生物用鈦合金疲勞試驗方法的研究

　　隨著學術界對生物金屬材料在生物環境中的疲勞或腐蝕疲勞研究的深入，斷裂過程的復雜性也在不斷增加，仍有許多未解決的研究領域。目前，生物環境中的疲勞試驗方法都是單獨在實驗室進行的。

　　1.本文討論了生物鈦合金的綜合性能，包括疲勞腐蝕、耐磨性和細胞的影響。具體討論了樣品形狀、重復速度、加載方式、模擬體液、酸堿度和溶解氧濃度等影響因素，驗證了試驗方法的合理性。

　　2.實驗方法

　　以大同特殊鋼(ASTM F136)生產的Ti-6Al-4VELI合金為試樣。疲勞試樣形狀:準漏砂圓棒，標準間距12毫米，直徑6毫米。疲勞試驗條件:單軸拉伸載荷下的頻率為10Hz，在正弦波下進行。試驗溫度在實驗室的大氣環境中進行，室內溫度由空調調節至22℃。疲勞負荷重復107次。

　　生物鈦合金的疲勞試驗參數包括:試樣的表面性質、應力比、有無間隙、重復頻率、載荷加載方式、模擬體液種類、pH值和溶解氧濃度的選擇等，這些都是影響因素。本文只報道了試樣表面性質對疲勞性能的影響。至于表面性質，討論了加工樣品表面和鏡面拋光材料。

　　3.結果

　　樣品的縱向表面粗糙度由接觸表面粗糙度計測量。結果表明，與加工材料相比，鏡面拋光樣品的表面粗糙度降低了一半以下。具有這種表面粗糙度的樣品的拉伸強度測試結果(應力-變形曲線):無論表面粗糙度如何，拉伸強度和伸長率的結果都是相同的，這表明不同的表面性能對拉伸性能沒有影響。

　　一方面，疲勞試驗的結果是鏡面拋光樣品在不同應力水平下的重復次數比機加工樣品增加。即表面性能對疲勞壽命的影響。隨著重復次數的增加，裂紋的起始點從表面向內變化，與鏡面拋光材料相比，內部裂紋的起始位置出現在外部(靠近表面)。這是由于表面粗糙度大的材料表面附近的高應力狀態，對裂紋敏感。也就是說，伴隨表面粗糙度的不均勻程度促進了裂紋的產生，并且裂紋紋理較大。因此，隨著試樣數量的增加，詳細分析了裂紋起點與應力分布的關系，從而了解其中一個課題:表面性質對疲勞特性的影響。

　　4.結論

　　本研究針對生物鈦合金的各種疲勞相關條件，探討了綜合疲勞試驗方法及其特點。特別報道了樣品的表面性質，即表面粗糙度對疲勞特性的影響。