【摘 要】
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社会经济的发展和人民生活水平的提高使得人们对于健康和长寿有了更高的追求,生物医用材料已成为国际上材料领域研究的热点。高熵合金由于特有的多组元成分特点和简单固溶体结构特征,表现出一系列优异的力学、物理和化学性能,在生物医用植入材料领域表现出应用前景。开发高性能生物医用高熵合金,并探索其成分-组织结构-性能的相关性,对于推动其应用具有重要意义。本文在前期开发的具有良好耐腐蚀性能和耐磨性能的等原子Ti
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社会经济的发展和人民生活水平的提高使得人们对于健康和长寿有了更高的追求,生物医用材料已成为国际上材料领域研究的热点。高熵合金由于特有的多组元成分特点和简单固溶体结构特征,表现出一系列优异的力学、物理和化学性能,在生物医用植入材料领域表现出应用前景。开发高性能生物医用高熵合金,并探索其成分-组织结构-性能的相关性,对于推动其应用具有重要意义。本文在前期开发的具有良好耐腐蚀性能和耐磨性能的等原子Ti Zr Nb Ta Mo高熵合金的基础上,通过调控合金成分,探究Ti元素含量对其组织结构与性能的影响。同时,在低弹性模量Ti-Zr-Hf-Nb合金基础上,设计开发出了一种新的具有优异综合性能的Ti-Zr-Hf-Nb-Fe高熵合金体系,并探究了Fe元素的添加对合金组织结构与性能的影响,具体内容如下:1.Ti-Zr-Nb-Ta-Mo高熵合金具有由两个体心立方（BCC）固溶体相组成的树枝晶结构,Ti含量的增加导致Ti2Zr Nb Ta Mo高熵合金形成短而圆的树枝晶。随着Ti含量的降低,合金的维氏硬度和屈服强度逐渐升高,塑性先降低后升高;Ti-Zr-Hf-Nb-Fe高熵合金则是由BCC+Laves双相组成的树枝晶结构,随着Fe含量的增加,合金的枝晶逐渐变细,维氏硬度上升,但其屈服强度先升后降,塑性也逐渐降低。在两个合金体系中,Ti Zr Hf Nb Fe0.5和Ti0.5Zr Nb Ta Mo合金具有较好的综合力学性能。2.Ti-Zr-Nb-Ta-Mo高熵合金在PBS溶液中的腐蚀电流密度比Ti6Al4V低,腐蚀电位比Ti6Al4V高,并且没有表现出点蚀现象,表明该合金体系具有较好的耐腐蚀性能;而Ti-Zr-Hf-Nb-Fe高熵合金的腐蚀电流密度则随着Fe含量的增加,呈现先降低后升高的趋势。其中,Ti Zr Hf Nb Fe0.5综合耐蚀性能最好并且没有发生点蚀现象。XPS分析结果表明,两种高熵合金体系表面的钝化膜主要由组成合金元素的金属离子氧化物组成,如Ti O2、Zr O2、Nb2O5和Hf O2等,使其在PBS溶液中具有良好的耐蚀性。3.与Ti6Al4V合金相比,Ti-Zr-Nb-Ta-Mo高熵合金在空气和PBS溶液中都具有更好的耐磨性能。并且随着Ti含量的降低,高熵合金的耐磨性提高,在PBS溶液中的磨损速率低于空气中的磨损损率;同样,Ti-Zr-Hf-Nb-Fe高熵合金在空气和PBS溶液中的耐磨性都优于Ti6Al4V,随着Fe含量的增加,合金在空气中的耐磨性也呈现升高的趋势。但是在PBS溶液中,合金的磨损损率都有不同程度的上升,这说明出现了腐蚀磨损协同作用。
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