【摘 要】
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钛（Ti）及钛合金具有优异的力学性能、良好的生物相容性以及优异的耐腐蚀能力,因此被广泛应用于生物医用材料。以钛铌（Ti-Nb）和钛钽（Ti-Ta）基合金为主的第三代β型医用钛合金,与前两代医用钛合金相比,综合性能得到了显著提升。粉末冶金法具有原料利用率高与近净成型等优势,特别适用于形状复杂的医用钛及其合金产品的制备。而使用粉末冶金法制备Ti-Nb基和Ti-Ta基合金时,由于Nb和Ta等难熔金属的熔
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钛（Ti）及钛合金具有优异的力学性能、良好的生物相容性以及优异的耐腐蚀能力,因此被广泛应用于生物医用材料。以钛铌（Ti-Nb）和钛钽（Ti-Ta）基合金为主的第三代β型医用钛合金,与前两代医用钛合金相比,综合性能得到了显著提升。粉末冶金法具有原料利用率高与近净成型等优势,特别适用于形状复杂的医用钛及其合金产品的制备。而使用粉末冶金法制备Ti-Nb基和Ti-Ta基合金时,由于Nb和Ta等难熔金属的熔点较高、扩散速率较慢,往往需要较高的烧结温度与较长的烧结时间,这不仅会影响材料的力学性能,也极大提高了生产的成本与周期。针对上述问题,本文以Ti-Nb基合金为例展开研究。铁（Fe）是一种无毒且廉价的β相稳定元素,常被用于钛合金的活化烧结,通过在Ti-22Nb合金中添加Fe元素,使合金在烧结过程中产生Ti/Fe共晶液相,从而促进Nb的快速扩散。本文通过“铺粉”试验,验证了Ti-Nb-Fe合金在烧结过程中产生的共晶液相对Nb颗粒扩散的促进作用。使用高温接触角试验,研究了共晶液相与Ti、Nb基体在连续温度下的润湿行为。结果显示,在试验温度范围内,Ti/Fe共晶液相对Nb具有比对Ti更好的润湿效果。根据Ti/Fe共晶液相与Nb之间伪二元相图,并结合高温接触角试验结果,指导了Ti-Nb-Fe合金的烧结制度。通过金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对样品进行表征,重点研究了Ti-22Nb-5Fe的烧结参数以及不同Fe粉含量与不同Fe粉尺寸对Ti-22Nb基合金显微组织的影响。根据表征结果发现,在Ti-22Nb-x Fe合金中,Fe含量与尺寸的差异会对合金均匀化与致密化产生影响。当Fe含量高于3 wt.%时,Ti-22Nb-x Fe合金在1200°C下保温30 min,然后在1250°C烧结2 h能够完成成分均匀化。但较高的Fe含量会导致合金孔隙率过高,此外较大尺寸的Fe粉不利于Ti-Nb-Fe合金的成分均匀化与致密化。利用拉伸试验对Ti-Nb-Fe合金力学性能进行了分析,结合拉伸数据与断口表征分析,发现Fe的添加会造成样品的脆断。通过蛋白吸附、细胞黏附、细胞增殖试验,对Ti-Nb-Fe合金生物形容性进行了研究,发现Fe的增加对Ti-Nb合金的生物相容性并无影响。
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