【摘 要】
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高熵合金,一种设计理念区别于传统合金的新型合金材料,具有许多传统合金不具备的优异性能。目前在临床上,医用合金普遍存在综合力学性能有待提高的问题。因此,可以通过高熵合金的设计理念,采用合金化或热处理等方法获得一种低模量、高强度、综合力学性能优异、耐腐蚀性好的生物医用高熵合金材料来满足人们的需要。本文通过真空非自耗电弧熔炼炉制备了铸态TiZrMoSn0.8Hf0.2高熵合金,同时通过热处理工艺对合金进
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高熵合金,一种设计理念区别于传统合金的新型合金材料,具有许多传统合金不具备的优异性能。目前在临床上,医用合金普遍存在综合力学性能有待提高的问题。因此,可以通过高熵合金的设计理念,采用合金化或热处理等方法获得一种低模量、高强度、综合力学性能优异、耐腐蚀性好的生物医用高熵合金材料来满足人们的需要。本文通过真空非自耗电弧熔炼炉制备了铸态TiZrMoSn0.8Hf0.2高熵合金,同时通过热处理工艺对合金进行退火处理,对合金铸态和退火态的相组成、显微组织、硬度、高温抗氧化性能、耐磨性、耐腐蚀性进行了一些列的研究探索,从中获得一种组织性能优异的生物医用高熵合金。研究发现,铸态和退火处理后TiZrMoSn0.8Hf0.2高熵合金的相结构组成均为BCC相和金属间化合物Ti Zr、Hf5Sn3。铸态显微组织形态为典型的树枝晶和胞状晶,并且存在成分偏析,显微硬度达到了651HV。退火态合金的显微组织形态发生细化,成分偏析得到缓解,显微硬度相比于铸态都有提高,其中600℃时硬度最高,达到712HV。相比于铸态合金,退火后的TiZrMoSn0.8Hf0.2高熵合金在林格腐蚀溶液中,腐蚀电位更正,腐蚀电流密度更小,耐腐蚀性能比铸态合金都要优异。其中在900℃时合金的耐腐蚀性能最好,腐蚀电位为-0.56V,腐蚀电流密度为4.88×10-8A/cm~2。在3.5wt.%Na Cl腐蚀溶液中,退火后除了700℃耐腐蚀性能有所提高以外,其他温度下的合金的耐腐蚀性能都变得较差,700℃下合金的腐蚀过程是一个钝化-腐蚀-钝化循环过程。铸态TiZrMoSn0.8Hf0.2高熵合金在600℃、700℃、800℃循环氧化25h后,表面都形成了氧化膜,氧化膜的主要组成为SnO2和Hf（Mo O4）2。600℃、700℃度下的氧化膜致密且薄,其抗氧化性能较好,800℃时的氧化膜的厚度达到了700μm,氧化层表面疏松多孔,合金的抗氧化性能较差。随着氧化时间的增加,氧化膜后出现现了扩散氧化区,该区域氧化物的主要组成为ZrO2、TiO2、HfO2。铸态和600℃～900℃退火后TiZrMoSn0.8Hf0.2高熵合金摩擦系数分别为0.8、0.2、0.5、0.6、0.8,600℃下合金的摩擦系数最小。合金的主要磨损机制为粘着磨损和轻微的磨粒磨损,600℃下的磨损量最少,磨痕尺寸和磨痕深度都最为理想,粘着磨损较轻,随着退火温度的升高合金出现了软化,出现了严重的粘着磨损,600℃退火后合金的摩擦磨损性能最好。
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