮處理醫(yī)用鈦、鋯基合金

目前，鈦、鋯基合金用于外科植入材料的主要瓶頸是力學(xué)性能和摩擦性能較差。為得到具有優(yōu)異綜合性能的鈦、鋯基可植入材料，研究了等徑角擠壓和離子滲氮處理對(duì)鈦及鋯合金組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)以BT1-00鈦合金、精煉的鋯和鋯-鈮合金為研究對(duì)象，所有試樣經(jīng)表面磨光后的光潔度均達(dá)到0.4 μm。等徑角擠壓在670～700 K進(jìn)行，累計(jì)剪切變形e=2.1。離子滲氮試驗(yàn)參數(shù):離子電流密度為2.0 mA/cm2，時(shí)間為90 min，溫度為820 K，其中約70%的氮為分子狀態(tài)，約30%的氮為原子狀態(tài)。采用X射線分析、電子顯微鏡分析、硬度及表面顯微硬度測(cè)試、磨損試驗(yàn)等方法對(duì)合金材料在等徑角擠壓及離子滲氮處理前后的組織和性能變化進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，塑性變形會(huì)導(dǎo)致鈦合金、鋯合金的組織和性能發(fā)生顯著變化。對(duì)于鈦合金，位錯(cuò)分布由隨機(jī)分布變成互相關(guān)聯(lián)，同時(shí)出現(xiàn)位錯(cuò)墻以及納米級(jí)(100～300 nm)晶粒。而在Zr-Nb合金中則發(fā)生了從β-Zr到α-Zr的相轉(zhuǎn)變，合金的硬度得到了顯著提高。但值得注意的是，經(jīng)過(guò)等徑角擠壓，合金的耐磨性能并未得到明顯提高。此外，離子滲氮除了使Zr-Nb合金表面生成具有耐磨、耐腐蝕性的硬質(zhì)層，還可以使其α/β相轉(zhuǎn)變溫度降低約50℃?？傊?，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推斷，大塑性變形和離子滲氮復(fù)合處理可以改善鈦合金、鋯合金的綜合性能，對(duì)其制備承受大載荷的生物醫(yī)用材料具有重要意義。