许艳飞，文 璟，肖逸锋，王 章，阳文豪，易丹青，刘会群，吴 靓，钱锦文



双级时效对Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe医用钛合金显微组织与力学性能的影响

许艳飞1, 2，文 璟1, 2，肖逸锋1, 2，王 章1, 2，阳文豪1, 2，易丹青3，刘会群3，吴 靓1, 2，钱锦文1, 2

(1. 湘潭大学机械工程学院，湘潭 411105；2. 湘潭大学焊接机器人及应用技术湖南省重点实验室，湘潭 411105；3. 中南大学材料科学与工程学院，长沙410083)

利用XRD、TEM、显微硬度、拉伸试验等分析方法研究双级时效热处理对Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe医用钛合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明：双级时效硬度曲线在单级时效的上方并且出现明显的双峰特征。双级时效后，合金的晶内形成由片层组成的“阶梯状”组织，对硬度产生较大的贡献。单级时效(550℃)与双级时效((400 ℃，1 h)+550 ℃)的相析出序列分别为→+″→+和→+→+″→+。合金性能最优的时效工艺为(400 ℃，1 h)+(550 ℃，2 h)。在此条件下合金弹性模量、抗拉强度、伸长率分别为65 GPa、845 MPa、14.3%，具有良好的综合性能。

TNTZF合金；双级时效；显微组织；力学性能

钛与钛合金具有较高的比强度、较低的弹性模量以及良好的耐蚀性和生物相容性，已被广泛应用于人体植入材料[1−2]。但是目前临床上广泛使用的Ti-6Al-4V等医用钛合金尚存在一些缺点，如含有潜在毒性元素V和Al，以及弹性模量偏高，容易导致应力屏蔽，其生物和力学相容性有待进一步提高。由此，学者们通过成分设计，采用Nb、Ta、Zr和 Sn等无毒元素替代Al和V，开发了一系列新型的医用型钛合金。典型的有Ti-13Nb-13Zr[3]、Ti-35Nb-5Ta-7Zr[4]、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr[5]、Ti-15Zr-4Nb-4Ta[6]和Ti-Zr-Sn- Mo-Nb(TLM)[7]等合金。这些新开发的第三代型医用钛合金的生物相容性大有改善，弹性模量也相对降低30%~50%[8]，但是其弹性模量相对与人骨(10~30 GPa)仍然偏高[9]。……