本文關(guān)鍵詞：TiNi合金表面等離子滲Mo合金層性能的研究

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【摘要】：鈦鎳合金因其良好生物相容性、耐磨耐蝕性、超彈性、高比強(qiáng)度等優(yōu)異性能廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。然而目前，在其產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中仍存在兩大缺點(diǎn)。一是其較低的硬度。其一旦植入人體，需要長(zhǎng)時(shí)間的服役工作。其在經(jīng)受人體組織間過(guò)度磨損后會(huì)導(dǎo)致人體病變。二是，鎳本身是一種有致癌傾向的元素。其伴隨著磨損析出，會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞和組織發(fā)生過(guò)敏、中毒甚至癌變反應(yīng)。諸多表面改性方法均無(wú)法有效解決以上兩大制約因素。而鉬具有硬度高、高溫強(qiáng)度好、抗腐蝕能力強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)異等一系列優(yōu)點(diǎn)。為此，本文提出采用雙輝等離子滲金屬技術(shù)在TiNi合金表面進(jìn)行滲Mo處理形成與基體冶金結(jié)合且成分呈梯度分布的擴(kuò)散層，以改善以上制約因素。 采用雙輝等離子滲金屬技術(shù)在TiNi合金表面進(jìn)行滲Mo處理，研究各工藝參數(shù)對(duì)改性層性能的影響，通過(guò)分析對(duì)比得出了優(yōu)化后工藝參數(shù)為：溫度900℃、時(shí)間2h、氣壓40Pa、源極電壓－550V～－700V、工件極電壓－300V～－450V、源－工件極間距19mm。采用XRD和GDOES分析了滲層相組成及成分分布，Mo改性層主要由Mo，MoTi，MoNi和Ti2Ni相構(gòu)成，其元素成分由表層沿基體內(nèi)部呈現(xiàn)梯度分布，形成了良好的冶金結(jié)合。 采用硬度計(jì)測(cè)試了Mo合金滲層的表面硬度和橫截面的硬度，結(jié)果顯示900℃和950℃處理下的Mo改性層顯微硬度分別為832.8HV和762.4HV，這是TiNi合金基體硬度的3倍左右；截面硬度呈梯度分布，具有很好的過(guò)渡性。 通過(guò)往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)對(duì)Mo合金改性層耐磨性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明900℃處理下Mo改性層表現(xiàn)出良好的減摩性；900℃和950℃處理下的Mo改性層耐磨損性能分別是基體的3.8倍和3.2倍，都具有好的耐摩擦磨損性能。測(cè)試分析了TiNi合金表面等離子滲Mo處理后耐腐蝕性能。取電化學(xué)反應(yīng)后試劑各10ml測(cè)量其Ni+濃度，ICP-MS7500CE質(zhì)譜儀分析結(jié)果顯示，900℃下Mo改性層的反應(yīng)溶液中Ni+為0.41ppm，，950℃下Mo改性層的反應(yīng)溶液中Ni+為0.43ppm，而TiNi基體反應(yīng)溶液中Ni+為13.08ppm。鉬改性層一定程度上成功地抑制了Ni+釋放到人體。
【關(guān)鍵詞】：TiNi合金 雙輝等離子滲Mo 耐磨性 耐蝕性 Ni+釋放
【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】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 鈦合金及鈦鎳合金10-19
• 1.1.1 鈦合金的概述10-14
• 1.1.2 鈦鎳合金及其研究現(xiàn)狀14-16
• 1.1.3 鈦鎳合金表面改性技術(shù)16-19
• 1.2 雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)19-20
• 1.2.1 滲金屬技術(shù)基本原理19-20
• 1.2.2 雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)特點(diǎn)20
• 1.2.3 滲金屬技術(shù)現(xiàn)狀20
• 1.3 鉬及鉬涂層的應(yīng)用20-21
• 1.3.1 金屬鉬的性質(zhì)20-21
• 1.3.2 鉬的應(yīng)用21
• 1.4 課題研究意義和研究?jī)?nèi)容21-24
• 1.4.1 研究意義21
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容21-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與研究方法24-30
• 2.1 表面合金化層制備24-26
• 2.1.1 滲金屬設(shè)備24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料24-25
• 2.1.3 改性層制備工藝過(guò)程25-26
• 2.2 合金化層性能的表征26-30
• 2.2.1 改性層組織結(jié)構(gòu)分析26-27
• 2.2.2 改性層階梯硬度測(cè)試27
• 2.2.3 改性層的膜基結(jié)合力測(cè)試27
• 2.2.4 磨損實(shí)驗(yàn)27-28
• 2.2.5 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)28-29
• 2.2.6 改性層釋放的 Ni+濃度測(cè)試29-30
• 第三章 鈦鎳合金表面改性工藝30-38
• 3.1 擴(kuò)散過(guò)程30-31
• 3.2 工藝參數(shù)31-32
• 3.2.1 源極與陰極電壓的影響31
• 3.2.2 溫度的影響31
• 3.2.3 工作氣壓的影響31-32
• 3.2.4 源極與陰極間距的影響32
• 3.2.5 保溫時(shí)間的影響32
• 3.3 工藝參數(shù)優(yōu)化32-37
• 3.3.1 溫度對(duì)改性層的影響32-34
• 3.3.2 時(shí)間對(duì)改性層的影響34-35
• 3.3.3 壓差對(duì)改性層的影響35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 表面合金化層的表征38-42
• 4.1 改性層的特征38-40
• 4.1.1 改性層的表面和截面形貌38-39
• 4.1.2 改性層的成分39
• 4.1.3 表面改性層的相結(jié)構(gòu)39-40
• 4.2 表面改性層的顯微硬度40-41
• 4.3 小結(jié)41-42
• 第五章 Mo 改性層的耐磨性能42-48
• 5.1 材料的摩擦磨損42-43
• 5.1.1 基本概念42
• 5.1.2 磨損的分類及原理42-43
• 5.2 室溫磨損試驗(yàn)43-47
• 5.2.1 摩擦系數(shù)44-45
• 5.2.2 磨痕形貌45
• 5.2.3 比磨損率45-47
• 5.3 本章小結(jié)47-48
• 第六章 電化學(xué)性能48-56
• 6.1 腐蝕學(xué)基本理論48-49
• 6.1.1 腐蝕定義及分類48
• 6.1.2 電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)48-49
• 6.2 Ni~+的致癌機(jī)理49-51
• 6.2.1 鎳的簡(jiǎn)介49
• 6.2.2 鎳離子毒性49-50
• 6.2.3 鎳離子釋放機(jī)理及處理方法50-51
• 6.3 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)51-55
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)材料51
• 6.3.2 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)51
• 6.3.3 實(shí)驗(yàn)方法51
• 6.3.4 TiNi 及滲 Mo 試樣的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果51-53
• 6.3.5 腐蝕形貌53-54
• 6.3.6 TiNi 及滲 Mo 改性層試樣電化學(xué)反應(yīng)后析出溶液 Ni~+54-55
• 6.4 本章小結(jié)55-56
• 第七章 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 致謝64-66
• 碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：613242