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钛合金由于具有良好的生物相容性、优异的耐腐蚀性能和力学性能,作为生物移植材料有着广阔的应用前景,而与同成分的晶态合金相比,非晶态合金具有较低的弹性模量,较高的强度和优异的耐磨耐蚀性能,因而作为生物医用移植材料,有着潜在的应用前景。然而,目前开发的钛基非晶合金还存在两个问题,限制了该非晶合金的实际应用。其一,非晶形成能力较好的钛基非晶合金中通常含有对人体有毒的元素,而不含有毒元素的钛合金,其非晶形成能力较差,难于制备出尺寸较大的块体非晶合金,其二,钛基非晶合金在室温下几乎没有塑性。因此,开发出不含对人体有害元素且具有一定非晶形成能力钛基非晶合金,并制备成大块,同时改善非晶合金的室温塑性,是促进钛基非晶合金作为生物移植材料在实际应用中的关键。为此,本文首先通过非晶合金形成的热力学和动力学理论分析,设计出了两种不含有毒元素的Ti-Zr-Ta-Si-Sn和Ti-Zr-Ta-Si-Nb非晶合金体系,并分别采用单辊甩带法和水冷铜模吸铸法制备了Ti-Zr-Ta-Si-Sn非晶合金薄带和高强Ti-Zr-Ta-Si-Nb合金,研究了Sn元素和Nb元素对合金非晶形成能力及其耐蚀性能和力学性能的影响,在此基础上,采用粉末冶金和高压烧结的方法制备出了块体钛基非晶基及其复合材料,探讨了制备工艺对Ti基非晶及其复合材料显微组织、热力学行为、力学行为的影响及其机理。论文创新性结论如下:1.开发了一种不含有毒元素的Ti-Zr-Ta-Si-Sn非晶合金,并采用甩带法制备出了该非晶合金薄带,研究了Sn元素对(Ti60Zr10Ta15Si15)100-x Snx(x=0,4,8 at.%)非晶合金的非晶形成能力、热力学行为和腐蚀行为的影响。研究表明,采用甩带法,可成功制备出(Ti60Zr10Ta15Si15)100-x Snx(x=0,4,8 at.%)非晶合金薄带,随着Sn的增加,合金的非晶形成能力略有下降;在该合金体系中加入Sn可促进非晶合金表面致密的钝化膜的形成,从而提高了合金的耐腐蚀性能;Sn的加入对该非晶合金的显微硬度和弹性模量也会产生重要影响,分析结果表明,Sn的加入可改变该非晶合金体系的自由体积,从而影响非晶合金的力学性能。2.采用Nb部分替代Ti-Zr-Ta-Si非晶合金中的Ta元素,开发出Ti-Zr-Ta-Si-Nb系非晶合金体系,并采用水冷铜模吸铸法制备出了Ti60Zr10Si15Ta15-x Nbx(x=0,3,7,11 at.%)合金。研究结果表明,虽然从理论分析上可知用Nb部分替代该非晶体系中的Ta有助于提高非晶合金的非晶形成能力并降低合金成本,但采用水冷铜模吸铸法难于制备Ti60Zr10Si15Ta15-x Nbx(x=0,3,7,11 at.%)块体非晶合金,对铸态的合金显微组织和力学性能分析测试结果表明,该合金由β-Ti及细小晶化相Ti2Zr、Ti Si、Si3Ti2Zr等相组成,其中Ti60Zr10Si15Ta8Nb7的断裂强度高达2150 MPa;该合金在磷酸缓冲盐溶液中表现出优良的耐蚀性能,且随着Nb含量的增加,其耐腐蚀性能增加,但其耐蚀性能低于非晶态的Ti60Zr10Ta15Si15。3.用机械球磨法制备了非晶态的Ti60Zr10Ta15Si15粉末,并采用高压烧结法制备出了块体Ti60Zr10Ta15Si15非晶合金。研究发现,球磨工艺参数对Ti合金粉末非晶化效率有重大影响,当球料比为20∶1,大小球的质量比为1∶2时,转速为350 rpm时,且分散剂占粉末质量的0.2%时,球磨60 h,钛合金粉末的非晶化效率最高;温度、压力对烧结材料的显微组织和力学性能都有重要的影响,在过冷液相区内(780 K)高压烧结Ti60Zr10Ta15Si15合金,非晶未发生晶化。而在高于晶化温度(820 K)下烧结,非晶态合金发生了明显的晶化。更高的烧结压力(5 GPa)未导致粉末发生明显的晶化,且使得材料的孔洞分布更均匀,组织更致密,弹性模量和断裂强度分别得到提高。耐磨性能更好,维氏硬度更大。4.通过在钛非晶粉末中添加纯钛粉,并采用高压烧结的的方法制备出了钛非晶基复合材料。结果表明,纯钛的体积分数和烧结保压时间对非晶复合材料的显微组织和室温压缩性能具有重要的影响。在烧结过程中,混合物中没有出现新的物相,烧结过程主要是非晶相和纯钛相的物理扩散控制,复合材料具有一定的塑性;保压时间对非晶复合材料的显微结构、显微组织和室温压缩性能也具有重要的影响。对烧结材料的物相鉴定显示,当保压时间从10 min增加到120 min,没有新的相产生,且颗粒结合更紧密,导致复合材料力学性能更好。