新型无钒、低成本Ti-4.7Mo-4.5Fe合金的生物医学相容性评估

目前，超过2/3的生物植入体材料都为金属，在这些生物医用金属材料中，钛合金表现出最好的生物相容性，其中，应用最广泛的生物医用钛合金为Ti-6Al-4V。但是研究表明钒元素是有毒性的，并且毒性超过了铌和铬。另外Ti-6Al-4V合金弹性模量与人骨质弹性模量不匹配会造成应力屏蔽和萎缩症。因此，无钒、低成本、低模量、高生物相容性、高强度、强抗腐蚀能力是现在生物医用钛合金的发展趋势。

埃及学者Yasser Abd-elrhman等人对一种作为候选低成本生物医用材料的新型β钛合金Ti-4.7Mo-4.5Fe(TMF55)的相容性进行了评估，研究了该合金的制备成本、微观结构、强度、硬度、抗腐蚀能力及细胞毒性，并与Ti-6Al-4V合金的性能进行了比较。

先用高纯合金元素熔炼制得TMF55钛合金，然后放入真空炉，1 273 K保温8 h，以消除成分不均匀性。再在1 073～1 123 K下热轧成2 mm厚的板材，切割制成试样，在1 173 K下进行1 h固溶处理后，用冰水淬火。最后分别在673、773、833 K下进行3 h时效处理并空冷。对试样进行XRD检测，在光学显微镜下观察组织，测量显微硬度，利用万能材料试验机绘制室温下的应力-应变曲线，用自由共振设备检测杨氏模量，并在透射电镜下观察试样的相组成。

研究结果表明：固溶处理后的TMF55钛合金中，β相含量占绝对优势，另外还有少量的斜方α″马氏体相。之后随着时效温度的不同，相组成发生变化，通过XRD和TEM检测发现，673 K时效时出现了α相和ω相，超过673 K时效时β相和α″相转变成α+β相或α相。光学显微镜观察到所有试样都有大量的等轴β相，低温时效时从晶界处析出细小的α相，高温下时效析出的α相呈稀疏分布的较粗大片状。……