多孔TiNb合金的腐蚀及其对力学性能的影响

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开孔结构的多孔钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,是一种潜在的生物医用材料。由于孔洞的引入,必然会增加合金的表面积,从而影响多孔合金的耐腐蚀能力,因此有必要对多孔合金的腐蚀特性及腐蚀对其力学性能的影响进行研究。本文采用粉末冶金法制备出三种孔隙率的多孔Ti-35wt%Nb合金。对该多孔合金的显微组织及其孔结构进行了表征,并对该合金的压缩、弯曲性能进行了研究。同时采用电化学方法评估了多孔Ti35Nb合金在室温下的Ringer’s溶液和乳酸Hank’s溶液中的腐蚀性能,分析了孔隙率对该合金耐腐蚀性能的影响,并对浸泡在这两种人体模拟液中500小时后样品的力学性能进行了测试。最后探讨了采用化学方法对多孔合金进行表面活化处理时,碱处理和热处理对该多孔材料力学性能的影响。研究结果表明,采用该方法制备的多孔合金的显微组织主要由β-Ti组成;孔洞分布均匀,孔的连通性好,孔隙率分别为52%, 61%和71%,相应的平均孔径分别为191μm, 208μm和222μm;孔结构与人体多孔骨相似。多孔Ti35Nb合金的压缩曲线表现出典型的开孔泡沫的特征,随着孔隙率的增加弹性模量和强度减小。孔隙率为52%的多孔合金的压缩和抗弯弹性模量分别为1618MPa和4588MPa;孔隙率为71%的多孔合金的压缩平台应力以及抗弯强度分别达到了29.4MPa和44.7MPa,力学性能能够满足人体多孔骨的移植要求。电化学测试结果表明,多孔Ti35Nb合金具有良好的耐腐蚀性能,孔隙率对多孔合金的腐蚀性能有较大的影响。随着孔隙率的增加,多孔合金的保护电位值依次降低。在0.5M乳酸Hank’s溶液中浸泡了500小时后,多孔Ti35Nb合金平台应力下降较大。多孔合金的表面活化处理中的NaOH溶液处理和热处理能大幅度降低多孔Ti35Nb合金的强度,其原因在于NaOH溶液对多孔材料的孔壁腐蚀损伤较大,一些腐蚀缺陷与某些薄孔壁的尺度相当,从而引起多孔材料宏观强度的降低,并表现出一定的脆性。而经过高温下的Ca(OH)2溶液处理以后,样品的平台应力没有明显下降,因此这种方法是一种新颖而实用的方法。
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