低彈性模數Ti-7 5Mo合金製程設計微結構及機械性質之探討

摘要

本研究利用具有專利保護且不含鋁、釩等有害元素之Ti-7 5Mo合金作為研究材料，希望能將此合金應用於市面上常見之骨、外科用植入物。此合金需要具有高生物相容性，同時具有高?度及低彈性模數，可以大幅減少高彈性模數之骨科植入物造成的應力遮蔽效應。本研究以雙瑞精鑄鈦業所生產之Ti-7 5Mo合金為機械性質研究重點，並與商業用Ti-6Al-4V ELI合金比較，評估在材料在受力下使用的機械性質及應變控制之短週期疲勞行為，並藉顯微技術對合金的相組成、微結構、機械性質及受力後變形模式進行探討而後歸納出其力學行為的相依性，並從中找出適合做為骨科植入材料的製程參數。 實驗結果顯示，在VAR製程中Ti-7 5Mo合金有固溶原子分佈不均現象，須先經過均質化處理，使其固溶原子均勻散佈於合金，方能與實驗室小量製備之Ti-7 5Mo合金具有一致性。經過均質化之 Ti-7 5Mo合金利用熱軋、固溶、冷軋及時效等製程處理，改變合金相組成、晶粒大小、優選方向、織構及差取向角，得到一系列高強度、低彈性模數且具有一定延展性之Ti-7 5Mo合金，其中共有十幾組合金之平均強度/彈性模數比高於商業用的Ti-6Al-4V ELI合金，更有2組合金之強度/彈性模數比為商業用Ti-6Al-4V ELI合金的2倍以上。另外本研究以應變控制之低週期疲勞試驗來測試其中四組Ti-7 5Mo合金受循環應變作用的表現，發現在最大應變量7%的情況下，平均疲勞壽命均優於商業用Ti-6Al-4V ELI合金，其中最優異的疲勞壽命達到商業用Ti-6Al-4V ELI合金36倍。 第二部分研究為藉由固溶後之Ti-7 5Mo合金進行不同厚度變形量之冷軋，觀察研究?"相Ti-7 5Mo合金受到應力壓軋後導致微結構的改變，並深入了解其與不同冷軋變形量之間的關係。實驗結果顯示，在固溶Ti-7 5Mo合金之?”相細針狀晶體長約120μm，寬約1 1μm ~ 0 7μm，且合金織構會隨著冷軋變性量增加而由隨機分佈轉變為具有特定織構之合金，並得知在?"相Ti-7 5Mo合金中，應力誘發麻田散體為一對壓應力相當敏感之機制。

獎項日期	2014 5月 19
原文	???core.languages.zh_ZH???
監督員	Chien-Ping Ju (Supervisor)