等徑角擠壓和離子滲氮處理醫用鈦、鋯基合金

目前，鈦、鋯基合金用于外科植入材料的主要瓶頸是力學性能和摩擦性能較差。為得到具有優異綜合性能的鈦、鋯基可植入材料，研究了等徑角擠壓和離子滲氮處理對鈦及鋯合金組織和性能的影響。實驗以BT1-00鈦合金、精煉的鋯和鋯-鈮合金為研究對象，所有試樣經表面磨光后的光潔度均達到0.4 μm。等徑角擠壓在670～700 K進行，累計剪切變形e=2.1。離子滲氮試驗參數:離子電流密度為2.0 mA/cm2，時間為90 min，溫度為820 K，其中約70%的氮為分子狀態，約30%的氮為原子狀態。采用X射線分析、電子顯微鏡分析、硬度及表面顯微硬度測試、磨損試驗等方法對合金材料在等徑角擠壓及離子滲氮處理前后的組織和性能變化進行了表征。實驗結果表明，塑性變形會導致鈦合金、鋯合金的組織和性能發生顯著變化。對于鈦合金，位錯分布由隨機分布變成互相關聯，同時出現位錯墻以及納米級(100～300 nm)晶粒。而在Zr-Nb合金中則發生了從β-Zr到α-Zr的相轉變，合金的硬度得到了顯著提高。但值得注意的是，經過等徑角擠壓，合金的耐磨性能并未得到明顯提高。此外，離子滲氮除了使Zr-Nb合金表面生成具有耐磨、耐腐蝕性的硬質層，還可以使其α/β相轉變溫度降低約50℃。總之，從實驗結果可以推斷，大塑性變形和離子滲氮復合處理可以改善鈦合金、鋯合金的綜合性能，對其制備承受大載荷的生物醫用材料具有重要意義。