與致密金屬多孔金屬相比，泡沫鈦合金孔隙率可調(diào)，強(qiáng)度、剛度等與植入部位的骨骼更加匹配，可以減少“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，因而近年來(lái)在醫(yī)用方面引起了廣泛的關(guān)注。劇烈的運(yùn)動(dòng)會(huì)使人體承力的骨和關(guān)節(jié)（如髖、膝關(guān)節(jié)等）產(chǎn)生斷裂或微裂紋，這往往由疲勞載荷導(dǎo)致。泡沫鈦合金作為承力的骨替換植入材料在醫(yī)用方面有很大的應(yīng)用前景，對(duì)其疲勞斷裂行為的研究就顯得尤為必要。澳大利亞迪肯大學(xué)Kashef等人對(duì)開(kāi)孔泡沫鈦合金的疲勞裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)原料為平均粒徑45 μm、純度99.9%的純鈦粉。以NH4HCO3為造孔劑。鈦粉與造孔劑混合后進(jìn)行冷等靜壓成形，脫造孔劑后，加熱至1 120 ℃保溫7 h制備成60％開(kāi)孔泡沫鈦合金。為了更好地比較分析泡沫鈦合金的疲勞行為，采用簡(jiǎn)單局部加熱的方法制備了一組有致密涂層（厚度為0.5 mm）的泡沫鈦合金試樣。對(duì)有涂層泡沫鈦合金和無(wú)涂層泡沫鈦合金進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)。壓縮試樣的尺寸為31.25 mm×30 mm×6 mm，壓縮試驗(yàn)頻率為40 Hz，最小和最大載荷比R分別為0.1和0.5。疲勞強(qiáng)度用破壞性試驗(yàn)獲得，允許最大載荷比最大疲勞強(qiáng)度低5%。多孔試樣和致密涂層多孔試樣的允許最大載荷分別為200 N和350 N。采用數(shù)碼相機(jī)采集記錄壓縮試樣兩面裂紋擴(kuò)展的實(shí)時(shí)狀態(tài)，采集幀率為3 f/s，以平均裂紋長(zhǎng)度作為裂紋尺寸的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試中還用到ASTM E647-08標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的柔度法，同時(shí)利用帕里斯定律da/dN=C△Km分析疲勞裂紋擴(kuò)展速率。其中裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子△K由循環(huán)最大和最小載荷計(jì)算得到，C和m為常數(shù)。da/dN和△K曲線一般分為3段，第1段為近門檻區(qū)，第2段為帕里斯區(qū)，第3段為快速擴(kuò)展區(qū)。實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)帕里斯區(qū)進(jìn)行了研究。通過(guò)增加應(yīng)力強(qiáng)度因子△K，得到了一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)擬合后得到無(wú)涂層和致密涂層試樣的帕里斯定律參數(shù)C和m，分別為7×10-17、1×10-16和17.1±0.3、14.2±0.2。在同樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子下，無(wú)涂層的試樣C值更低，m值更高，說(shuō)明無(wú)涂層試樣裂紋生長(zhǎng)速率更快，這是由于致密涂層提高了泡沫鈦合金裂紋擴(kuò)展阻力。在R值分別為0.5和0.1時(shí)，無(wú)涂層試樣的帕里斯參數(shù)m值分別為16.59和17.15，致密涂層試樣的m值分別為15.76和14.16。無(wú)涂層和致密涂層試樣的m值變化趨勢(shì)相反，但差別都不明顯，說(shuō)明最小最大載荷比對(duì)于裂紋擴(kuò)展速率的影響不明顯。研究中的致密涂層雖然能夠降低裂紋擴(kuò)展速率，但帕里斯參數(shù)的變化沒(méi)有降低應(yīng)力強(qiáng)度因子△K的作用明顯，同時(shí)實(shí)驗(yàn)所用制備致密涂層的方法只適用于簡(jiǎn)單的板件等，在醫(yī)用方面并沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。密質(zhì)骨的帕里斯指數(shù)m為4.4～9.5，牙本質(zhì)為8.76，都低于無(wú)涂層試樣（17.15）。在給定的應(yīng)力強(qiáng)度因子△K下，牛骨的帕里斯指數(shù)m值為3.71～5.42，遠(yuǎn)低于60%開(kāi)孔泡沫鈦合金，裂紋尖端的彈性應(yīng)變集聚是多孔金屬材料比牛骨等裂紋擴(kuò)展阻力高的主要原因。泡沫鈦合金在松質(zhì)骨修復(fù)、牙科修復(fù)中可能有廣泛的應(yīng)用。