超細晶高強度純鈦的開發

超細晶高強度純鈦的開發

日本豐橋技術科學大學的研究人員研究了通過控制母相的組織而不添加其他元素，即利用動態及靜態再結晶機理，在以往的加工熱處理方法的基礎上，施加大應變，且為多向鍛造(MDF)的晶粒細化方法。該方法適用于制備超細晶高強度純鈦(以下稱為MDF純鈦)。

采用MDF方法及傳統的熱處理工藝制備了兩種純鈦，平均晶粒尺寸約100 nm。鈦為密排六方結構，室溫下活動的滑移系少，因而在室溫下難以進行大應變加工，但是控制MDF中鍛造沖程間的應變，可抑制織構的生長，由此實現鈦在室溫下的大應變加工。所得純鈦的拉伸試驗結果表明，其屈服強度及最大拉伸強度分別為859 MPa和1 084 MPa,伸長率達14.2%，楊氏彈性模型為62 GPa。可見這種MDF超細晶純鈦具有優良的性能。

鈦及鈦合金可以用作牙科植入材料，但純鈦強度不足，而高強度的Ti-6Al-4V又含有毒性成分V，而且鈦的楊氏模量約為110 GPa,與骨相比太高。添加貴金屬元素可以降低楊氏模量，但會對生物相容性、價格等帶來影響。而高性能的MDF純鈦一舉解決了以上問題，可作為性能可靠且價廉的材料提供給患者。MDF純鈦還具有優良的切削性能(切削速度約為Ti-6Al-4V合金的2倍)，且具有與傳統方法加工的純鈦相同的耐蝕性能。MDF純鈦也具有優良的加工性能，10 cm×10 cm×10 cm的塊體材料可加工成0.3 mm厚的薄軋板。MDF純鈦還易于加工成多種形狀的材料，已試制出螺栓、齒冠等。

MDF純鈦不僅可用于生物材料，也可用于汽車、飛機等運輸機械及產業機械，還可用作體育用品的部件材料等。還可利用其非磁性及超微細晶組織進行超微細加工用于微型機械，起到抑制其伴隨部件微觀強度下降及表面粗糙度增加的效果。

目前，日本豐橋技術科學大學正與其他5所大學聯合進行MDF純鈦項目的研究，大型的樣品正在川本重工制造，而且計劃成立“MDF純鈦聯合體”，以加速其實用化研究進程。

吳全興譯自《チタン》