Zr含量对Zr71-xNixNb3Cu16Al10非晶合金形成能力和性能的影响

张 明,丁冠中,王钰佳,孙 静,于梦梦,刘 锋,赵相金,刘 丽

(1. 烟台大学环境与材料工程学院,山东 烟台264005;2. 烟台大学核装备与核工程学院,山东 烟台264005)

随着人们生活水平的不断提高和科学技术的不断进步,生物医用材料也得到了快速的发展,并为提高人类生活质量作出了巨大贡献。传统医用金属材料包括:316L型不锈钢、Co-Cr合金、纯钛、Ti-6Al-4V合金和纯锆及其合金等,它们已广泛应用在人造髋关节、心血管支架、人造膝关节、骨板、牙科植入和手术器械等[1-4]。然而,这些传统的晶态合金存在低强度、高弹性模量、低耐磨性、较差的耐蚀性、低弹性变形量、易发生高循环疲劳断裂等缺点,导致其作为生物医用材料使用时面临诸多问题[5]。因此,开发高生物相容性的新型生物医用材料一直是相关领域的研究重点。

与传统的晶态合金不同,非晶合金的原子排列为长程无序、短程有序,这种缺乏原子排列周期对称性和各向异性的无序结构给非晶合金带来一系列独特的物理及化学性能。在非晶合金体系中,Zr基非晶合金具有高屈服强度、高比强度、高硬度、高断裂韧性、高弹性变形量、较低的弹性模量、良好的耐疲劳性能以及高耐蚀性等优点[6-10],并且还拥有较高的非晶形成能力和较宽的过冷液体温度区间,容易加工成尺寸较大、形状复杂的医用构件[11-13]。此外,Zr元素也具有较高的生物相容性,因此Zr基非晶合金在微创医疗设备、齿科材料、骨折内固定螺丝、人造髋关节和医疗支架等方面存在巨大应用前景。……