超细晶高强度纯钛的开发

超细晶高强度纯钛的开发

日本丰桥技术科学大学的研究人员研究了通过控制母相的组织而不添加其他元素，即利用动态及静态再结晶机理，在以往的加工热处理方法的基础上，施加大应变，且为多向锻造(MDF)的晶粒细化方法。该方法适用于制备超细晶高强度纯钛(以下称为MDF纯钛)。

采用MDF方法及传统的热处理工艺制备了两种纯钛，平均晶粒尺寸约100 nm。钛为密排六方结构，室温下活动的滑移系少，因而在室温下难以进行大应变加工，但是控制MDF中锻造冲程间的应变，可抑制织构的生长，由此实现钛在室温下的大应变加工。所得纯钛的拉伸试验结果表明，其屈服强度及最大拉伸强度分别为859 MPa和1 084 MPa,伸长率达14.2%，杨氏弹性模型为62 GPa。可见这种MDF超细晶纯钛具有优良的性能。

钛及钛合金可以用作牙科植入材料，但纯钛强度不足，而高强度的Ti-6Al-4V又含有毒性成分V，而且钛的杨氏模量约为110 GPa,与骨相比太高。添加贵金属元素可以降低杨氏模量，但会对生物相容性、价格等带来影响。而高性能的MDF纯钛一举解决了以上问题，可作为性能可靠且价廉的材料提供给患者。MDF纯钛还具有优良的切削性能(切削速度约为Ti-6Al-4V合金的2倍)，且具有与传统方法加工的纯钛相同的耐蚀性能。MDF纯钛也具有优良的加工性能，10 cm×10 cm×10 cm的块体材料可加工成0.3 mm厚的薄轧板。MDF纯钛还易于加工成多种形状的材料，已试制出螺栓、齿冠等。

MDF纯钛不仅可用于生物材料，也可用于汽车、飞机等运输机械及产业机械，还可用作体育用品的部件材料等。还可利用其非磁性及超微细晶组织进行超微细加工用于微型机械，起到抑制其伴随部件微观强度下降及表面粗糙度增加的效果。

目前，日本丰桥技术科学大学正与其他5所大学联合进行MDF纯钛项目的研究，大型的样品正在川本重工制造，而且计划成立“MDF纯钛联合体”，以加速其实用化研究进程。

吴全兴译自《チタン》