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梯度多孔TiNi合金的制备与性能的研究

作　者: 哈岸晖
导　师: 杨贤金
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 多孔TiNi合金梯度孔隙率 NH4HCO3造孔剂孔隙粉末冶金
分类号: TB383.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文研究了NH4HCO3对多孔TiNi合金孔隙性能和机械性能的影响,根据实验结论制备了梯度多孔TiNi合金,并对其进行了性能测试。实验表明,在相同的烧结工艺下,随着NH4HCO3添加量的增多,材料孔隙率、开孔率升高,孔隙连通性增强,孔隙圆度略有降低。添加质量比为35:100的NH4HCO3的TiNi粉末烧结后可制得孔隙率达到60%的多孔TiNi合金。体现出NH4HCO3的优异造孔性能。同时,研究结果显示多孔TiNi合金的抗弯强度、弹性模量、抗压强度等机械性能随着NH4HCO3的添加量的增加(等同于孔隙率的提高)而降低。此外,在研究过程中发现三层结构的梯度多孔TiNi合金的三点弯曲测试曲线存在“伪屈服”现象。这是由于试样心、表孔隙结构差异明显造成的特殊现象。在研究中还注意到梯度多孔TiNi合金的抗弯强度受结构影响较大。随着心部低孔隙率层所占体积比例增加,抗弯强度增加。抗弯强度的实际值比理论值高,表现出优异的复合性能。在以上研究的基础上,本课题利用元素粉末冶金法选用国产Ti粉和Ni粉成功制备出具有三维连通网状开孔结构的梯度多孔TiNi合金。合金表层孔隙率为60%,大孔孔径尺寸为100~200μm;心部孔隙率为30%,孔径尺寸为10~60μm,双层梯度结构结合紧密,结合强度为48MPa。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-23
  1.1 前言  8-9
  1.2 骨替代生物医用材料的分类  9-10
  1.3 形状记忆效应及超弹性与TiNi 形状记忆合金  10-13
    1.3.1 形状记忆效应与超弹性  10-11
    1.3.2 TiNi 形状记忆合金的发展概况  11
    1.3.3 TiNi 合金作为生物应用材料的优势  11-12
    1.3.4 形状记忆聚合物的发展与应用  12-13
  1.4 多孔TiNi 形状记忆合金  13-17
    1.4.1 多孔TiNi 形状记忆合金的发展概况  13
    1.4.2 多孔TiNi 形状记忆合金生物相容性  13-16
    1.4.3 多孔TiNi 形状记忆合金在医学领域的应用  16-17
    1.4.4 多孔TiNi 形状记忆合金的研究现状  17
  1.5 多孔TiNi 形状记忆合金的制备方法  17-20
    1.5.1 元素粉末冶金法  19
    1.5.2 预合金粉末制备多孔TiNi 形状记忆合金  19
    1.5.3 自蔓延高温合成(SHS)多孔TiNi 形状记忆合金  19-20
    1.5.4 热等静压法  20
    1.5.5 电火花烧结制备多孔TiNi 形状记忆合金  20
  1.6 梯度孔隙率多孔TiNi 合金材料  20-22
    1.6.1 梯度材料  20-21
    1.6.2 制取梯度孔隙率多孔TiNi 合金的目的  21-22
  1.7 课题背景、目的和论文工作设计  22-23
第二章多孔 TiNi 合金的制备工艺  23-34
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验材料和实验方法  24-25
  2.3 粉末冶金法制备多孔TiNi 形状记忆合金的烧结原理  25-27
  2.4 制备工艺的确定  27-31
    2.4.1 原始粉末状况对孔隙特性的影响  27-28
      2.4.1.1 粉末的粒度对孔隙特性的影响  27
      2.4.1.2 混粉的状况对孔隙特性的影响  27-28
    2.4.2 压制的压力对孔隙的影响  28
    2.4.3 烧结温度和烧结时间的确定  28-29
    2.4.4 造孔剂的选择与添加  29
    2.4.5 热处理  29-30
    2.4.6 工艺小结  30
    2.4.7 制备试样的物相分析  30
    2.4.8 制备试样的金相组织分析  30-31
  2.5 多孔TiNi 孔隙特征的描述  31-33
    2.5.1 开孔性特征  31-32
    2.5.2 多孔金属的结构特征  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章 NH_4HCO_3造孔剂对多孔 TiNi 合金性能的影响  34-53
  3.1 NH_4HCO_3造孔剂的特点  34
  3.2 试样的制备与测试方法  34-35
    3.2.1 试样的制备  34-35
    3.2.2 测试方法  35
      3.2.2.1 孔隙性能测试  35
      3.2.2.2 力学性能测试  35
  3.3 实验结果和讨论  35-52
    3.3.1 NH_4HCO_3造孔剂对多孔TiNi 合金性能的影响  35-43
      3.3.1.1 NH_4HCO_3造孔剂对孔隙率及孔隙连通性的影响  35-37
      3.3.1.2 NH_4HCO_3对孔隙形貌、大小及其分布的影响  37-38
      3.3.1.3 多孔TiNi 合金孔隙特征的图像分析  38-43
    3.3.2 孔隙对力学性能的影响  43-52
      3.3.2.1 硬度测试  43-45
      3.3.2.2 三点弯曲测试结果及断口分析  45-47
      3.3.2.3 压缩测试结果分析  47-48
      3.3.2.4 拉伸测试结果分析  48-49
      3.3.2.5 断口分析  49-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章梯度孔隙率多孔TiNi 合金的制备及其性能测试  53-63
  4.1 引言  53
  4.2 试样设计、制备与测试方法  53-55
    4.2.1 试样结构设计  53-54
    4.2.2 试样制备方法  54
    4.2.3 测试方法  54-55
  4.3 结果和讨论  55-60
    4.3.1 抗弯强度测试  55-56
    4.3.2 梯度孔隙率多孔TiNi 合金理论抗弯强度计算  56-58
    4.3.3 断口形貌分析  58
    4.3.4 三层结构与五层结构抗弯性能对比  58-60
    4.3.5 其他力学性能分析  60
  4.4 层间结合强度分析  60-61
  4.5 梯度孔隙率多孔TiNi 合金结构的生物相容性分析  61-62
  4.6 本章小结  62-63
第五章全文总结  63-64
参考文献  64-69
发表论文和科研情况说明  69-70
致谢  70

梯度多孔TiNi合金的制备与性能的研究

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