レアアース微量添加による低弾性チタン系バイオマテリアルの疲労強度改善

添加少量稀土提高低弹性钛基生物材料的疲劳强度

基本信息

批准号：
20860013
负责人：
堤晴美
金额：
$ 2.1万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20860013/
关键词：
チタン合金力学的特性レアアース疲労強度

项目摘要

本研究は, 臨床応用が期待されている生体用β型Ti合金Ti-29mass%Nb-13mass%Ta-4.6mass%Zr(TNTZ)の低弾性率を維持しつつ疲労強度を改善する新しい材料設計および加工熱処理プロセスを確立することを目的としており, 本年度はレアアース微量添加がTNTZ合金のミクロ組織および力学的特性に及ぼす影響について検討を行った.レビテーション溶解および熱間鍛造にてTNTZ, TNTZ-0.1, 0.2, 0.5mass%BおよびTNTZ-0.2, 0 5, 1.0mass%Yを作製し, 真空中にて溶体化処理(1063K, 3.6Ks)後, 冷間圧延を施した. ミクロ組織観察を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡により, 相同定をX線回折装置を用いて行った. さらに, 自由共振法により弾性率を測定し, 力学的特性をビッカース硬さ試験および引張試験により評価した.X線回折像からいずれの合金もβ相で構成されており, BおよびY添加により弾性率は若干増加したものの, いずれも70GPa以下と低弾性率を維持していた. ミクロ組織観察結果より, Y添加濃度に依存してミクロ組織は微細化したが, B添加による. ミクロ組織の変化は観察されなかった, さらにBおよびY添加により引張強度は有意に上昇することが明らかになった.以上からレアアース微量添加により, TNTZの低弾性率を維持したまま力学的強度を改善することが可能であることが明らかになった. 引張強度と疲労強度は密接な関係にあり, レアアース微量添加によるTNTZ疲労強度の改善の可能性が示唆された.

本研究旨在开发一种新的材料设计，提高疲劳强度，同时保持 Ti-29mass%Nb-13mass%Ta-4.6mass%Zr (TNTZ) 的低弹性模量，这是一种生物 β 型 Ti 合金，有望具有临床应用，旨在建立加工热处理工艺，今年，我们通过悬浮熔炼和热锻造研究了微量稀土添加对TNTZ合金显微组织和机械性能的影响。TNTZ、TNTZ-0.1、0.2、0.5mass%B和TNTZ-0.2。 ,制备1.0mass%Y并在真空中固溶处理(1063K,3.6Ks)后,使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察冷轧材料的显微组织，并使用X射线衍射装置鉴定相，并且使用自由共振法和机械强度来测量弹性模量。采用维氏法测定了它们的性能，并通过硬度测试和拉伸测试进行了评估。X射线衍射图像显示所有合金均由β相组成，尽管由于B和Y的添加，弹性模量略有增加，它们均保持低于70GPa的低弹性模量。显微组织观察结果表明，显微组织随着Y的添加浓度而变得更细小，但未观察到由于B的添加而导致显微组织的变化。可以看出，随着B和Y的添加，拉伸强度显着增加。由上可知，通过添加少量的稀土，可以在保持TNTZ的低弹性模量的同时提高机械强度。拉伸强度和疲劳强度密切相关，提出了通过添加少量稀土来提高TNTZ疲劳强度的可能性。