D0I:10.13374/i.i8sn1001t53.2011.08.014 第33卷第9期 北京科技大学学报 Vol 33 No 9 2011年9月 Journal of Un iversity of Science and Techno logy Beijing Sep 2011 凝胶注模成形多孔T一7.Mo合金的孔隙及力学性能 杨栋华邵慧萍*樊联鹏林涛 郭志猛 北京科技大学新材料技术研究院，北京，100083 *通信作者，E mail shaohp@ustb edu cn 摘要以振动球磨方式混合TMo粉体，采用凝胶注模成形制备了多孔T7.5Mo合金制品，并利用扫描电子显微镜、X射 线衍射和力学性能试验分别对其显微结构和力学性能进行了测试和分析，研究了预混液单体质量分数和浆料固相含量对其 孔隙性能和力学性能的影响·结果表明，与纯T粉末相比，添加质量分数为7.%的M混合粉末浆料的流变特性较好，所得 合金由分布均匀的a-T基体和B-T组成，其孔隙率为39.1%~45.97%，孔径为5~98“m.与凝胶注模多孔纯钛相比，多孔 T7.5Mo合金的生物力学性能更加优异，适合作为医用植入材料. 关键词钛合金：多孔材料：凝胶注模：孔隙：力学性能 分类号TF125.6 Porosity and m echan ical properties of porous Ti7.5M o alloy for m ed ical appli cations by gelcasting YANG Dong -hua SHAO Huiping FAN Lian peng LN Tao GUO Zhimeng Advanced Material&Technology Institte University of Science and Technobgy Beijing Beijng 100083 China *Corresponding author Email shaohp@ust edu cn ABSTRACT A porous titanim based alloy containing 7.5%molybdenum was prepared by gelcasting The m icrostructure total po- mosity and mechanical properties of the sintered pomous Ti-7.5Mo alby were investigated by using electron m icmscopy X-my diffrac- tion compression and bending tests The effect of gelcasting parameters on the porosity and mechanical properties of the pomous Ti- 7.5Mo alloy were studied It is shown that the theological behavior of the mixture metal slurry by adding 7.5 Mo powders inproves in comparison with pure Tipowders The open and closed threedinensional pore morphologies and the total porosity amund 39.15%to 45.97%can be achieved The average pore size around 5 to 98 m and equiaxed a crystal gmains+3 phases were observed in the sintered allby In contrast to porousTiby gelcasting available before the pomous Ti7.5Mo alloy presents excellent properties therefore being suited for medical applications KEY WORDS titanium alloys porous materials gelcasting porositys mechanical properties 钛及钛合金具有耐蚀性和良好的生物相容性等 的，开发了诸如TMo(-Ta)系列合金3-和Ti 优异性能，用于制造植入人体的医疗器械、假体及辅 Nb-Ta-Zrz系列合金5-).除此之外，采用多孔钛及 助治疗设备等山，是目前为止应用广泛的金属植入 合金植入物也可改善应力遮蔽效应，而且由于具有 材料之一·但是，钛合金在植入人体后也存在一些 独特的结构和促使新骨长入的特性，受到越来越多 问题，如有毒元素的释出)、应力遮蔽效应(stress 的关注， sh ieling effect)和体内的腐蚀磨损，亟待进一步解 随着医用钛合金植入人体需求的增加，多孔钛 决和完善，目前改善的方向主要是发展高强度低弹 及钛合金的制备方法也不断发展，制备多孔钛合金 性模量的新型低毒钛合金，通过Mo Nh Zr和Ta等 方法有真空等离子喷涂)、自蔓延高温合成法[和 合金元素取代A1和V并达到提高力学性能的目 粉末治金法等，近年来，发展出了直接金属激光烧 收稿日期：2010-09-09 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50774010)：国家教有部回国人员科研启动基金资助项目第 33卷 第 9期 2011年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．33Ｎｏ．9 Ｓｅｐ．2011 凝胶注模成形多孔 Ｔｉ--7∙5Ｍｏ合金的孔隙及力学性能 杨栋华 邵慧萍 * 樊联鹏 林 涛 郭志猛 北京科技大学新材料技术研究院‚北京‚100083 * 通信作者‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｓｈａｏｈｐ＠ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 摘 要 以振动球磨方式混合 Ｔｉ--Ｍｏ粉体‚采用凝胶注模成形制备了多孔 Ｔｉ--7∙5Ｍｏ合金制品‚并利用扫描电子显微镜、Ｘ射 线衍射和力学性能试验分别对其显微结构和力学性能进行了测试和分析‚研究了预混液单体质量分数和浆料固相含量对其 孔隙性能和力学性能的影响．结果表明‚与纯 Ｔｉ粉末相比‚添加质量分数为 7∙5％的 Ｍｏ混合粉末浆料的流变特性较好‚所得 合金由分布均匀的 α--Ｔｉ基体和 β--Ｔｉ组成‚其孔隙率为 39∙15％ ～45∙97％‚孔径为 5～98μｍ．与凝胶注模多孔纯钛相比‚多孔 Ｔｉ--7∙5Ｍｏ合金的生物力学性能更加优异‚适合作为医用植入材料． 关键词 钛合金；多孔材料；凝胶注模；孔隙；力学性能 分类号 ＴＦ125∙6 ＰｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｏｒｏｕｓＴｉ-7∙5Ｍｏａｌｌｏｙｆｏｒｍｅｄｉｃａｌａｐｐｌｉ- ｃａｔｉｏｎｓｂｙｇｅｌｃａｓｔｉｎｇ ＹＡＮＧＤｏｎｇ-ｈｕａ‚ＳＨＡＯＨｕｉ-ｐｉｎｇ * ‚ＦＡＮＬｉａｎ-ｐｅｎｇ‚ＬＩＮＴａｏ‚ＧＵＯＺｈｉ-ｍｅｎｇ ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ * Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｓｈａｏｈｐ＠ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｐｏｒｏｕｓｔｉｔａｎｉｕｍｂａｓｅｄａｌｌｏｙｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ7∙5％ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｇｅｌｃａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ‚ｔｏｔａｌｐｏ- ｒｏｓｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｉｎｔｅｒｅｄｐｏｒｏｕｓＴｉ-7∙5Ｍｏａｌｌｏｙｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ‚Ｘ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃ- ｔｉｏｎ‚ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｓ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｅｌｃａｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｏｒｏｕｓＴｉ- 7∙5Ｍｏａｌｌｏｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｍｅｔａｌｓｌｕｒｒｙｂｙａｄｄｉｎｇ7∙5％ Ｍｏｐｏｗｄｅｒｓｉｍｐｒｏｖｅｓ ｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｐｕｒｅＴｉｐｏｗｄｅｒｓ．Ｔｈｅｏｐｅｎａｎｄｃｌｏｓｅｄｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｐｏｒｏｓｉｔｙａｒｏｕｎｄ39∙15％ ｔｏ 45∙97％ ｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｐｏｒｅｓｉｚｅａｒｏｕｎｄ5ｔｏ98μｍａｎｄｅｑｕｉａｘｅｄαｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎｓ＋βｐｈａｓｅｓｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄａｌｌｏｙ．ＩｎｃｏｎｔｒａｓｔｔｏｐｏｒｏｕｓＴｉｂｙｇｅｌｃａｓｔｉｎｇａｖａｉｌａｂｌｅｂｅｆｏｒｅ‚ｔｈｅｐｏｒｏｕｓＴｉ-7∙5Ｍｏａｌｌｏｙｐｒｅｓｅｎｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ‚ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｂｅｉｎｇｓｕｉｔｅｄｆｏｒｍｅｄｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ；ｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｇｅｌｃａｓｔｉｎｇ；ｐｏｒｏｓｉｔｙ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ 收稿日期：2010--09--09 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （50774010）；国家教育部回国人员科研启动基金资助项目 钛及钛合金具有耐蚀性和良好的生物相容性等 优异性能‚用于制造植入人体的医疗器械、假体及辅 助治疗设备等 ［1］‚是目前为止应用广泛的金属植入 材料之一．但是‚钛合金在植入人体后也存在一些 问题‚如有毒元素的释出 ［2］、应力遮蔽效应 （ｓｔｒｅｓｓ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔ）和体内的腐蚀磨损‚亟待进一步解 决和完善．目前改善的方向主要是发展高强度低弹 性模量的新型低毒钛合金‚通过 Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ和 Ｔａ等 合金元素取代 Ａｌ和 Ｖ并达到提高力学性能的目 的‚开发了诸如 Ｔｉ--Ｍｏ（--Ｔａ）系列合金 ［3－4］和Ｔｉ-- Ｎｂ--Ｔａ--Ｚｒ系列合金 ［5－6］．除此之外‚采用多孔钛及 合金植入物也可改善应力遮蔽效应‚而且由于具有 独特的结构和促使新骨长入的特性‚受到越来越多 的关注． 随着医用钛合金植入人体需求的增加‚多孔钛 及钛合金的制备方法也不断发展．制备多孔钛合金 方法有真空等离子喷涂 ［7］、自蔓延高温合成法 ［8］和 粉末冶金法等．近年来‚发展出了直接金属激光烧 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2011．09．014