本文關(guān)鍵詞：兩種生物醫(yī)用鈦合金的納米力學(xué)性能及腐蝕與磨損行為研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著醫(yī)用器材在臨床醫(yī)學(xué)中的大量應(yīng)用,生物材料的需求與日俱增。鈦合金由于具有質(zhì)輕,比強(qiáng)度高,無(wú)毒性,良好的抗蝕性能以及優(yōu)異的生物相容性,已經(jīng)成為了杰出的生物醫(yī)用金屬材料。然而,鈦合金植入人體臨床表明,鈦合金的彈性模量高于人體骨骼易產(chǎn)生 應(yīng)力屏蔽效應(yīng)‖,造成骨質(zhì)疏松和植入體的松動(dòng)。為了保持鈦合金特性且匹配人體骨骼的彈性模量,添加無(wú)毒元素Nb、Zr、Sn等制備β型鈦合金是一條行之有效的途徑。此外,醫(yī)用鈦合金在實(shí)際工作狀態(tài)中,由于耐磨性能差,在植入狀態(tài)下易遭受磨損的破壞,導(dǎo)致植入失效。這就要求不能僅考慮某單一性能的改善,還應(yīng)考慮鈦合金綜合性能的提高。針對(duì)以上問(wèn)題,本論文采用非自耗電弧熔煉爐制備了Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn兩種新型生物醫(yī)用β型鈦合金,并對(duì)兩種β型鈦合金的納米力學(xué)性能、摩擦磨損性能、腐蝕性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。同時(shí),考慮到鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,本文也對(duì)其耐高溫氧化性能行了研究。研究結(jié)果如下:1、采用納米壓痕技術(shù),對(duì)新型醫(yī)用鈦合金Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn的納米力學(xué)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ti-33Nb-4Sn合金和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金的接觸剛度-位移擬合曲線呈線性關(guān)系,且Ti-33Nb-4Sn合金的擬合斜率大于Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金;Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金抵抗外加載荷的能力要優(yōu)于ti-33nb-4sn合金,且卸載后ti-31nb-3zr-4sn的塑性變形較ti-33nb-4sn合金要小;ti-33nb-4sn和ti-31nb-3zr-4sn兩種合金的彈性模量顯著低于ti-6al-4v合金的彈性模量,ti-31nb-3zr-4sn合金彈性模量是三種合金中最低。ti-31nb-3zr-4sn合金彈性模量與人體骨骼相匹配,其硬度相對(duì)較高,抗外加載荷能力優(yōu)秀,塑性形變小。2、采用往復(fù)磨損試驗(yàn)儀對(duì)兩種合金的摩擦磨損性能及機(jī)理進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ti-31nb-3zr-4sn合金表現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的摩擦系數(shù),ti-33nb-4sn合金的摩擦系數(shù)隨著時(shí)間的增加,呈緩慢上升的趨勢(shì),ti-6al-4v合金的摩擦系數(shù)隨時(shí)間上升會(huì)有比較明顯的波動(dòng),但最后會(huì)趨于穩(wěn)定。三種合金的平均摩擦系數(shù)從大到小依次為:ti-33nb-4snti-6al-4vti-31nb-3zr-4sn合金。三種合金在摩擦過(guò)程中,均形成了相對(duì)明顯的犁溝并產(chǎn)生了大量的磨屑,呈現(xiàn)出磨粒磨損、氧化磨損和粘著磨損的磨損形式。通過(guò)比對(duì)摩擦系數(shù)以及磨痕形貌,表明ti-31nb-3zr-4sn合金的耐磨性最佳。3、采用動(dòng)電位極化曲線法和阻抗譜曲線法研究了ti-33nb-4sn、ti-31nb-3zr-4sn和ti-6al-4v合金在模擬人體體液中的電化學(xué)腐蝕性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)比ti-6al-4v合金,ti-33nb-4sn和ti-31nb-3zr-4sn合金在模擬人體體液中的耐腐蝕性能均未顯著降低,腐蝕性能無(wú)優(yōu)劣化,并能保持穩(wěn)定的鈍化和大范圍的鈍化面積。4、對(duì)ti-33nb-4sn和ti-31nb-3zr-4sn兩種合金高溫抗氧化性能進(jìn)行了對(duì)比和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ti-33nb-4sn和ti-31nb-3zr-4sn兩種合金分別在700℃和650℃出現(xiàn)金紅石相的TiO2結(jié)構(gòu),并且都會(huì)在700℃左右出現(xiàn)新的TixNbyO相。隨著溫度的增加,氧化程度加劇,氧化增重增加,不斷的有新的基體被氧化。隨著溫度的上升,氧化層與基體之間的應(yīng)力超出臨界值,使得界面出現(xiàn)裂紋,最終導(dǎo)致氧化膜脫落。
【關(guān)鍵詞】：Ti-33Nb-4Sn合金 Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金 納米力學(xué)性能 摩擦磨損 高溫氧化性能 腐蝕
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.23;R318.08
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 生物醫(yī)用金屬材料概述14-15
• 1.2.1 生物醫(yī)用金屬材料發(fā)展簡(jiǎn)介14-15
• 1.2.2 生物醫(yī)用金屬材料的性能要求15
• 1.3 生物醫(yī)用鈦合金15-19
• 1.3.1 鈦的性質(zhì)15-16
• 1.3.2 鈦合金的分類16-17
• 1.3.3 生物醫(yī)用鈦合金的發(fā)展過(guò)程17-19
• 1.4 生物醫(yī)用鈦合金的納米力學(xué)性能研究19-23
• 1.4.1 納米壓痕技術(shù)研究19
• 1.4.2 生物醫(yī)用鈦合金的力學(xué)性能研究現(xiàn)狀19-23
• 1.5 鈦合金的摩擦性能研究23-25
• 1.5.1 鈦合金的摩擦概論23-24
• 1.5.2 摩擦學(xué)基本理論24
• 1.5.3 磨損機(jī)理24-25
• 1.5.4 生物醫(yī)用鈦合金的摩擦磨損研究現(xiàn)狀25
• 1.6 鈦合金的腐蝕性能研究25-29
• 1.6.1 金屬腐蝕25-26
• 1.6.2 鈦合金的鈍化機(jī)理26
• 1.6.3 鈦合金的腐蝕形式26-27
• 1.6.4 鈦合金電化學(xué)腐蝕研究方法27-28
• 1.6.5 生物醫(yī)用鈦合金腐蝕的研究現(xiàn)狀28-29
• 1.7 課題的提出及研究?jī)?nèi)容29-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法31-37
• 2.1 材料制備31-33
• 2.2 合金的微結(jié)構(gòu)分析33-34
• 2.3 納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試34-35
• 2.4 干摩擦磨損實(shí)驗(yàn)35-36
• 2.5 電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)36-37
• 第三章 Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金的納米力學(xué)性能研究37-45
• 3.1 納米壓入技術(shù)概述37-38
• 3.2 納米技術(shù)壓入測(cè)試原理38-40
• 3.2.1 納米壓痕測(cè)試的力學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)38-40
• 3.2.2 連續(xù)剛度法40
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-44
• 3.3.1 接觸剛度位移曲線分析40-41
• 3.3.2 彈性模量與硬度分析41-43
• 3.3.3 載荷位移曲線分析43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金的摩擦磨損性能研究45-51
• 4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析45-49
• 4.1.1 摩擦系數(shù)45-47
• 4.1.2 磨痕形貌47-49
• 4.2 磨損機(jī)理討論49
• 4.3 本章小結(jié)49-51
• 第五章 Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金的腐蝕性能研究51-61
• 5.1 腐蝕電化學(xué)基本理論51-53
• 5.2 極化曲線分析53-54
• 5.3 交流阻抗分析54-57
• 5.4 腐蝕形貌分析57-58
• 5.5 腐蝕機(jī)理分析58-59
• 5.6 本章小結(jié)59-61
• 第六章 Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金的熱氧化行為研究61-73
• 6.1 熱氧化理論基礎(chǔ)61-63
• 6.2 實(shí)驗(yàn)方法63-64
• 6.2.1 材料準(zhǔn)備63-64
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)器材64
• 6.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟64
• 6.2.4 氧化層的檢測(cè)方法64
• 6.3 結(jié)果與分析64-70
• 6.3.1 氧化增重曲線分析64-66
• 6.3.2 氧化層組成的XRD分析66-67
• 6.3.3 氧化膜形貌的SEM及EDS分析67-70
• 6.4 本章小結(jié)70-73
• 第七章 總結(jié)與展望73-77
• 7.1 總結(jié)73-75
• 7.2 工作展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-87
• 致謝87-89
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文89

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 梁芳慧;生物醫(yī)用鈦合金的新進(jìn)展[J];稀有金屬快報(bào);2001年07期

2 ;生體醫(yī)用鈦合金的開(kāi)發(fā)[J];金屬功能材料;2006年01期

3 于振濤;;新型生物醫(yī)用鈦合金研制成功[J];稀有金屬快報(bào);2006年01期

4 曉敏;;生體醫(yī)用鈦合金的研制[J];金屬功能材料;2007年01期

5 ;新一代醫(yī)用鈦合金研制成功[J];稀有金屬快報(bào);2000年10期

6 寧聰琴,周玉;醫(yī)用鈦合金的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J];材料科學(xué)與工藝;2002年01期

7 李軍,周廉,李佐臣,陳杜娟;新型醫(yī)用鈦合金Ti-12.5Zr-2.5Nb-2.5Ta的研究[J];稀有金屬材料與工程;2003年05期

8 曉敏;;生體醫(yī)用鈦合金[J];金屬功能材料;2006年06期

9 趙鳳娟;宋英;王福平;;醫(yī)用鈦合金及其表面活化的研究現(xiàn)狀[J];金屬熱處理;2009年02期

10 吳義舟;郭愛(ài)紅;;生物醫(yī)用鈦合金發(fā)展和研究現(xiàn)狀[J];材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用;2010年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 于振濤;周廉;王克光;;外科植入件用生物醫(yī)用鈦合金的研究與開(kāi)發(fā)[A];科技、工程與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展——中國(guó)科協(xié)第五屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

2 于振濤;麻西群;余森;張明華;韓建業(yè);劉春潮;;生物醫(yī)用鈦合金的微納化加工技術(shù)及最新進(jìn)展[A];第十四屆全國(guó)鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2010年

3 李佐臣;李軍;;新型醫(yī)用TZNT合金的設(shè)計(jì)[A];第九屆全國(guó)生物材料學(xué)術(shù)會(huì)議（CBMS-9）論文集[C];2002年

4 陳斌;祝君梅;程琳;史夢(mèng)柔;高萍;程鵬;李光遠(yuǎn);王曉琳;李毅敏;;醫(yī)用鈦合金Ti-6Al-4V基體/羥基磷灰石涂層復(fù)合材料的生物相容性評(píng)價(jià)[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)第三十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 鄭彩云;新型醫(yī)用鈦合金發(fā)展前景廣闊[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2006年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張?chǎng)蚊?醫(yī)用鈦合金表面生物功能化改性及生物學(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 盧盼娜;兩種生物醫(yī)用鈦合金的納米力學(xué)性能及腐蝕與磨損行為研究[D];太原理工大學(xué);2016年

2 王蘇東;醫(yī)用鈦合金切削過(guò)程有限元仿真與試驗(yàn)研究[D];南京理工大學(xué);2010年

3 陳艷飛;生物醫(yī)用鈦合金顯微組織和力學(xué)性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

4 冉海瓊;醫(yī)用鈦合金表面氧化處理及功能組裝研究[D];蘭州大學(xué);2013年

5 張松營(yíng);醫(yī)用鈦合金表面不同粒度Al_2O_3噴砂酸蝕及多巴胺涂層研究[D];蘭州大學(xué);2014年

6 瞿皎;攪拌摩擦加工對(duì)生物醫(yī)用鈦合金顯微組織與摩擦磨損性能的影響[D];上海交通大學(xué);2015年

7 尹大宇;鉭涂層對(duì)生物醫(yī)用鈦合金抗腐蝕性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2011年

8 計(jì)雙興;生物醫(yī)用鈦合金Ti-34Nb-6Zr的組織及性能研究[D];天津大學(xué);2007年

9 施遠(yuǎn)馳;醫(yī)用鈦合金Ti-6Al-4V磁控濺射Ti-Nb表面改性[D];中國(guó)計(jì)量學(xué)院;2014年

  本文關(guān)鍵詞：兩種生物醫(yī)用鈦合金的納米力學(xué)性能及腐蝕與磨損行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：371767