生物医学纯钛ECAP的力学性能及表面活性研究

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纯钛作为医用植入材料,强度较低,疲劳强度不高,抑制了它作为医用植入领域的应用。通过一种剧烈塑性变形方法来提高纯钛的综合力学性能,对于纯钛在医学领域的应用具有重要的意义。本文采用自行设计的模具和加热保温装置成功对TA1进行了二道次等通道径角挤压试验。研究挤压变形后的微观组织对力学性能、抗疲劳性能和表面活性的影响。分别对粗晶纯,一、二道次等通道径角挤压纯钛试样进行微观组织观察、硬度测试、拉伸试验、疲劳试验和模拟体液表面活性试验。其中金相微观组织观察在光学显微镜下进行,硬度在硬度测试仪上测得;拉抻试样和疲劳试样分别沿挤压方向截取,其中拉伸试验在微电子控制万能实验机上进行,疲劳试验采用正弦波对称循环应力(即应力比R=1)在低频液压伺服动静万能试验机上进行,频率为25Hz;模拟体液表面活性试验分别采用林格模拟人体溶液和0.9%的生理盐水作为介质溶液。结果表明:工业纯钛经过二道次等通道径角挤压变形后,晶粒组织明显细化,由开始的等轴晶,发展成细晶组织,且随着道次的增加,板条间距愈细小;二道次等通道径角挤压变形后TA1的抗拉强度达到1240MPa,较粗晶纯钛提高了约28.4%;同时,硬度达到了Hv319,塑性依然能够保持在较高的水平,伸长率为16.7%,较粗晶组织略为降低;疲劳强度由原始粗晶的220MPa提高为280MPa,提高了约27.3%;表面活性也得到一定程度的提高。由此得出结论:经过二道次等通道径角挤压变形后,纯钛的硬度、抗拉强度、疲劳强度以及表面活性显著改善。等通道径角挤压方法是提高纯钛综合性能的有效方法。
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