β型钛合金相稳定性和弹性性能第一性原理研究

摘要

传统的钛合金具有优良的生物相容性、综合的力学性能、以及形状记忆性能和超弹性被广泛的成功应用于生物医用移植材料。但是近年来研究发现,传统钛合金由于弹性模量较高引发“应力屏蔽”效应,同时含有钒、铝以及镍元素,具有毒性引发过敏性反应。因此,设计开发新型无毒、低弹性模量生物医用β钛合金成为人们的研究热点。本论文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了新型β钛合金的弹性性能和相结构的稳定性,提出了新型无毒、低弹性模量β钛合金理论设计原则。论文的主要结论如下:
　　(1)二元β型Ti-Nb、Ti-Mo和Ti-Ta合金的β结构稳定性随着Nb、Mo和Ta含量的增加逐步增加,当其含量大于等于8.08％,3.7%和12.5%(原子百分数)时,能得到β相稳定结构,Nb、Mo和Ta对β结构稳定性影响的强弱顺序是:Mo>Nb>Ta。同时,三种二元合金的弹性模量E随着Nb、Mo和Ta含量的增加先减小后增加,当含量是25%时,三种合金系的弹性模量达到最小值,分别是37.5GPa、30.8GPa和37.9GPa。同时,进一步确定了具有最低弹性模量的二元β型Ti-Nb和Ti-Ta合金价电子浓度为4.25,Ti-Mo合金为4.5。
　　(2)Ti6Mo2合金体系中的α、β和α

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第1章 绪 论

1.1 生物医用金属材料概述

1.2 生物医用金属材料的发展

1.3 生物医用钛及钛合金的发展

1.4 生物医用钛合金弹性模量

1.5 选题意义及主要研究内容

第2章 理论方法和工具

2.1 引言

2.2 Hohenberg-Kohn定理和密度泛函理论

2.3 交换关联能近似

2.4 赝势法

2.5 系统的结构优化处理

2.6 工具软件简介

第3章 二元β 钛合金的相稳定性和弹性性质的研究

3.1 引言

3.2 计算方法和结构模型

3.3 结果和讨论

3.4 小结

第4章 TiMo中不同合金相的相稳定性和弹性性能研究

4.1 引言

4.2 计算方法和结构模型

4.3 结果与讨论

4.4 小论

第5章 合金元素对β-Ti12Nb4合金的结构稳定性与弹性性质的影响

5.1 引言

5.2 计算方法和结构模型

5.3 结果及讨论

5.4 小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表和完成的论文