医用低模量Ti-Mo-Sn合金的第一性原理计算（英文）

赵曦^1,2，余森^1,2，郑继明³，刘汉源^1,2，程军^1,2，麻西群^1,2

1. 西北有色金属研究院2. 陕西省医用金属材料重点实验室3. 西北大学

摘 要：采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Mo含量对Ti-xMo-Sn（x=1～5）合金相稳定性、弹性性质及其电子结构的影响,采用Voigt-Reuss-Hill近似方法估算了体系的多晶弹性模量,提出了低模量Ti-Mo-Sn合金的价电子准则,为医用钛合金的设计提供了理论基础。结果表明:Mo元素合金化能明显提高Ti-xMo-Sn合金的β相稳定性,所有合金都满足力学稳定性要求,随Mo元素含量增加,合金的体积模量B逐渐变大,而剪切模量G和杨氏模量E先减小后增大,其中Ti-3Mo-Sn具有最低的杨氏模量（48.47 GPa）和最佳的延展性,在生物医用领域展现出巨大潜力。Ti-xMo-Sn合金的弹性各向异性A与Mo元素含量有关,低弹性模量取向始终沿<100>晶体学方向。最后,结合Ti合金的总态密度（DOS）和分波态密度（PDOS）分析讨论了Mo元素对β相结构稳定性的影响机制。

关键词：医用钛合金;第一性原理计算;合金设计;低弹性模量;弹性性能;