鈦合金表面織構(gòu)與等離子滲氮處理及其生物摩擦特性研究.pdf

1、鈦及鈦合金以其優(yōu)異的生物相容性，耐腐蝕性以及力學(xué)適應(yīng)性成為最常用的生物醫(yī)用金屬材料，但耐磨性較差。改善鈦合金的耐磨性可以從提高其表面力學(xué)性能和改善潤滑狀態(tài)兩方面入手。離子滲氮能夠提高鈦合金表面硬度，而表面織構(gòu)化則能通過改變潤滑膜厚度來改善潤滑性能。 本研究在不同的溫度和保溫時(shí)間條件下，對(duì)Ti6Al4V合金進(jìn)行表面等離子滲氮處理，制備了高硬度滲氮層。通過X射線衍射儀(XRD)對(duì)滲氮層表面進(jìn)行物相分析，用金相顯微鏡觀察滲層厚度，用顯

2、微硬度計(jì)和納米壓痕儀測(cè)試滲層的硬度和模量，并用劃痕儀測(cè)試化合物層與基體的結(jié)合力，經(jīng)過性能對(duì)比獲得最佳滲氮工藝參數(shù)。通過Nd:YAG脈沖激光器在鈦合金表面形成不同密度的織構(gòu)化微孔，研究微孔密度對(duì)鈦合金摩擦學(xué)性能的影響。最后在最佳滲氮工藝參數(shù)條件下對(duì)織構(gòu)化鈦合金進(jìn)行表面滲氮處理，研究織構(gòu)化/滲氮兩步處理對(duì)鈦合金摩擦學(xué)性能的影響。對(duì)滲氮層的分析結(jié)果表明，700℃，6h的滲氮樣品擴(kuò)散層組織細(xì)小，厚度較大，脆性化合物層最薄，劃痕實(shí)驗(yàn)的臨界載荷達(dá)到

3、40N，硬度和彈性模量值較基體均有大幅提高。對(duì)三種工藝表面改性樣品的生物摩擦學(xué)性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在小牛血清潤滑條件下與硬質(zhì)Al2O3陶瓷對(duì)磨時(shí)，鈦合金表面滲氮能夠大幅降低摩擦系數(shù)和自身的磨損率；而與軟質(zhì)的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)對(duì)磨時(shí)，表面織構(gòu)化鈦合金則能有效降低配副UHMWPE銷的磨損率及其摩擦系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面織構(gòu)化的最佳孔密度為6.4％，此密度下，配副材料UHMWPE的磨損率和摩擦系數(shù)降到最低。表面織構(gòu)化/滲氮鈦合金