チタンージルコニウム系生体用超弾性合金の開発

生物用钛锆超弹性合金的研制

基本信息

批准号：
18760521
负责人：
金へよん
金额：
$ 2.24万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760521/
关键词：
生体材料形状記憶合金超弾性合金チタン合金

项目摘要

前年度の研究で、Zrはβ相安定化元素として働き、Nbの変わりに添加すると変態温度を一定に保ちながら変態歪みが大きくなることが分かった。今年度では、溶体化処理材で最も超弾性回復歪みが大きかったZrが12-24at%程度のTi-Zr-Nb系合金の加工熱処理が内部組織および超弾性特性に及ぼす影響を調べた。Ti-Nb二元合金の場合、573-673Kの温度範囲で3.6-36ksの時間で時効を施すと、大きさが数ナノ程度のω相の析出によりすべり臨界応力が上昇し、超弾性特性が改善できた。Zr濃度が増加するとω相が析出する温度が低温側に移動し、Zr濃度が18-24at%の組成では373Kの時効でもω相が大きく成長した。様々の組成の合金について、ω相が超弾性特性に及ぼす影響を調べた結果、ω相のサイズが超弾性特性はω相の大きさが10nm以下では改善できたが、それ以上、成長すると脆化してしまい、超弾性特性は劣化することが明らかになった。次に、冷間加工後に焼鈍温度と時間を変化させ、集合組織と内部組織を調べた。圧延材の集合組織はNbとZr濃度によって異なった。例えば、Zr濃度が18at%の場合、Nb濃度が10-17at%の組成では非常に弱い集合組織が形成され、また結晶粒は非常に微細であり、機械的特性の異方性は少なかった。Nb濃度が18at%以上では強い加工集合組織が観察され、機械特性に異方性が確認できた。Nb濃度を一定にしてZr濃度を変化させた場合も類似な傾向が確認できた。773K以上で回復・再結晶が起こり、焼鈍温度が上昇すると結晶粒が大きくなった。超弾性特性は773-873K焼鈍材で最も優れることが分かった。以上の結果からTi-Zr-Nb合金の超弾性特性は内部組織に大きく依存し、集合組織、析出物、結晶粒径の制御により改善できることが明らかになった。

在前一年的研究中，我们发现Zr作为β相稳定元素，当添加代替Nb时，相变应变增加，同时保持相变温度恒定。今年，我们研究了热处理对含有约 12-24 at% Zr 的 Ti-Zr-Nb 合金的内部结构和超弹性性能的影响，该合金在固溶处理材料中具有最大的超弹性恢复应变。对于Ti-Nb二元合金，当在573-673K温度范围内时效3.6-36ks时，由于数纳米尺寸的ω相析出，临界滑移应力增大，我能够改进它的超弹性特性。随着Zr浓度的增加，ω相析出的温度向低温侧移动，在Zr浓度为18～24at%的组成中，即使在373K时效后，ω相也显着生长。通过研究ω相对不同成分合金超弹性性能的影响，我们发现当ω相尺寸小于10 nm时，超弹性性能可以得到改善，但当ω相长大大于10 nm时，超弹性性能可以得到改善。，它变脆了，超弹性性能明显恶化。接下来，通过改变冷加工后的退火温度和时间来研究织构和内部组织。轧制材料的组织根据 Nb 和 Zr 浓度而不同。例如，当Zr浓度为18at％、Nb浓度为10-17at％时，形成非常弱的织构，晶粒非常细小，力学性能的各向异性很小。当Nb浓度为18at％以上时，观察到强烈的加工织构，并且确认了机械性能的各向异性。当 Zr 浓度变化同时保持 Nb 浓度恒定时，也证实了类似的趋势。 773K以上发生回复和再结晶，且随着退火温度升高，晶粒变大。发现 773-873K 退火材料的超弹性性能最好。上述结果表明，Ti-Zr-Nb合金的超弹性性能在很大程度上取决于内部结构，可以通过控制织构、析出物和晶粒尺寸来改善。