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本论文采用电弧熔炼/铜模吸铸法制备尺寸为70×12×1.5mm片状Zr60.5Cu19.5Fe5Al9.5Ti5.5大块非晶合金。利用X射线衍射分析(XRD)、示差扫描量热仪(DSC)、差热分析(DTA)、Instron力学试验机、电化学设备、SRV/UMT摩擦试验机及活体植入实验等手段研究了该非晶合金的结构、热学性能、力学性能、耐腐蚀性能、模拟体液中摩擦磨损、微动磨损性能、皮下植入炎症反应等,并通过用SEM/EDAX、表面轮廓仪,光学显微镜等测试分析试验结果。 XRD、DSC和DTA结果表明该合金具有较强的非晶形成能力和热稳定性。力学测试表明该合金具有很高的强度和塑性及较低的弹性模量,其断裂强度和断裂应变量分别为1683MPa和9.1％,其弹性模量约为70 GPa,具有较好的生物力学相容性。在缓冲磷酸盐溶液中的电化学测试表明该合金具有较低的钝化电流密度,但钝化区间较窄。 在体液PBS溶液中进行了摩擦磨损及微动磨损实验。结果表明,与医用钛合金相比,非晶合金虽然具有较高的摩擦系数,但具有很低的磨损率,表现出很好抗磨损性能。非晶合金的磨损机理主要表现为在摩擦过程中,摩擦表面与周围介质反应形成高含氧摩擦层,氧化摩擦层在随后的摩擦过程逐渐脱落而造成质量的耗损。通过PBS溶液与蒸馏水中的摩擦对比,结果显示非晶合金在两种介质中有着相似的摩擦学特性:相差不大的摩擦系数、磨损体积及相同的磨损机理,表明PBS溶液对非晶摩擦腐蚀作用比较小。 兔皮下埋植实验结果显示BMG能够很好地被宿主所接受:HE组织切片表明非晶具有和钛合金差不多的炎症反应;SEM观察到软组织与非晶表面有较强的附着力;通过EDAX发现在非晶表面形成了一层含O、N的钝化膜,正是因为这层具有生物活性的钝化膜使得非晶在动物体内具有较好的生物相容性。 块体无镍非晶Zr60.5Cu19.5Fe5Al9.5Ti5.5具有良好的生物力学相容性、生物摩擦学特性和体内生物相容性,有望成为人体硬组织替换和修复材料。