1、第卷焦第期月稀有金屬材料與工程，呵醫用基合金形成焓的改進模型計算彭好軍，廖樹幟，陳佳，王小麗，張張邦維，淳，謝浩文，歐陽義芳，（湖南師范大學量子結構與調控教育部重點實驗室，湖南長沙）（湖南師范大學，湖南長沙）（廣西大學，廣西南寧）（湖南大學，湖南長沙）（中國科學院國際材料物理中心，遼寧沈陽）摘要：采用改進模型計算醫用基合金的形成焓。結果表明，在醫用基合金中摻入非過渡金屬或能顯著降低醫用合金的形成焓。對于系合金形成焓，彈性形成焓的貢獻較化學形成焓貢獻大。關鍵詞：醫用基合金；形成焓改進模型中圖法分類號：；文獻標識碼：文章編號：（）由于很好的生物相容性及耐腐蝕能力，基合金很早就開始在醫學上得到應用，

2、其在醫用合金中所占比例很大】。醫用基合金的研究大多都是從其生物相容性、腐蝕性能及實驗制備等方面去研究】，尚未見以醫用基合金形成焓為研究主題的實驗測試、理論計算報道。形成焓是描述材料相形成能力和穩定性的重要參數】。合金的形成焓，特別是二元合金的形成焓，可以通過實驗測得】，也可以用第一原理及半經驗理論或模型計算得到，但對于多元合金，雖然有小部分的液相三元合金形成焓的測試結果，】，但固相多元合金的測試少有報道，多元合金形成焓的理論研究報道也不是很多堙】。為了解決多元合金形成焓的計算，本研究以二元合金形成焓理論，為基礎，提出多元合金形成焓改進模型，并將該模型用于三元合金形成焓計算”】，得到的結果與相關

3、文獻報道的理論和實驗結果吻合得很好，因此，將三元合金形成焓改進模型推廣到三元以上的多元合金，并用于醫用基合金的形成焓計算，希望該結果能對今后醫用基合金的制備和研究做理論準備。的成功【鄹。張邦維等將其擴展到非過渡族二元合金及進一步到三元合金，也獲得了成功”】。本研究在此基礎上，將其推廣應用到三元以上醫用基合金的形成焓計算。根據等關于三元固溶體混和焓的表述【】及張邦維等對四元的推廣，將元合金形成焓用通式表述為：（）式中上標、分別表示化學因素、彈性因素和結構因素對固溶體形成焓的貢獻。化學作用的貢獻可以根據模型計算【。根據張邦維等的研究，在此只考慮多元系中二元相互效應，忽略三元及以上的效應，則：胡一衄

4、，塒乩。衄，知一：窆日，其中：（）日五號（五日麓，乃日島）（）式中柏和而分別表示合金中，組元的原子百分含量。盤，為二元系中元素無限溶解在元素時的溶解焓，可根據等給出的表達式為：改進模型形成焓的計算主要用第一原理、半經驗峨，穢務圳竿爭進行計算，式中刀和礦分別為有效體積、電荷密度及化學勢，、滅為定義的常數。過渡模型和其他經驗模型、半經驗模型計算【】。半經驗理論對二元過渡族合金的形成焓計算取得了很好收稿日期：族金屬合金的日盤，的值等已作了計算引。作者簡介：彭好軍，男，年生，碩士研究生，湖南師范大學物理系，湖南長沙，電話：；通訊作者：廖樹幟。電話：，：第期彭好軍等：醫用基合金形成焓的改進模型計算彈性形

5、成焓的貢獻來源于溶質與溶劑原子尺寸的不同，對于刀元合金，彈性形成焓表示為：日，窆（）其中：齲：。齲：齲、這里甌，為二元系中尺寸差異對溶解焓的貢獻。彈性形成焓有兩種計算模型：模型和模型引，在本研究中，選擇計算彈性形成焓。模型為：峨，瓣【（）（）式中，為溶劑的剪切模量；墨為溶質的壓縮系數，它們的值可從所給出的表格中查到；盯和萬分別為溶質和溶劑的有效體積，是考慮了電荷轉移影響后修正的體積。對于式（）中結構因素對合金焓的貢獻需要考慮溶質和溶劑的化合價和晶體結構的差異，與彈性能的貢獻比較起來，結構因素的效應很小【，們，作為近似，不考慮它的作用。結果選取種商用醫用基合金及個組分連續變化的合金系進行計算，其

6、中對于彈性貢獻采用模型進行計算，得到了考慮彈性影響的模型醫用基合金形成焓（）以及不考慮彈性貢獻，只考慮化學因素的醫用基合金形成焓。對于缺少址毪，數值，根據式（）計算了其數值：，：。：，：，：【，：。為了對上面的合金形成焓進行研究，選取個二元系、和作為比對，將醫用基合金的形成焓與相應的組分連續變化二元合金系形成焓在同一圖中標出。圖圖中和分別表示用模型計算的和模型計算的醫用基合金形成焓結果。討論從圖、圖和圖發現，在相應的合金系中加入或者這兩個非過渡族元素時，合金的形成焓與相應的二元系的形成焓偏差很大，會使合金形成焓在二元系的基礎上向下發生很大的偏移。而圖的和圖的二元系中合金形成焓與二元系合金形成焓

7、的偏差卻很小，基本上就在二元系形成焓連童！一。隆彈一兮蠆矧搟苧引莖之降眵一乩：畦一（）（）（）（）罡二上，！一。毫）一婀母）（毋日（，）（句（）（）毋）（）一“一一），（），竹“）（對量圖姍合金系形成焓：（曩）稀有金屬材料與工程第卷線上或附近。因為根據等的計算原則【引，當很大相反，二元系中，彈性對形成焓的貢獻占主用式（）計算址鞏，時，如果和，中一個為過渡族元素另一個為非過渡族元素時，必須加上一個經驗修正項，其值比其它項大很多。因此對于合金，如果要降低其形成焓，可以在原成分中加入一些舢或者元素。要成分。當占的比重最大時，與衄（）變化趨勢相同；而當塵占的比重很小時，衄與（）變化趨勢就不一定相同。為

8、了與已有的實驗數據（】進行比較，對相應的合金作同樣的運算，結果見表。表中，、（）的計算值與實驗值平均相對誤差分別為、，原因是因為計算中沒有考慮分子熱運動，計算的是絕對零度的形成焓，而實驗值都是在一定溫度下測定的。毫昌毫司回趣×一毋咿償口仲；堇）萄協卜渤量：黜：（）閘一一弋（）口（）（礦（）（）（）司一）（）魯圖（）（）（）再合金系形成焓：（）（）口（）（）×（）（）（）（）（）（）（）卜（）（）（）一對于圖的二元系形成焓，刖與塒（）相差很大，且變化趨勢相反，前者為下凹，后者為上凸。原因是對于在式（）、式（）中，和的圖合金系形成焓：（）尺寸相差很大，而刀和礦卻相差很小，因此址

9、盤，比蛾。，小很多，從而與大多數形成焓中占的比重裹幾種二元合金形成焓計算值與實驗值比較表第期彭好軍等：醫用基合金形成焓的改進模型計算量螢圖（）合金系形成焓：（）（）￥（）¨肼（）（）（），（），慚弛（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）工，妒，科（）（），”¨，（），（），（）幟，州（），（）（）（）璣”（）（），妯。懈如（），（）（“）（）（）（）梆如（）抖，（）竹，功舢舢（）囂，礬（）。刖¨（）（）（）姍舢￥岫”，盱（），州，（），（），雌（）強姍（），（，結論【】，：在只考慮二元相互作用的基礎上，將擴展到三元以上合金，可以得到一種計算高元合金形成焓有效的方法。通過醫用基合金形成焓的計算可以發現，在基合金中加入非過渡金屬或，會顯著降低形成焓的數值；對于二元系合金形成焓，彈性形成焓的貢獻最大，與合金形成焓中一般是化學形成焓貢獻為主