新型晶體結構鈦合金 可改善人造關節性能

材料牛注：萊斯大學的物理學家Morosan教授發現鈦金比3:1的鈦金合金會改善人造關節的性能，這種鈦金合金的晶體結構顛覆了前人的實驗結果，原來在低溫下，鈦與金比例為3:1的鈦金合金中的金屬原子會排列成另一種立方結構，就是前人實驗測得硬度的晶體結構；在高溫下這種比例的鈦金合金會產生一種β硬度的合金晶體結構。

鈦因為其強度高、耐磨性好、無毒成為人造膝蓋關節和髖關節的主要材料，但萊斯大學的物理學家的一個驚人的發現：鈦與黃金的比例為3:1時會形成一種特殊的結構，改善人造關節的性能。

Morosan教授指出：鈦金合金的硬度是大多鋼鐵材料的3到4倍，是純鈦材料的4倍，而純鈦是人造牙齒和關節的主要材料。這種合金不是很難生產，但其不是新的材料。

眾所周知，材料的原子結構中，由原子堆積成的立方晶體結構與材料的硬度密切相關。 Morosan 和其合作者Svanidze的研究，首次用合金創造出超硬材料。

Morosan 解釋道：當我們產出一種新的合金時，我們會用將其磨成粉末，來做X射線實驗，鑒別其成分、百分比、晶體結構和其他結構上的性質。但我們經過不斷地嘗試都沒能將鈦金合金磨成粉末。因此我們決定要測定這種合金到底有多硬，我們也測試了鈦與金的其他組合物的硬度，用于對比實驗。

已經在高溫下制備出鈦與金比例為3:1的化合物。當時他們還不知道在高溫下這種比例的鈦金合金會產生一種β硬度的合金晶體結構。在低溫下，鈦與金比例為3:1的鈦金合金中的金屬原子會排列成另一種立方結構，以前實驗測得的3:1的鈦金合金的硬度就是這種晶體結構。

生物醫用材料的兩個關鍵的點就是生物相容性和耐磨性。由于鈦和金都具有生物相容性，常常應用在生物醫學上植入生物體內，該團隊相信這種3:1的鈦金合金也同樣勝任。德克薩斯大學的癌癥中心的實驗結果表明3:1的鈦金合金相對于純鈦，具有更好的相容性和耐磨性。

Morosan和其團隊計劃進一步研究3:1的鈦金合金的晶體結構，測試化學摻雜是否會提高其硬度。

原文鏈接：Titanium-gold alloy four times harder than most steels

本文由編輯部顧玥提供素材，學海有涯編譯，點我加入材料人編輯部。

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