粉末冶金制备的Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料的组织与性能研究.pdf

第 28卷 第 5期 20l1 10月 i OVc0t1o．b2e8rN20f)1．51 粉末冶金制备的Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料的 组织与性能研究 王晓鹏 ，徐丽娟 ，陈玉勇 ，肖树龙 ，孔凡涛 ，禹基道 (1．哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，金属精密热alot国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001) (2．全北 国立大学先进材料工程研究部，韩国 全州 561756) 摘 要：采用高能机械球磨和脉冲电流活化烧结方法制备了一种新型的不含Al、V等有毒元素的口钛合金基体 的 Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料。研究了不同机械球磨时问球磨的Ti35Nb2．5SnSHA粉末以及用这几种粉末烧结制备 的样品微观组织和显微硬度变化 ，球磨时间对烧结复合材料的微观组织和性能的影响。结果表明：随着球磨时间的增 加 ，Ti35Nb2．5Sn5HA粉末的颗粒尺寸逐渐减小，Nh和 sn开始与 发生固溶，形成 的过饱和固溶体 ，而且 一Ti 也开始向卢一Ti转化。当球磨时间达到 12h，球磨粉末中O／一Ti完全转化为 I8一Ti，粉末颗粒的平均尺寸为500nm左 右。12h球磨的粉末烧结制备的复合材料具有超细晶粒尺寸 ，晶粒平均尺寸为200nm，这种复合材料的维氏显微硬 度可以达到 10187．3MPa。 关键词：Ti35Nb2．5Sn5HA复合材料；高能球磨 ；电流活化烧结；微观结构 1 J ‘- -- 过一定的手段使其优势互补，既保证了材料的强度， l 刖 舌 同时又使材料具有 良好的生物活性，复合材料即是 在生物医用金属材料 中，钛及钛合金 以良好的 这样 的材料 。Ti／HA复合材料的研究是 目前生物材 生物相容性、耐腐蚀性能以及合适的机械性能而成 料研究领域较为热 门的课题。涂层技术是一种 比较 为医用植入件的首选金属材料 ¨。然而传统的医用 成熟的方法，其中在钛合金表面等离子喷涂羟基磷灰 钛合金由于含有有毒元素及弹性模量较高，限制 了 石已经被临床采用，但是HA涂层与基体界面结合强 钛合金的临床应用 J。因此开发生物相容性好 、弹 度低，植入后易脱落，限制了涂层技术的应用 ”。。 性模量低 的新型医用钛合金，成为生物医用金属材 脉冲电流活化烧结(PCAS)是近年来发展的一种 料的主要研究内容之一。其 中不含有毒金属元素的 新型快速烧结技术，其基本原理与放 电等离子烧结 型钛合金 以其低弹性模量的优点而成为 目前医用 (SPS)相同 ，它集脉冲电流活化 、热压、电阻加 钛合金研发的重要方向 。通过添加N1]、Ta、zr、 热为一体，因而具有升温快、烧结时间短、晶粒均 Mo、Sn等金属元素，已经开发了如 Ti—Nb、Ti— 匀、获得的材料致密度高等特点。该方法是利用放 M(J、Ti—zr等系列的 3／型钛合金 …，其 中日本科 电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场 ，来实现烧 研人员发现 Ti—Nb—Sn合金具有 良好的力学性能， 结过程，在纳米材料、高熔点材料和复合材料等制 同时通过一定的成分优化工艺可 以使其弹性模量降 备 中有很大的优越性 ，现 已在金属 、陶瓷、复合材 低到40GPa，被认为是最有应用前景的生物钛合金 料以及功能材料的制备中得到了广泛的应用。 之一 ”J。但是金属材料都属于生物惰性材料，只是 采用粉末冶金方法能够获得强度高、生物活性 通过一种机械嵌连与骨组织结合，植人体 内易发生 好的Ti／HA复合材料。但 目前大部分研究都集 中在 脱落 。而生物陶瓷，如羟基磷灰石 (HA)具有很好的 纯钛与