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

  更多相關(guān)文章： Ti13Nb13Zr 離子氮化 TiN膜 摩擦磨損 電化學(xué)腐蝕

【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(yīng)用于航空、化學(xué)和生物醫(yī)用領(lǐng)域。然而，鈦合金植入人體內(nèi)，常常會由于硬度低、耐磨性差而導(dǎo)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(shù)，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(jié)構(gòu)、顯微硬度及膜基結(jié)合力進(jìn)行測試。對比未處理的基材，分析了改性合金在不同介質(zhì)中的摩擦學(xué)性能及在人工模擬體液中的電化學(xué)行為，同時探討其相應(yīng)機理。研究結(jié)果表明： （1）對兩種改性層的組織成分及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。經(jīng)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(xué)性能進(jìn)行研究。兩種改性合金的表面復(fù)合硬度是基材的4倍。經(jīng)滲氮處理后的改性層與基材有良好的結(jié)合性能，，而鍍膜處理后的薄膜與基材的結(jié)合強度較差。 （3）對兩種改性合金的摩擦磨損性能及機理進(jìn)行研究，并在相同的條件下與基材進(jìn)行對比。結(jié)果表明，以剛玉球為配副，在大氣介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(xué)腐蝕性能及機理進(jìn)行研究，并在相同的條件下與Ti13Nb13Zr基材的電化學(xué)性能進(jìn)行對照。結(jié)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��；兩種改性合金均提高了Ti13Nb13Zr合金的耐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：Ti13Nb13Zr 離子氮化 TiN膜 摩擦磨損 電化學(xué)腐蝕
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文獻(xiàn)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(yīng)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(shù)16-19
• 1.3.1 等離子滲氮技術(shù)原理及應(yīng)用16-17
• 1.3.2 磁控濺射技術(shù)原理及應(yīng)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(nèi)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(shè)備23-25
• 2.1.1 實驗材料23
• 2.1.2 實驗設(shè)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(shù)的確定26
• 2.3 小結(jié)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(jié)構(gòu)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(fù)合硬度30
• 3.3.2 改性層與基體結(jié)合性能30-32
• 3.4 小結(jié)32-33
• 第四章 改性層摩擦磨損性能分析33-47
• 4.1 摩擦學(xué)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(shè)備34
• 4.2.2 實驗條件34-35
• 4.3 實驗結(jié)果及分析35-44
• 4.3.1 大氣介質(zhì)的摩擦磨損35-40
• 4.3.2 人工模擬體液介質(zhì)的摩擦磨損40-44
• 4.4 磨損機理討論44
• 4.5 小結(jié)44-47
• 第五章 改性層腐蝕性能研究47-57
• 5.1 腐蝕學(xué)基本理論47-50
• 5.1.1 電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)和動力學(xué)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(jié)果與分析50-56
• 5.3.1 極化曲線測量50-52
• 5.3.2 電化學(xué)阻抗譜52-56
• 5.4 電化學(xué)腐蝕分析與討論56
• 5.5 小結(jié)56-57
• 第六章 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文65-67
• 致謝67

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：832274