● 摘要
Ti基非晶合金具有高强度、高弹性、低杨氏模量、高硬度、高断裂韧性等优异的力学性能，同时还具有良好的耐腐蚀性能和生物相容性，使其在生物医学领域具有潜在的应用价值。本论文在无镍无铍Ti-Zr-Cu-Fe(Co)系非晶合金基础上，从提高Ti基非晶合金的生物相容性及非晶形成能力出发，开发了新型Ti-Zr-Cu-Fe(Co)-Sn-Si块体非晶合金,并研究了其形成、热稳定性、腐蚀行为、生物相容性及力学性能。该系块体非晶合金具有较高的非晶形成能力、良好的耐腐蚀性能和生物相容性及优异的力学性能,在生物医学领域具有潜在的应用价值。此外，还对轻质高性能块体Al基Al-Si-Ni-Co-Y-Sc非晶/纳米晶合金的腐蚀行为进行了研究。 首先，研制了具有较高非晶形成能力的Ti-Zr-Cu-Fe(Co)-Sn-Si系块体非晶合金。利用铜模铸造法制备得到临界直径为3mm的Ti47Zr7.5Cu40Fe2.5Sn2Si1 (at.%), Ti45Zr7.5Cu42Co2.5Sn2Si1 (at.%)及Ti47Zr7.5Cu40Co2.5Sn2Si1 (at.%)块体非晶合金，其过冷液体区间∆Tx为48-54K,具有较高的热稳定性。随着合金中Cu元素含量的增加，非晶合金的形成能力和热稳定性均呈现先增加后下降趋势。其次，研究了Ti-Zr-Cu-Fe(Co)-Sn-Si系非晶合金在模拟人体溶液(PBS)中的腐蚀行为，并研究了Ti-Zr-Cu-Fe-Sn-Si非晶合金的生物相容性及Ti-Zr-Cu-Fe(Co)-Sn-Si非晶合金的力学性能。Ti-Zr-Cu-Fe(Co)-Sn-Si非晶合金在PBS溶液中均能发生自发钝化，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。Ti-Zr-Cu-Fe-Sn-Si非晶合金表面具有较好的亲水性和细胞生物相容性，超纯水在其表面的接触角为74°，MC3T3小鼠成骨细胞在其表面能够牢固的附着并较好地铺展开。与常用的医用金属材料(Ti-6Al-4V合金、CoCrMo合金、316L不锈钢)相比，Ti-Zr-Cu-Fe(Co)-Sn-Si系非晶合金具有更低的杨氏模量(90-104GPa)和更高的屈服强度(1.8-2.0GPa)。 本论文还研究了冷却速率对块体Al86Si0.5Ni4.06Co2.94Y6Sc0.5 (at.%)非晶/纳米晶合金在3 mass% NaCl溶液中腐蚀行为的影响。随着合金铸造过程中冷却速率的增大，Al基非晶/纳米晶合金的耐腐蚀性能增强。