鈦合金表面銅鉻合金層組織性能研究.pdf

1、鈦?zhàn)鳛楸葟?qiáng)度、比剛度高，抗腐蝕性能以及高溫力學(xué)性能、抗疲勞性能很好的新興的金屬材料，具有優(yōu)良的綜合性能，對經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要意義。在航空航天、船舶工業(yè)以及體育器材等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用;同時，醫(yī)療衛(wèi)生以及食品加工行業(yè)鈦合金運(yùn)用也極具前景，且隨著生活水平的提高，人民更加需要具有抗菌性能的鈦合金材料。
　　本實(shí)驗(yàn)選擇鈦合金(Ti-6Al-4V)作為基材，并對其表面進(jìn)行Cu、Cr合金化處理，以此來獲得抗菌鈦合金。對合金層抗菌性能進(jìn)行測試

2、的同時檢測其耐磨性;采用X射線衍射儀(XRD)對合金層表面進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)分析;采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)對合金層表面與滲層截面的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行分析;采用能譜儀(EDS)對合金層表面與滲層截面進(jìn)行元素成分分析;采用浸泡法檢測基材鈦合金和合金化鈦合金分別在0.5 mol/L NaCl溶液、0.5mol/L檸檬酸溶液以及0.5 mol/L的NaHCO3溶液中的耐腐蝕性能;采用超景深顯微鏡檢測磨損樣的劃痕深度。為得到滿足使用要求的合金層

3、，對合金層表面進(jìn)行抗菌性、耐磨性以及耐蝕性研究，并對其抗菌機(jī)理、耐磨機(jī)理以及其組織進(jìn)行探討。主要研究成果如下:
　　(1) TC4表面形成的CuCr合金層，呈粗糙的顆粒狀，與基體有明顯界線;相組成主要為Ti，Cr2Ti，CuTi2; Cu-Cr比為5∶5的合金層厚度約12μm，其表面Cr含量為14.1wt％左右，Cu含量為12.3wt％左右;Cu-Cr比為7∶3的合金層厚度約為40μm，其表面Cr含量為5.9wt％左右，Cu含量為

4、16.6wt％左右，其合金層顯微組織中存在細(xì)小的針狀組織，并在該組織周邊存在明顯的裂紋。
　　(2) TC4表面形成的CuCr合金層，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，抗菌率均達(dá)到100％。Cu元素的抗菌機(jī)理，主要體現(xiàn)在3個方面:A.電場吸附作用殺菌;B.金屬離子穿透細(xì)胞壁，破壞細(xì)胞合成酶殺菌;C.催化作用殺菌。
　　(3)對TC4表面形成的CuCr合金層進(jìn)行顯微硬度及摩擦磨損檢測，CuCr比為5∶5制備得的

5、合金層的表面硬度為3020.84gf/mm2，表面磨痕深度為7.81μm; CuCr比為7∶3制備得的合金層表面硬度為3043.32gf/mm2，表面磨痕深度為21.15μm;基材表面硬度為2181.44gf/mm2，表面磨痕深度為22.47μm。表明CuCr合金化使TC4表面耐磨性提高，靶材Cu∶Cr為5∶5時，合金層表面耐磨性最好。
　　(4) TC4表面形成的CuCr合金層，在0.5 mol/L NaCl溶液中及0.5mol

6、/L檸檬酸中的耐腐蝕性均較TC4基材有一定程度的降低，但仍保持著很好的耐蝕性，且靶材Cu∶Cr為5∶5制備的合金層的耐蝕性要明顯好于CuCr比為7∶3制備得的合金層;在0.5 mol/L NaHCO3溶液中，CuCr合金層耐腐蝕性較TC4基材有一定程度的提高，且靶材Cu∶Cr為5∶5制備的合金層的耐蝕性要明顯好于CuCr比為7∶3制備得的合金層。
　　(5)對不同CuCr比形成的TC4合金層進(jìn)行顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，靶材Cu∶Cr為7