Ti-25Ta-3Ag合金的制备及其性能的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abeey2009
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钛合金因其良好的生物相容性,机械性能,耐腐蚀性,以及接近于人骨的弹性模量等优异性能成为人体硬组织植入与替代的理想材料之一。Ti-Ta系合金作为钛合金中优异的代表,其具有优异的力学性能,耐腐蚀性能和良好的生物相容性,其中Ti-25Ta合金具有最低的弹性模量,与人骨弹性模量相对匹配,同时具有最高的强度/弹性模量比。为了赋予Ti-Ta合金更加优异的物理性能、电化学性能以及更好的生物相容性,掺入贵金属元素制成Ti-25Ta-M系新型钛合金是具有一定研究意义的。其中,纯Ag是一种具有高电动势的贵金属,同时又是典型的广谱抗菌材料,可用于增强合金的耐腐蚀性,同时又可使合金具有一定的抗菌性。本研究利用XRD对Ti-25Ta-3Ag合金材料进行了物相分析,通过光学金相显微镜和SEM分别观察了合金的相组织结构和微观形貌,研究了合金材料的力学性能和耐腐蚀性能,对合金的体外生物矿化能力和抗菌性进行了评价。本论文具体的研究内容如下:(1)Ti-25Ta-3Ag合金中存在三种Ti相组织:不规则多边形的α相、针状的马氏体α"相和片层状β相,同时存在未融的单质Ta,有单质Ag(白色颗粒)析出,颗粒尺寸约为2~3μm,存在黑色小点的微孔。当烧结温度为950℃时,合金的相对致密度最大,达到了99.12%。(2)合金各相的弹性模量和硬度均随烧结温度的升高先增后减,当烧结温度为950℃时,其各相具有最小的弹性模量,分别为48.37GPa、41.91GPa、38.47GPa,较大的硬度,分别为2.16GPa、2.55GPa、1.97GPa,所以,烧结温度为950℃时,合金各相的综合力学性能最好。(3)随着烧结温度的升高,合金的耐腐蚀性能提高,在烧结温度为950℃时,合金具有最大的开路电位值、自腐蚀电位和线性极化电阻,分别为-150m V、-269.4m V、324.4kΩ·cm2,同时具有最低的腐蚀电流密度和致钝电流密度,分别为1.15×10-7A/cm2和0.38×10-9A/cm2,其腐蚀速率1.19×10-11mm/year也是最小的,该合金的耐腐蚀性最好。同时,XPS结果表明合金表面钝化膜主要由Ti O2和Ta2O5氧化物、Ti和Ta的低价态氧化物以及金属单质Ag组成。(4)合金在模拟人体体液(SBF)中矿化28d后,750℃和850℃烧结的合金表面出现了类骨磷灰石的沉积,说明它们具有良好的生物活性,而950℃烧结合金表面没有钙磷盐沉积物的产生,说明其生物活性很差。(5)合金的3d浸泡液对大肠杆菌的抗菌率均达到了90%以上,说明其对大肠杆菌具有良好的抗菌性,而对金黄色葡萄球菌的抗菌率则在81%-84%,说明其对金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌性;7d浸泡液的抗菌率均达到90%以上,14d后达到了95%以上,表明随着浸泡时间的增加,合金表面钝化膜中的银在不断的溶出银离子,使得合金具有优异的短期持续抗菌性。
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