钛基合金不断得到改进以获得适合其用途的性能。改进钛合金对于制造无副作用的合金非常重要。本文研究了时效对八种钛合金组织、显微硬度和压痕试验的影响。热处理包括分三步完成的高温淬火（650℃25分钟、850℃20分钟和950℃20分钟）。使用N2气体完成冷却过程，该气体在9巴压力下引入室中37分钟。然后，在1.5巴压力下加热至恒温回火温度（550℃），并在2巴压力下保持2小时10分钟。获得了具有钛合金晶粒特征的Ti-Mo-Zr-Ta合金的光学显微镜图像；针状和粗糙结构是特定于β合金。显微硬度结果显示受到热处理的显著影响，Ti15Mo7Zr15Ta1Si和Ti20Mo7Zr15Ta0.5Si的显微硬度增加了约5%，而Ti15Mo7Zr15Ta0.5Si和Ti20Mo7Zr15Ta的显微硬度下降了约9%。通过压痕法获得的实验合金的弹性模量结果在36.25–66.24 GPa之间。应用于合金的热处理具有显著的效果，改善了合金的结构和压痕试验的结果。
1.介绍
生物材料在当今医学中发挥着至关重要的作用，它可以恢复功能并促进人们在各种事故或疾病后的康复。这些用于医疗应用的材料从医学角度确保了适当的治疗，并通过性能设备提高了生活质量【1】。
由于其优异的性能，钛及其合金仍然是医疗应用中使用最多的材料。它们主要用于硬组织置换，使用领域为骨科、牙科和心血管医学【2，3，4】。
近年来，钛和钛基合金在生物和医学领域的应用取得了巨大进展，推动了创新技术和新材料的发展【5】。钛基合金分为三类:α, α + β和β合金【6】。降低弹性模量、提高耐腐蚀性和改善生物相容性都是添加钼、硅、锆和钽等良性元素的优势【7】。这是由于它们优异的机械、物理和生物性能。当今时代正在推广具有无害元素、长期性能和不被人体排斥的新型钛合金。其他优点包括高比强度、低密度和几乎无磁性【8】。
钛约占地壳的0.5%。钛是一种轻质、高强度、低腐蚀的结构金属，作为合金用于生物相容性材料【9】。纯钛具有延展性、电惰性和热惰性以及顺磁性。由于产生了钝化的氧化物表面涂层，钛在各种条件下都具有良好的耐腐蚀性。由于其高强度、低密度和卓越的耐腐蚀性，它具有生物相容性。
钛铸件表现出常见的铸造缺陷，如收缩、气孔、冷隔和浇不足。表面缺陷，如表面连接孔隙或冷隔，可以通过热处理改善【11】。
热处理和热化学处理在实现质量特性以获得某种复杂的技术和/或使用特性方面发挥着重要作用。随着时间的推移，人们选择对生物相容性材料进行各种改进，以获得适合人体的特性【12，13，14】。
多种类型的研究已经证实，热处理有利于改善钛合金的性能，钼元素显著影响钛合金的性能α微观结构α + β 钛合金；强先验α热变形前存在群体显微织构；越小α菌落会阻碍大尺寸显微织构的形成【15，16】。
术语“生物相容性”是指医疗器械的组织和生理系统与患者组织和生理系统的相互作用。任何设备的总体安全性评估都包括生物相容性检查【17，18，19】。在选择医用植入物用合金时，除了机械性能外，生物相容性也是需要考虑的一个重要方面，特别是组成合金的元素的生物相容性。Ti-Mo-Zr-Ta系统的合金含有生物相容性元素，其他研究人员证明了这些元素的细胞毒性【2，5，13】；表1突出显示了每种元素对人体和样本合金的总体益处【20】。
在文献研究中，发现了许多关于钛合金用于骨科和航空航天应用的文章，其中研究了合金铸造形式的微观结构、硬度和生物相容性【2，3】。然而，尚未发现对该Ti-Mo-Zr-Ta系统的热处理工艺、微观结构和机械性能关系的适当研究【15，16】。为此，对热处理的Ti-Mo-Zr-Ta系统进行了测试，并检查了由于热处理而改变的微观结构和一些机械性能。
对八种钛-钼-锆-钽基合金（其中六种含硅）进行热处理，以提高钛合金的性能。这项研究强调了经过热处理的实验钛合金的显微组织和力学特性。热处理后，使用光学显微镜、显微硬度测试和压痕测试对样品进行分析。
2材料和方法
2.1材料准备
分析的材料来自Ti-Mo-Zr-Ta系统，这是在真空电弧重熔装置中开发的八种合金【20，21，22】；六含硅。在这篇文章中，为了获得生物相容的Ti-Mo-Ta-Zr-Si合金，使用了高纯度的化学元素，原材料如来自适马-阿尔德里奇公司的Ti（99%）、Mo（99%）、Zr（99%）、Ta（99%）和Si（99%）。表2显示了本文研究的实验合金。
2.2热处理
一些特性可以借助于热处理来实现，热处理的通称是退火。它们适用于通过铸造、热塑性或冷塑性变形（自由锻造或在模具中、层压、挤压、拉伸）或焊接（金属结构、机器零件、复杂工具）获得的半成品。用IU 72/1F 2RV 60实现了钛钼锆钽合金的热处理↔ 60 ↔40 10巴CP型真空炉（德国门登IVA施梅兹有限公司）【23】。热区、热交换器、带电动机的大容量径流式风扇和气体导管都包含在外壳内。如图1所示，熔炉的装载和卸载是通过使用轨道引导的装载车从前面完成的，以将货物精确地放置到热区中。
装载后，旋转炉门将被液压固定在炉壳上，以防止过压。之后，治疗周期完全自行运行【14】。熔炉有一个操作系统，允许用户在考虑温度、冷却速度、气压、通风等因素的情况下对每个处理步骤进行编程。
2.3微结构表征方法
用DSX1000数字显微镜（日本东京奥林巴斯公司）对Ti-Mo-Zr-Ta合金进行光学显微镜分析。对于显微镜检查，获取合适的样品表面需要一系列操作:用cito press–1（丹麦Ballerup的Struers ApS）包埋、打磨、用Forcipol 2V抛光（罗马尼亚布加勒斯特的Metkon）以及用化学试剂处理。使用该显微镜时，将准备好的样品放在工作台支撑板上，研究表面朝上，确保样品与显微镜工作台平行。化学试剂的金相侵蚀通过溶解或选择性染色存在的各种成分来突出晶体结构。
为了使用Forcipol 2V砂磨/抛光机进行抛光，在每张金相纸上分配4分钟的时间（300、500、1，000、1，500、2，000、2，500），施加力:20 N，使用具有金刚石颗粒的乳液，压板的转速为200 rpm，矢量头的转速为60 rpm。化学蚀刻液具有以下组成:10毫升HF、5毫升HNO3和85毫升/小时2o【24】。由于样品经过热处理，在溶液中的浸没时间约为5秒而不是30秒（对于未处理的钛合金）。