李 强, 马 东, 周 凯, 潘 登

(上海理工大学 机械工程学院, 上海 200093)

在生物医用材料中,金属生物材料占到了70%～80%.对于人体的一些重要的且难以修复的硬组织,金属生物材料可以进行有效地治疗,提高患者的生活质量.医用钛合金强度高、韧性好、弹性模量低、耐蚀性好以及良好的生物相容性等优点,近年来得到广泛的应用[1].然而,纯钛(c.p.Ti)的硬度较低和耐磨性较差;TC4(Ti-6Al-4V)中V元素具有毒性,Al元素也有引起老年痴呆症的可能;且TC4的弹性模量约为110 GPa,远高于人骨的弹性模量(10～35 GPa),会出现“应力屏蔽”现象,导致植入体出现骨萎缩和植入体松动或者断裂[2].β型钛合金具有更低的弹性模量(50～60 GPa),因此开发以Mo,Zr,Ta,Nb等无毒元素组成的低模量β型钛合金,成为近年来研究的热点.

然而,β型钛合金普遍强度较低.固溶强化和弥散强化是钛合金主要强化手段.O,N,H等间隙元素的固溶强化为有效的强化方式之一.这些元素仅少量添加,即对钛合金的相变和力学性能产生重要的影响.O和N是钛的α相稳定元素,扩大了α相区,提高了β相转变温度,它们对钛合金有着良好的固溶强化作用,并且可以提高硬度和耐磨性.H可以有效地降低β相转变温度,但在钛合金从高温冷却时,容易出现氢脆,降低了钛合金的韧性,故在β钛合金中使用较少[3].O以TiO2的形式在熔炼过程中加入,是目前研究最为广泛的间隙元素.本文围绕O对组织、相变、力学性能和超弹性的作用展开论述,阐述了O的作用,并对今后的发展提出展望.

1 O对β型钛……

登录APP查看全文