本文關(guān)鍵詞：激光熔覆硅灰石陶瓷涂層摩擦磨損性能研究　出處：《浙江工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：硅灰石涂層不僅有較高的結(jié)合強(qiáng)度,而且還具有優(yōu)良的生物活性和生物相容性,被視為是潛在的骨替代材料。骨替代材料通常需要滿足一定的力學(xué)和生物學(xué)性能要求。硅灰石涂層植入生物體內(nèi)后,發(fā)生溶解和降解以誘導(dǎo)生成骨組織,但是其存在溶解速度過快問題。而且關(guān)于硅灰石涂層的磨損方面的力學(xué)性能目前研究的還較少。本文利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金基體制備不同氧化鋯(ZrO_2)含量(0wt.%、20wt.%和40wt.%)的硅灰石復(fù)合陶瓷涂層(分別標(biāo)號為W10、W8Z2和W6Z4),并對涂層的組織結(jié)構(gòu)、生物活性、磨損性能等進(jìn)行研究。(1)涂層結(jié)構(gòu)致密,無微觀的裂紋產(chǎn)生,涂層和基體實現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。涂層的微觀結(jié)構(gòu)主要是蜂窩狀和蜂窩-枝晶結(jié)構(gòu),添加的ZrO_2相使晶體的枝狀變的粗糙,并提高了涂層的顯微硬度和結(jié)合強(qiáng)度。W10涂層的主要成分由β-CaSiO_3、CaTiO_3,α-Ca_2(SiO_4),SiO_2,TiO_2和CaO等構(gòu)成。W8Z2和W6Z4涂層中的ZrO_2仍有部分是以四方相形式存在,ZrO_2和CaO反應(yīng)生成CaZrO_3。(2)通過Tris-HCl溶液浸泡測試涂層降解性能。在涂層中添加氧化鋯相,可以提高涂層的致密度,可以明顯降低涂層的降解率,七天后,可以使涂層的降解速率下降30%以上。SBF溶液浸泡試驗探討了涂層的生物活性,涂層表面沉積的鈣磷層表明了涂層的生物活性。并對涂層表面磷灰石的沉積成核、生長過程進(jìn)行了分析。但添加ZrO_2相會降低涂層的生物活性。(3)利用磨損試驗機(jī)研究了涂層磨損性能,并對滑動接觸過程中的應(yīng)力分布和變化進(jìn)行數(shù)值模擬分析。干摩擦情況下,涂層的摩擦系數(shù)隨著添加氧化鋯含量的增大而變大,磨損量變化呈現(xiàn)相反趨勢;W10和W8Z2涂層磨損表面呈現(xiàn)出典型的疲勞剝落特征,W6Z4涂層磨損磨損機(jī)制為以犁溝效應(yīng)和磨粒磨損、粘著為主。而在牛血清潤滑環(huán)境下,摩擦系數(shù)變化和磨損量隨著添加氧化鋯含量的增大而變大而降低,涂層表面出現(xiàn)犁溝痕跡。添加的氧化鋯增加涂層斷裂韌性和硬度,從而提高其抗磨損性能。載荷對涂層摩擦系數(shù)和磨損量產(chǎn)生顯著影響,在重載條件下,牛血清的潤滑效果下降,并使?jié)櫥ず穸茸冃?潤滑性能變差,因此產(chǎn)生較大的磨損量和較高摩擦系數(shù)。(4)ANSYS分析結(jié)果表明:接觸界面壓力、摩擦力、等效應(yīng)力的分布是不均勻的,并在滑動結(jié)束的非穩(wěn)態(tài)磨損階段突然升高。SEM顯示磨痕的末端產(chǎn)生更加嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象,應(yīng)力的突然升高有關(guān)從側(cè)面解釋了磨損現(xiàn)象。在涂層實際使用過程中,應(yīng)更加關(guān)注非穩(wěn)態(tài)磨損。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1314099