本文關(guān)鍵詞：Ti13Nb13Zr的熱氧化層制備及其性能研究

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【摘要】：Ti13Nb13Zr合金是具有高強(qiáng)度、高韌性、高的疲勞強(qiáng)度及良好的生物相容性的生物鈦合金。Ti13Nb13Zr合金的表面硬度比較低,耐磨性差,制約了其在人工關(guān)節(jié)中的廣泛的應(yīng)用。高溫下,氧比較容易固溶于鈦合金中,形成鈦的氧化物,起到固溶強(qiáng)化的作用,因此,可以利用熱氧化技術(shù)對(duì)Ti13Nb13Zr合金進(jìn)行鈦合金的表面改性。本文對(duì)Ti13Nb13Zr合金的熱氧化行為進(jìn)行研究,測(cè)試分析了Ti13Nb13Zr合金經(jīng)熱氧化后的表面成分、表面形貌、力學(xué)性能、耐腐蝕性能、表面潤(rùn)濕性及生物摩擦學(xué)性能,綜合評(píng)價(jià)Ti13Nb13Zr合金熱氧化后的表面性能。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)熱氧化處理后,Ti13Nb13Zr合金表面生成了成分主要為硬度及耐磨性比較好的金紅石型Ti O2熱氧化層。隨著熱氧化溫度的增加,表面熱氧化層厚度增加幅度顯著,由2.19μm增加到288.50μm,Ti13Nb13Zr合金的表面硬度得到很大提高,在熱氧化溫度為900℃時(shí),該合金的硬度達(dá)1038 HV,是未經(jīng)熱氧化處理的Ti13Nb13Zr合金的4.47倍。隨著氧體積含量的增加,Ti13Nb13Zr合金的熱氧化層厚度變化幅度不大,保持在40.52~51.72μm之間,Ti13Nb13Zr合金的表面硬度也得到提高,在氧體積含量為40%時(shí),合金的表面硬度達(dá)到最大值為1038 HV。隨熱氧化時(shí)間的增加,Ti13Nb13Zr合金的表面硬度均保持在1000 HV左右。經(jīng)熱氧化處理后,Ti13Nb13Zr合金的表面納米硬度也有很大改善,在經(jīng)800℃熱氧化處理后,合金的納米硬度為16.37 GPa,提高了3.76倍。Ti13Nb13Zr合金在2 h到10 h之間的氧化增重曲線符合直線氧化動(dòng)力學(xué)規(guī)律,氧化層的生長(zhǎng)速度與時(shí)間成正比,氧化速度比較快。熱氧化溫度分別為700℃、800℃、900℃、1000℃熱氧化處理的Ti13Nb13Zr合金的熱氧化速率常數(shù)分別為:0.222 mg2·cm-4·h-1,0.488 mg2·cm-4·h-1,48.003 mg2·cm-4·h-1,664.914mg2·cm-4·h-1。隨著溫度的增加,Ti13Nb13Zr合金的熱氧化速率常數(shù)增加,Ti13Nb13Zr合金抗氧化能力減小,被氧化的程度增大。經(jīng)熱氧化處理后,Ti13Nb13Zr合金的接觸角均有下降,粘附功降低,熱氧化后的Ti13Nb13Zr合金潤(rùn)濕性能均有得到改善。其中,熱氧化時(shí)間為4 h,溫度為900℃,氧體積含量為40%熱氧化處理的Ti13Nb13Zr合金的表面潤(rùn)濕角為68.50°,最接近細(xì)胞粘附的最優(yōu)潤(rùn)濕角70°。同時(shí),Ti13Nb13Zr合金經(jīng)熱氧化處理后的耐腐蝕性得到了明顯的提高,其中熱氧化條件為溫度為900℃,氧體積含量為40%處理的Ti13Nb13Zr合金的自腐蝕電位為-0.1902 V,自腐蝕電流為1.658×10-9 A/cm2,腐蝕深度是0.14×10-4 mm/a,耐腐蝕性能最佳。Ti13Nb13Zr合金的生物摩擦學(xué)試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),Ti13Nb13Zr合金經(jīng)過熱氧化處理表面生成的金紅石型Ti O2提高了該合金的耐磨性,對(duì)該合金在人工關(guān)節(jié)領(lǐng)域的應(yīng)用有極大的幫助。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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

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本文編號(hào)：1261161