生物用钛合金的疲劳试验方法研究

关于生物用金属材料在生物体环境下的疲劳或者腐蚀疲劳的研究的学术性在深化的同时，断裂工艺的复杂性也在增加，还存在许多未解的研究领域。在目前的生物环境下的疲劳试验方法都是在研究室独自进行的。
本课题探讨了关于生物用钛合金的疲劳腐蚀、耐磨性、细胞的影响在内的综合性能。具体地说试料形状、重复速度、荷重负载方法、模拟体液、pH及溶解氧浓度等的影响因素，同时验证了试验方法是否妥当。

2．实验方法
试样采用的是大同特殊钢制的Ti-6Al-4VELI合金（ASTM F136）。疲劳试样的形状：标间距为12mm、直径为6mm的准砂漏圆棒。疲劳试验的条件：单轴拉伸负载下的频率为10Hz，在正弦波下进行。试验温度在用空调将室内温度调整到22℃下的实验室的大气环境下进行。疲劳负载的重复次数是107次。
生物用钛合金的疲劳试验参数有：试样的表面性质、应力比、缺口的有无、重复速度、荷重负载方法、模拟体液的种类及pH、溶解氧浓度的选择，这些均是影响因素。这里只报告了试样的表面性质对疲劳特性的影响。关于表面性质，采用机械加工状的试样表面与镜面抛光2类材进行了讨论。

3．结果
采用接触式表面粗糙度测量计对试料的纵向进行表面粗糙测量的结果：镜面抛光试样的表面粗糙度与机械加工状的材料相比，降到了一半以下。有这样的表面粗糙度的试样的拉伸强度试验结果（应力-变形曲线）：不论表面粗糙度如何，最大拉伸强度、延伸率等的结果是相同的，这说明表面性质的不同，对拉伸特性没有影响。
一方面，疲劳试验的结果是比起机械加工状材，镜面抛光的试样在各应力水平下的重复次数增加。即，表面性质对疲劳寿命的影响。重复次数增加的同时，裂纹的起点从表面的向内部转变，内部裂纹的起始位置比起镜面抛光材来，机械加工状材在出现外侧（靠近表面）。这是由于表面粗糙度的大的材中，在表面附近的应力状态高，对裂纹较敏感。即表面粗糙度伴随的凹凸的程度促进了裂纹的产生，裂纹纹理较大。因此，样品数目的增加，裂纹起点与应力分布的关系进行了详细解析，这样就明白了课题之一：表面性质对疲劳特性的影响。

4．结论
本研究侧重于生物用钛合金的疲劳相关的各种条件，探讨了综合疲劳试验方法及其特性。尤其是报告了试样的表面性质，即弄清了表面粗糙度对疲劳特性的影响。