Page 42 - 理化检验-物理分册2023年第七期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202307007

Ti3Zr2Sn3Mo25Nb 钛合金表面细晶的表征方法

朱 昊 , 陈 帅 , 漆玉婷 , 曹小建 1

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( 1. 南通大学 交通与土木工程学院, 南通 226019 ; 2. 南通大学 机械工程学院, 南通 226019 )
摘 要: 采用超声冲击的方法对 Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金进行表面强化, 采用扫描电镜、 透射电
镜、 电子背散射衍射仪、 X射线衍射仪等设备对其表面细晶进行表征。结果表明: 超声冲击后, 钛合金
表面获得了深度约为35 μ m 的强塑性变形层; 钛合金表面可观察到明显纳米级的非晶团簇和密集的

滑移线, 细晶形成的主要原因为位错滑移, 位错滑移的主方向为<111> ; 超声冲击后, 材料的表面残

余压应力约为250MPa , 晶格常数略有降低, 相的特征峰强度变大, α相的特征峰宽度变大。
β

关键词: Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金; 超声冲击; 表面改性; 种植体; 细晶

中图分类号: TB31 ; R318.01 ; TG146.2 文献标志码: A 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 07-0026-04

Characterizationmethodsoffine g rainonthesurfaceofTi3Zr2Sn3Mo25Nb

titaniumallo y

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ZHUHao , CHENShuai , IYutin g CAOXiao j ian 1
,
Q

( 1.SchoolofTrans p ortation&CivilEn g ineerin g , Nanton gUniversit y , Nanton g 226019 , China ;

2.SchoolofMechanicalEn g ineerin g , Nanton gUniversit y , Nanton g 226019 , China )

Abstract : ThesurfaceofTi3Zr2Sn3Mo25Nbtitaniumallo ywasstren g thenedb yultrasonicim p act.The

surfacefine g rainswerecharacterizedb y scannin g electronmicrosco py , transmissionelectronmicrosco py , electron

backscatterdiffractionandX-ra y diffraction.Theresultsshowthatastron gp lasticdeformationla y erwithade p th

ofabout35 μ mwasobtainedonthesurfaceoftitaniumallo y afterultrasonicim p act.Obviousnanoscaleamor p hous

clustersanddensesli p linescouldbeobservedonthesurfaceoftitaniumallo y .Themainreasonfortheformationof

fine g rainswasdislocationsli p andthemaindirectionofdislocationsli pwas<111>.Afterultrasonicim p act , the

residualcom p ressivestressonthesurfaceofthe materialwasabout250 MPa , thelatticeconstantdecreased

sli g htl y , thecharacteristic p eakintensit y of β p haseincreasedandthecharacteristic p eakwidthofα p haseincreased.

Ke y words : Ti3Zr2Sn3Mo25Nbtitaniumallo y ; ultrasonicim p act ; surfacemodification ; im p lant ; fine g rain
钛与钛合金的比强度高、 生物学性能优异, 广泛 高钛合金的耐磨性, 表面改性技术包括喷丸工艺、 渗
应用于心脏瓣膜、 种植牙、 人工关节、 骨外体内固定 氮工艺等, 喷丸工艺具有非均匀性、 着点随机性等特
器件等医疗器械及种植体中, 其中纯 Ti 和 Ti6Al4V 点, 限制了其在精加工领域的应用; 渗氮工艺会改变

( TC4 )种植体钛合金应用最广泛。临床观察发现, 金属的表面色泽, 且渗层较脆, 限制了其在种植体领
钛与钛合金种植体长期服役后会出现一些问题, 如 域的应用。新型医用钛合金主要掺杂铌、 铊、 锆等元
钛合金耐磨性变弱、 合金元素产生副作用、 骨与植入 素, 经过热处理后, 材料的弹性模量降低至接近人
物之间出现应力遮挡等。采用表面改性技术可以提 骨, 避免了因应力遮挡而导致的骨萎缩和骨质疏松
等临床应用问题。近年来, 国内开发出了一系列弹
性模量低、 无毒化的新型钛合金, 其中 Ti13Nb13Zr 、
收稿日期: 2022-09-16
基金项目: 国家自然科学青年基金项目( 11802145 ); 江苏省大学
Ti12Mo6Zr2Fe和 Ti15Mo等钛合金已在国外获得
生创新创业训练项目( 202110304085Y )
了推广及应用 [ 1-3 ] 。

作者简介: 朱 昊( 2003- ), 男, 学士, 主要从事工程材料的研究
工作 采用表面结构纳米化、 生物镀膜或二次表面
修饰等方法, 可以提高钛合金在种植体中的生物
通信作者: 曹小建, j ohnson234@126.com
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