本文關(guān)鍵詞：Ti6Al4V高溫固體滲碳工藝及其性能研究

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【摘要】：目前在矯形外科領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的Ti6Al4V合金,又稱TC4鈦合金,具有很好的耐蝕性、生物相容性、較高的機械強度和較好的機械加工性能。但是,由于鈦合金較差的摩擦學(xué)性能極大的限制了其在人工關(guān)節(jié)中更廣泛得使用。因此研究鈦合金的表面改性技術(shù),在鈦合金表面制備具有高硬度、耐磨和耐腐蝕性能的陶瓷層,進而研究其在生理環(huán)境下的生物摩擦學(xué)性能,對發(fā)展高性能的人工金屬關(guān)節(jié)、提高醫(yī)用鈦合金人工關(guān)節(jié)的服役壽命,進一步促進鈦合金在人工假體領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要意義。本文利用固體滲碳劑對Ti6Al4V進行高溫固體滲碳,在其表面制備高硬度滲碳層,可以有效的避免傳統(tǒng)氣體離子注入滲碳工藝引起的氫脆現(xiàn)象。本文對在不同工藝條件下滲碳后的表面形貌、成分、耐蝕性和生物摩擦學(xué)性能進行測試,分析滲碳工藝對滲碳層結(jié)構(gòu)、成分、耐蝕性和摩擦學(xué)性能的影響。表面形貌分析可知,經(jīng)過滲碳處理后試樣的原始表面形貌發(fā)生了很大的改變,表面堆垛大量致密的顆粒狀或棒狀滲碳產(chǎn)物。隨著滲碳溫度的升高,表層結(jié)合力下降,極易剝落。在較高溫度滲碳時,保溫時間越長,生成的Ti C顆粒越粗大。當(dāng)滲碳時間足夠長時,保溫時間對滲碳顆粒尺寸的影響較小。經(jīng)簡單拋光后發(fā)現(xiàn),滲碳層表面存在大量微孔,Ti C顆粒堆垛而形成的孔隙中有次生的Ti C顆粒生成。滲碳后試樣的原始表面形成一層很薄且疏松的氧化鈦層,并存在少量的碳化鈦、氮化鈦和氧化鋁。氧化物表層的存在并不會阻礙碳原子在基體中的滲透和擴散,對滲碳過程基本沒有影響。原始表面去除后,經(jīng)XRD分析表面主要是Ti C陶瓷層。隨著滲碳溫度的升高,Ti C含量增加;滲碳溫度越高,滲碳層越厚;滲碳保溫時間越長,滲碳層越厚。滲碳后試樣表面硬度顯著提高,滲碳后試樣表面最大硬度可達到原始試樣的4倍以上。Ti6Al4V經(jīng)滲碳處理后,在生理鹽水、稀硫酸、SBF溶液中的耐蝕性能下降,但仍屬于耐蝕材料。經(jīng)滲碳處理后,鈦合金表面潤濕性提高,有效的提高Ti6Al4V基體的生物相容性并有利于細(xì)胞的吸附。滲碳后試樣的摩擦系數(shù)沒有顯著的變化,但由于試樣表面硬度顯著提高,在三種不同潤滑條件下磨損率有明顯下降,極大改善了Ti6Al4V合金在不同潤滑條件下的耐磨損性能。
【關(guān)鍵詞】：Ti6Al4V 高溫固體滲碳 生物材料 TiC
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG156.81
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-20
• 變量注釋表20-21
• 1 緒論21-34
• 1.1 醫(yī)用鈦金屬材料21-25
• 1.2 鈦合金的表面改性方法25-33
• 1.3 本文研究目標(biāo)及內(nèi)容33-34
• 2 實驗材料及實驗方案34-40
• 2.1 試驗方法及原理34-35
• 2.2 實驗材料及方案35-38
• 2.3 性能測試方法38-39
• 2.4 其他性能表征39-40
• 3 滲碳工藝對滲碳層性能的影響40-62
• 3.1 表面形貌分析40-44
• 3.2 表面粗糙度分析44-45
• 3.3 成分分析45-53
• 3.4 顯微硬度分析53-54
• 3.5 截面形貌54-58
• 3.6 截面能譜分析58-60
• 3.7 本章小結(jié)60-62
• 4 電化學(xué)腐蝕性能及潤濕性62-77
• 4.1 引言62
• 4.2 電化學(xué)腐蝕性能62-73
• 4.3 表面潤濕性73-76
• 4.4 本章小結(jié)76-77
• 5 鈦合金滲碳層的生物摩擦學(xué)性能77-88
• 5.1 引言77
• 5.2 實驗結(jié)果77-87
• 5.3 本章小結(jié)87-88
• 6 結(jié)論88-90
• 參考文獻90-97
• 作者簡歷97-101
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集101

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 樊燦燦;寧靜;孟松;李應(yīng)龍;彭鵬;劉斌;;鎳鉻合金烤瓷牙的腎毒性:理論研究與臨床驗證[J];中國組織工程研究與臨床康復(fù);2010年03期

2 黎明,溫詩鑄;納米壓痕技術(shù)及其應(yīng)用[J];中國機械工程;2002年16期

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本文編號：1015458