题目：Ti-Zr-Nb-Fe形状记忆合金的结构及功能特性研究

Ti基形状记忆合金(TBSMAs)凭借其独特的形状记忆效应和超弹性行为，以及比强度高、弹性模量低、耐腐蚀性能和生物相容性好等优势，在航空航天、工业、机械电子和生物医学等领域取得了广泛应用。近年来，新型生物安全型Ti-Zr基形状记忆合金在生物医用材料领域的应用受到人们极大关注。但是，Ti-Zr二元或三元合金的相变温度太高，无法满足生物医用要求；并且其形状记忆效应与Ti-Nb、Ti-Mo等合金相比仍存在较大差距。本文研究了Fe元素添加对Ti-Zr-Nb合金相组成、微观结构和力学性能的影响规律，揭示了Ti-19.5Zr-10Nb-0.5Fe合金的复杂相变行为和微观组织演化规律，阐明了热处理温度和时间对Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金微观结构、力学性能和超弹性的影响规律，评价了Ti-Zr-Nb-Fe合金的耐腐蚀性能和生物相容性。论文的主要研究结果如下：

发现Fe具有很强的b相稳定效果，少量添加即可将亚稳b相保留至室温，合金为单一b相的临界Fe含量为1.5~3.0 at.%；冷轧变形可以进一步增强Fe的b相稳定效果。经70%轧制变形和973 K退火30 min后，合金为单一b相的临界Fe含量降低至1.0~1.5 at.%。对于Fe含量≤1.5 at.%的铸态合金，屈服强度、抗拉强度和弹性模量均随Fe含量的增加而减小；Fe含量对轧制态合金的力学性能影响不大；经973 K退火后，屈服强度和抗拉强度随Fe含量的增加而增大，弹性模量则随Fe含量的增加而减小。973 K退火Ti-19.5Zr-10Nb-0.5Fe和Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金均具有超过20%的延伸率和高于620 MPa的抗拉强度。

Ti-19.5Zr-10Nb-0.5Fe合金高温b母相和低温a²相间的理论相变应变高达7.6%，并可以获得最大约4.1%的实际形状记忆效应, 接近当前钛基形状记忆合金的最高水平。Ti-19.5Zr-10Nb-0.5Fe合金加热时依次发生从a″→b，b→w，w→a，a→b的复杂相变，其中a相先从粗大w相颗粒与b基体的相界面处形核，然后通过消耗w颗粒长大；只有从高温b母相区域(≥873 K)冷却时，才会发生部分a"马氏体相变。

研究发现，退火温度≥873 K时，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金发生完全再结晶，对应室温组织为等轴b晶粒。随着热处理温度的增加，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的断裂延伸率先快速增加，至873 K时达到最大值(~25%)，然后略有减小，而抗拉强度则先快速降低，至873 K时达到最小值(~700 MPa)，然后趋于稳定。热处理温度和保温时间对Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的超弹性影响明显：873 K退火合金具有最好的超弹性(~4.7%)，973 K退火合金次之(3%)，823 K退火合金的超弹性仅为2.8%，而1173 K退火合金不具有明显超弹性；对于873 K退火合金，保温时间越短，则超弹性越好。Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的最佳热处理工艺为873 K退火5 min，可以获得良好的综合力学性能(如约25%的大断裂延伸率、约703 MPa的高抗拉强度、约58 GPa的低弹性模量)和最大约4.7%的超弹性及约4%的稳定超弹性。

Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的耐腐蚀性能(Hank′s溶液)略好于NiTi合金，细胞相容性与NiTi合金相当，溶血率和血小板激活程度均低于NiTi合金，即血液相容性好于NiTi合金。总之，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金具有良好的耐腐蚀性能和生物相容性，有望成为新型金属植入材料。