NbTaTiZr系多组元合金骨科植入物材料力学性能的第一性原理计算

作者：陈怀昊; 邓林红; 王立哲; 吴长军; 潘志刚

来源：稀有金属材料与工程, 2021, 50(11): 3949-3956.

• 多组元合金
• 骨科植入物
• 力学性能
• 第一性原理

基于第一性原理密度泛函理论,结合广义梯度近似(GGA),对采用虚拟晶格近似(VCA)法建立的NbTaTiZr系体心立方结构模型,进行结构性质、弹性性质、各向异性以及硬度和耐磨性的计算,并结合骨科植入物材料的力学性能指标对计算结果进行了讨论。结果表明,Nb、Ta元素可以提高材料的延展性和金属键特性。Ti元素含量的增加有利于多组元合金杨氏模量和剪切模量的降低,显著提高合金的塑性,但考虑到泊松比与天然骨的匹配,应该严格控制Ti的含量。Ta、Nb、Zr、Ti对合金各向异性的影响依次增强。NbTa1.4TiZr合金的泊松比与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)人工髋关节相当,最接近人体皮质骨的显微硬度。

• 单位
  南京工业大学; 沙洲职业工学院; 江苏城乡建设职业学院; 常州大学