【摘要】：Ti-6Al-4V由于密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好和良好的生物相容性等特點(diǎn),被廣泛用作生物植入體材料,成為生物體修復(fù)和人工關(guān)節(jié)的首選材料。但是因?yàn)門(mén)i-6Al-4V硬度低、摩擦系數(shù)大、耐磨性差,使其易發(fā)生磨損破壞產(chǎn)生大量磨屑及材料中的Al、V元素溢出,對(duì)生物體產(chǎn)生危害,造成生物植入體的失效,嚴(yán)重影響了鈦合金的使用壽命和應(yīng)用范圍。等原子比Ni-Ti合金不但有良好的形狀記憶效應(yīng)、耐蝕性和生物相容性,而且具有優(yōu)異的摩擦學(xué)特性。因此,通過(guò)表面改性的方法沉積Ni-Ti合金薄膜來(lái)提高Ti-6Al-4V的表面硬度,降低摩擦系數(shù)及提高耐磨性,彌補(bǔ)其在應(yīng)用中的不足是十分必要的。本課題采用直流磁控濺射,首先探索了Ti-6Al-4V的預(yù)處理工藝,通過(guò)優(yōu)化濺射工藝參數(shù)沉積得到近等原子比的Ni-Ti薄膜,并對(duì)薄膜進(jìn)行后續(xù)晶化退火處理。研究不同工藝參數(shù)對(duì)Ni-Ti薄膜表面形貌、粗糙度、晶粒尺寸、物相組成等微觀組織的影響。對(duì)Ni-Ti薄膜的膜基結(jié)合力、硬度、摩擦磨損等力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試,分析濺射工藝參數(shù)和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響。研究表明,基片預(yù)處理方式對(duì)濺射薄膜形貌和膜基結(jié)合強(qiáng)度有明顯影響,拋光后的基片依次經(jīng)物理清洗、化學(xué)除油和表面酸蝕活化處理,可以阻止基片表面氧化,增強(qiáng)膜基結(jié)合強(qiáng)度,改善薄膜表面質(zhì)量。Ni-Ti薄膜最佳濺射工藝為:濺射功率170W,基片溫度260℃,偏壓-50V,濺射時(shí)間45min,沉積速率為97nm/min。Ni-Ti薄膜經(jīng)600℃×1h晶化退火后,薄膜表面均勻致密,晶化程度良好,平均粗糙度約1OOnm;薄膜的原子比為Ni:Ti=51.05at%:48.95at%,室溫下為B2母相奧氏體,主要晶面為(1 10)、(2 1 1),薄膜中主要有富Ni相Ni4Ti3和Ni3Ti析出,析出相的分布對(duì)薄膜硬度有較大影響;薄膜與基體Ti-6Al-4V結(jié)合良好,硬度由基體的314HV0.2提高至451HV0.2,摩擦系數(shù)由0.4左右降到0.2左右,磨損量與基體相比減少約80%,減摩和耐磨性能得到明顯改善。
【圖文】：

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論逡逑及欽合金逡逑和鈦合金簡(jiǎn)介逡逑屬過(guò)度金屬，外觀銀灰色，在地殼中含量豐富，在自然界中，，鈦主要和鈦酸鹽形態(tài)存在鈦具有兩種同素異構(gòu)體，在８８２．５°Ｃ以下為ａ－Ｔ方結(jié)構(gòu)；在８８２．５°Ｃ與熔點(diǎn)（１６６８°Ｃ）之間為ｐ－Ｔｉ．體心立方結(jié)構(gòu)丨３丨。逡逑

？邋？邐肩、＇逡逑圖１．１鈦的晶體結(jié)構(gòu)示意圖⑶逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｉｔａｎｉｕｍ逡逑鈦合金是以鈦為基體加入鋁、釩、鉬等合金元素組成的合金。第一種實(shí)用鈦逡逑合金是Ｔｉ－６ＡＩ－４Ｖ，在鈦合金中使用量最大，約占全部鈦合金的７５°／ｔ８５％ｌ４ｌ。逡逑鈦合金按退火組織可分為ａ、（３和（ａ＋ｐ）三大類丨５】。逡逑（１）邐ａ鈦合金逡逑ｏｔ鈦合金的主要合金元素是ＡＩ，起穩(wěn)定ａ相的作用，組織中主要是ａ相，耐磨逡逑性高于純鈦，抗氧化能力和耐熱性強(qiáng)｜６１。在５００°Ｃ溫度下，仍保持其較高強(qiáng)度，逡逑但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，通常在退火或熱軋態(tài)下使用［７１。逡逑（２）
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG174.4;TG146.23;R318.08

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本文編號(hào)：2693212