题目：生物医用钛基非晶合金及其复合材料的形成与性能

 

    Ti基非晶合金具有高强度、高弹性、高硬度和低杨氏模量等优异的力学性能，同时还具有良好的耐腐蚀性能和生物相容性，在生物医学领域具有潜在的应用价值。本论文在Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si系非晶合金基础上，开发了不含高毒性元素和贵金属元素的新型生物医用型Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si-Sc块体非晶合金，并研究了其形成、热稳定性、力学性能、腐蚀行为及生物相容性。此外，还在Ti-Cu-Zr-Fe系非晶合金的基础上添加难熔金属Nb并适量提高Ti的含量，开发出了高Ti低Cu的Ti-Cu-Zr-Fe-Nb复合材料，并研究了其微观结构、热稳定性、力学性能以及生物相容性。

    首先，研制了具有高非晶形成能力的Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si-Sc块体非晶合金。利用铜模铸造法获得临界直径为6mm的Ti47-xCu40Zr7.5Fe2.5Sn2Si1Scx(x=2, 3 at%)块体非晶合金，其玻璃化转变温度约为640K，过冷液体区间?Tx为53-55K，具有较高的热稳定性。

    其次，研究了Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si-Sc非晶合金的压缩力学性能、模拟人体溶液(PBS)中的腐蚀行为及生物相容性。与常用的医用金属材料相比，Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si-Sc块体非晶合金具有更低的杨氏模量（88GPa），更高的断裂强度为1991-2167MPa，维氏硬度约为585±4。Ti45Cu40Zr7.5Fe2.5Sn2Si1Sc2具有最大的塑性应变，为6.5%；该系非晶合金在模拟人体缓冲溶液中均发生自发钝化，具有较低的钝化电流密度(10-3-10-2A/m2)、较宽的钝化区和较高的点蚀电位。体外细胞贴壁生长实验说明该系块体非晶合金具有较好的生物相容性。

    本论文通过添加Nb元素并适量提高非晶合金Ti-Cu-Zr-Fe中的Ti含量，利用铜模铸造法获得了Ti-Zr-Cu-Fe-Nb块体非晶合金复合材料，该复合材料由β-Ti（Nb）枝晶相、CuTi2和CuTi共晶相以及痕量的非晶相组成。枝晶相的体积分数随着Nb含量的增加而增加。难熔金属Nb是β-Ti的稳定化元素，促进了β-Ti（Nb）枝晶相的析出。该复合材料拥有高于1200MPa的屈服强度，高达1800MPa的断裂强度和更接近人骨的低的杨氏模量48GPa。随着Nb含量为从4 at%提高到8 at%，压缩塑性应变从5.9%提高到9.2%。体外细胞贴壁生长实验说明该复合材料具有良好的生物相容性。