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Ti-Nb-Zr 薄层的相稳定性和机械性能的成分依赖性

蒙克巴亚尔·巴塔苏克

问题陈述：形状记忆合金通常用于各种应用，例如航空航天、汽车、机器人和生物医学。迄今为止，钛镍合金已广泛应用于生物医学用途，但有人指出纯镍是一种有毒元素，会导致镍过敏。β型钛合金以其低刚度、良好的耐腐蚀性和生物相容性而在生物医学领域受到关注。本研究的目的是研究 Zr 元素的添加对 β Ti-Nb-Zr 薄膜的相稳定性和机械性能的影响。

方法：采用磁控溅射法制备Ti-Nb-(3.6-12.7)Zr薄膜。通过EDS和SEM对薄膜的结构进行了分析。通过XRD确认相组成。通过纳米压痕测试研究了Ti-Nb-Zr薄膜样品的力学性能。d电子合金理论是设计具有受控杨氏模量的钛合金的有效方法。
结果：添加Zr含量并没有改变三元合金的晶体结构，合金中出现了α相和β相。在Ti-Nb-3.6Zr 和Ti-Nb-5.6Zr 薄膜中观察到多孔结构。添加 Zr 含量的三元合金的杨氏模量从 94.65 Gpa 降低到 79.78 Gpa。

结论：添加Zr可以稳定钛合金中的α相和β相，但不会显着影响TiNbZr合金中α相的形成。在批量生产中，为了控制多孔结构，在烧结方法中使用了空间保持剂(NH4CO3)。目前，我们预计多孔结构取决于成分。杨氏模量结果证实了三元合金的d-电合金理论。然而，三元薄膜的杨氏模量（80-95 Gpa）低于二元合金（108-123 Gpa）。