【摘 要】
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Ti-Cu合金具有良好的比强度与比刚度,以及抗菌性能与生物相容性,在航空发动机、人体骨骼与义齿等方面被广泛的应用。研究发现Ti-Cu合金的微观组织对合金的性能具有重要的影响,为了进一步满足苛刻环境对Ti-Cu合金的性能要求,研究Ti-Cu合金微观组织转变机制具有重要的意义。基于此,本论文研究了Ti-（4,7,10wt.%）Cu合金的铸态与热处理态的组织演变规律、室温力学性能、断裂机制与模拟人体体液
【基金项目】
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国家自然科学基金（51601054）；
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Ti-Cu合金具有良好的比强度与比刚度,以及抗菌性能与生物相容性,在航空发动机、人体骨骼与义齿等方面被广泛的应用。研究发现Ti-Cu合金的微观组织对合金的性能具有重要的影响,为了进一步满足苛刻环境对Ti-Cu合金的性能要求,研究Ti-Cu合金微观组织转变机制具有重要的意义。基于此,本论文研究了Ti-（4,7,10wt.%）Cu合金的铸态与热处理态的组织演变规律、室温力学性能、断裂机制与模拟人体体液环境下的耐腐蚀性能及腐蚀机理。结果表明:铸态Ti-Cu合金的微观组织由α-Ti相与Ti2Cu相组成。随着合金中Cu含量的增加,微观组织依次为魏氏组织,魏氏组织与共析组织混合组织,共析组织。不同的析出机制导致Ti2Cu相呈现不同的形貌,分别为棒状与球状,棒状、球状与板条状,块状与板条状。Ti2Cu相与α-Ti相存在位向关系:Ti-4Cu中为（103）Ti2Cu//（01?11）α-Ti,[3?01]Ti2Cu//[21?1?0]α-Ti,Ti-10Cu中为（103）Ti2Cu//（0002）α-Ti,[3?31]Ti2Cu//[12?10]α-Ti。固溶处理中β-Ti相转变为快冷组织与α相,快冷组织由共析组织、针状α’相,及β相组成。α’相与β相符合伯格斯关系。快冷组织的体积分数受固溶处理温度的影响,β相区固溶（880℃/0.5h WQ）,基体为快冷组织,α+β相区固溶（810℃/0.5h WQ）,基体为α相,并且随着Cu含量的升高,快冷组织的体积分数逐渐增加。时效处理促进α’相与β相等亚稳相的转变。400℃/24h AC组织中析出了大量块状Ti2Cu相,但是α’相转变不完全。400℃/24h AC+475℃/8h AC两步时效处理后α’相消失,并且在快冷组织中析出大量弥散分布的球状Ti2Cu相。铸态Ti-Cu合金的抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）、维氏硬度与杨氏模量随着Cu含量的增加而提高,伸长率（EL）显著降低,断裂机制由韧性断裂转变为准解理断裂。固溶处理Ti-Cu合金的强度提高,塑性急剧降低,β相区固溶处理合金几乎没有塑性,断裂时未屈服,为解理断裂。α+β相区固溶处理试样保留一定的塑性,断裂机制为韧性断裂与准解理断裂机制。时效处理进一步提高合金的强度,塑性降低。一步时效与两步时效提高了合金的YS。综合分析Ti-7Cu 810℃/0.5h WQ+400℃/24h AC+475℃/8h AC试样具有最高的强度,UTS为1090.7 MPa,YS为999.7 MPa,EL为1.7%。Ti-Cu合金在模拟人体体液环境下的耐腐蚀性能与微观组织中的Ti2Cu相存在重要关系。Ti2Cu相表面电势高于α相,Ti2Cu相与α相形成了微电偶腐蚀,导致α相的溶解,并且随着合金中Cu含量的升高,合金的自腐蚀电位逐渐提高。铸态组织中粗大的Ti2Cu相导致合金的耐腐蚀性能显著降低。固溶处理使合金中的Ti2Cu相溶解,并且时效处理后弥散析出,进而提高了合金的耐腐蚀性能。Ti-4Cu中的铸态试样,Ti-7Cu中810℃/0.5h WQ+400℃/24h AC热处理试样与Ti-10Cu中880℃/0.5h WQ+400℃/24h AC+475℃/8h AC热处理试样具有最优的耐腐蚀性能。
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