大塑性變形和離子滲氮對鈦鋯基合金性能影響的研究

鈦、鋯合金具有良好的生物相容性、抗蝕性、低密度以及低彈性模量，因而成為制備整形外科用器材的理想材料。目前，鈦鋯基合金用于外科植入材料的主要瓶頸是力學性能和摩擦學性能較差。

白俄羅斯國家科學院物理技術研究所的工程技術人員研究了等通道轉角擠壓和離子滲氮技術對鈦鋯基合金組織和性能的影響，以期得到具有優異綜合性能的鈦鋯基可植入材料。實驗以BT1-00鈦合金、精煉的鋯和鋯－鈮合金為研究對象，所有試樣經表面磨光后光潔度均達到0.4 μm。等通道轉角擠壓在670～700 K進行，累計剪切變形e=2.1。離子滲氮試驗參數:離子電流密度為2.0 mA/cm2，時間為90 min，溫度為820 K，氮離子3 keV，其中約70%氮為分子狀態，約30%的氮為原子狀態。采用X射線分析、電子顯微鏡、硬度及表面顯微硬度測試、磨損試驗等對該合金材料在等通道轉角擠壓及離子滲氮過程中的組織和性能的變化進行了表征。實驗結果發現，塑性變形能導致鈦、鋯合金組織和性能發生顯著變化。對于鈦合金，位錯分布由隨機變成互相關聯，同時出現位錯壁以及納米級(100～300 nm)的晶粒。而在Zr-Nb合金中則發生了從β-Zr到α-Zr的相轉變，合金的硬度得到了顯著提高。但值得注意的是經過等通道轉角擠壓過程合金的耐磨性能并未得到明顯提高。此外，離子滲氮使Zr-Nb合金表面生成了由富氮的固溶體及其它新相組成的具有耐磨、耐腐蝕性的的硬質層，還可以使其α/β相轉變溫度降低約50℃。總之，從實驗結果可以推斷，大塑性變形和離子滲氮復合處理可以使鈦鋯合金的綜合性能改善，對其應用于制備承受大載荷的生物醫用材料具有重要意義。