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TiNi形状记忆合金具有生物医用材料所要求的良好的力学性能、优良的抗腐蚀性和生物相容性等。多孔TiNi合金具有重量轻、比强度高的特点。多孔结构有利于人体体液营养成分的传输,有利于骨的矿化组织和纤维组织长入,而使其与周围组织结合更牢固。多孔TiNi合金是一种理想的人体组织修复和替代材料,引起国内外科学家的关注。
本实验采用Ti粉和Ni粉为主要原料,采用TiH2和NH4HCO3作为造孔剂,通过粉末冶金方法制备多孔TiNi合金,研究了成分和烧结工艺对多孔TiNi合金性能的影响。研究结果表明:在Ti及TiNi合金中加入TiH2作为造孔剂,试样的气孔率随着TiH2添加量的增加而增大。纯Ti试样的开口气孔率最高可达25.9%;Ti-50at%Ni试样的开口气孔率最高可达45.85%。
在添加40at%TiH2做为造孔剂的基础上在Ti-50at%Ni试样中添加NH4HCO3做为第二种造孔剂,添加3.6wt%NH4HCO3的试样开口气孔率高达43.27%,添加7.3wt%NH4HCO3的试样开口气孔率高达47.23%。试样中的气孔是由100~500μm的大孔、1~50μm小孔和1μm以下的微孔组成,这种孔隙分布适合植入体的生物医学要求。
对多孔TiNi合金的热膨胀曲线研究表明,Ti过量5wt%和10wt%的试样在500℃开始收缩,随着温度的升高,收缩量增大,温度达到995℃后,试样开始膨胀。XRD物相分析结果和EDS能谱分析结果表明,纯Ti试样只具有Ti单相;Ti-Ni合金试样中主要有TiNi、Ti2Ni、TiNi3三相。
对Ti-50at%Ni试样压缩时的应力应变曲线分析结果表明,Ti-50at%Ni试样的最大载荷可达150Mpa,最大应变可达12%,残余应变为9%。
对多孔TiNi合金的生物相容性研究表明,实验组(多孔TiNi)和阴性(纯Ti)对照组,细胞生长良好,核分裂相多见。