本文關鍵詞：醫(yī)用鈦合金Ti13Nb13Zr表面改性層制備及其性能研究

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【摘要】：鈦合金如Ti13Nb13Zr由于具有低彈性模量、高強度、高韌性、高疲勞強度和抗腐蝕性以及良好生物相容性等優(yōu)點，被廣泛應用于航空、化學和生物醫(yī)用領域。然而，鈦合金植入人體內，常常會由于硬度低、耐磨性差而導致植入體失效。針對以上問題，本文采用磁控濺射鍍膜和等離子氮化技術，在Ti13Nb13Zr合金表面制備改性層，并對兩種表面改性合金的組織結構、顯微硬度及膜基結合力進行測試。對比未處理的基材，分析了改性合金在不同介質中的摩擦學性能及在人工模擬體液中的電化學行為，同時探討其相應機理。研究結果表明： （1）對兩種改性層的組織成分及結構進行研究。經鍍膜和滲氮改性后Ti13Nb13Zr基體表面均形成了組織致密均勻的改性層，厚度分別約為3μm和5μm。滲氮處理表面主要由TiN和Ti2N相組成，鍍膜處理表面主要由TiN相組成。 （2）對兩種改性合金的力學性能進行研究。兩種改性合金的表面復合硬度是基材的4倍。經滲氮處理后的改性層與基材有良好的結合性能，，而鍍膜處理后的薄膜與基材的結合強度較差。 （3）對兩種改性合金的摩擦磨損性能及機理進行研究，并在相同的條件下與基材進行對比。結果表明，以剛玉球為配副，在大氣介質中，兩種改性處理對基材均有減摩作用；在人工模擬體液中，兩種改性處理對基材均沒有減摩作用；在大氣和人工模擬體液介質中，兩種改性處理均不同程度的提高了Ti13Nb13Zr的耐磨性。在大氣介質中，改性試樣的磨損機理主要是磨粒、氧化、粘著磨損；在人工模擬體液介質中，改性試樣的磨損機理主要是磨粒、粘著磨損。 （4）對兩種改性合金在人工模擬體液中的電化學腐蝕性能及機理進行研究，并在相同的條件下與Ti13Nb13Zr基材的電化學性能進行對照。結果表明，鍍膜和滲氮處理的合金的自腐蝕電位分別為-0.354V和-0.191V，較未處理的基材的自腐蝕電位（-0.492V）明顯正移；自腐蝕電流密度相比基體材料均減�。粌煞N改性合金均提高了Ti13Nb13Zr合金的耐蝕性能。
【關鍵詞】：Ti13Nb13Zr 離子氮化 TiN膜 摩擦磨損 電化學腐蝕
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文獻綜述11-23
• 1.1 醫(yī)用鈦及鈦合金11-14
• 1.1.1 鈦合金的分類及特點11-12
• 1.1.2 醫(yī)用鈦合金的發(fā)展過程12
• 1.1.3 醫(yī)用鈦合金的應用12-13
• 1.1.4 醫(yī)用鈦合金存在的主要問題13-14
• 1.2 醫(yī)用鈦合金的表面改性14-16
• 1.2.1 提高醫(yī)用鈦合金生物活性14
• 1.2.2 提高醫(yī)用鈦合金耐磨性能14-15
• 1.2.3 提高醫(yī)用鈦合金耐蝕性能15-16
• 1.3 等離子滲氮及磁控濺射技術16-19
• 1.3.1 等離子滲氮技術原理及應用16-17
• 1.3.2 磁控濺射技術原理及應用17-19
• 1.4 課題的提出19-23
• 1.4.1 基材的選擇19
• 1.4.2 實驗方法的選擇19-20
• 1.4.3 課題的意義20-21
• 1.4.4 課題的主要內容21-23
• 第二章 Ti13Nb13Zr 表面改性層的制備23-27
• 2.1 實驗材料及實驗設備23-25
• 2.1.1 實驗材料23
• 2.1.2 實驗設備23-25
• 2.2 制備改性層過程25-26
• 2.2.1 離子氮化過程25
• 2.2.2 磁控濺射鍍膜過程25-26
• 2.2.3 工藝參數的確定26
• 2.3 小結26-27
• 第三章 改性層的表征27-33
• 3.1 分析測試方法27
• 3.2 改性層形貌及組織結構分析27-30
• 3.2.1 改性層表面形貌及元素組成27-28
• 3.2.2 改性層截面顯微組織28-29
• 3.2.3 改性層的相組成29-30
• 3.3 改性層的機械性能30-32
• 3.3.1 改性層的復合硬度30
• 3.3.2 改性層與基體結合性能30-32
• 3.4 小結32-33
• 第四章 改性層摩擦磨損性能分析33-47
• 4.1 摩擦學基本理論33-34
• 4.1.1 摩擦磨損33-34
• 4.1.2 磨損性能評價34
• 4.2 測試儀器及方法34-35
• 4.2.1 實驗設備34
• 4.2.2 實驗條件34-35
• 4.3 實驗結果及分析35-44
• 4.3.1 大氣介質的摩擦磨損35-40
• 4.3.2 人工模擬體液介質的摩擦磨損40-44
• 4.4 磨損機理討論44
• 4.5 小結44-47
• 第五章 改性層腐蝕性能研究47-57
• 5.1 腐蝕學基本理論47-50
• 5.1.1 電化學腐蝕熱力學和動力學理論47-48
• 5.1.2 金屬的鈍化理論48-49
• 5.1.3 腐蝕性能評價49-50
• 5.2 測試儀器及方法50
• 5.3 實驗結果與分析50-56
• 5.3.1 極化曲線測量50-52
• 5.3.2 電化學阻抗譜52-56
• 5.4 電化學腐蝕分析與討論56
• 5.5 小結56-57
• 第六章 結論57-59
• 參考文獻59-65
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文65-67
• 致謝67

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：832274