發(fā)布時間：2020-06-02 13:13

【摘要】：Ti-6Al-4V由于密度低、比強度高、耐蝕性好和良好的生物相容性等特點,被廣泛用作生物植入體材料,成為生物體修復和人工關節(jié)的首選材料。但是因為Ti-6Al-4V硬度低、摩擦系數(shù)大、耐磨性差,使其易發(fā)生磨損破壞產生大量磨屑及材料中的Al、V元素溢出,對生物體產生危害,造成生物植入體的失效,嚴重影響了鈦合金的使用壽命和應用范圍。等原子比Ni-Ti合金不但有良好的形狀記憶效應、耐蝕性和生物相容性,而且具有優(yōu)異的摩擦學特性。因此,通過表面改性的方法沉積Ni-Ti合金薄膜來提高Ti-6Al-4V的表面硬度,降低摩擦系數(shù)及提高耐磨性,彌補其在應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的預處理工藝,通過優(yōu)化濺射工藝參數(shù)沉積得到近等原子比的Ni-Ti薄膜,并對薄膜進行后續(xù)晶化退火處理。研究不同工藝參數(shù)對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Ni-Ti薄膜的膜基結合力、硬度、摩擦磨損等力學性能進行了測試,分析濺射工藝參數(shù)和微觀結構對力學性能的影響。研究表明,基片預處理方式對濺射薄膜形貌和膜基結合強度有明顯影響,拋光后的基片依次經(jīng)物理清洗、化學除油和表面酸蝕活化處理,可以阻止基片表面氧化,增強膜基結合強度,改善薄膜表面質量。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,析出相的分布對薄膜硬度有較大影響;薄膜與基體Ti-6Al-4V結合良好,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】：

山東大學碩士學位論文第一章緒論逡逑及欽合金逡逑和鈦合金簡介逡逑屬過度金屬，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體，在８８２．５°Ｃ以下為ａ－Ｔ方結構；在８８２．５°Ｃ與熔點（１６６８°Ｃ）之間為ｐ－Ｔｉ．體心立方結構丨３丨。逡逑

？邋？邐肩、＇逡逑圖１．１鈦的晶體結構示意圖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｜６１。在５００°Ｃ溫度下，仍保持其較高強度，逡逑但不能進行熱處理強化，通常在退火或熱軋態(tài)下使用［７１。逡逑（２）
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG174.4;TG146.23;R318.08

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本文編號：2693212