搅拌摩擦加工对生物医用钛合金显微组织与摩擦磨损性能的影响

发布时间：2017-07-30 14:24

  本文关键词：搅拌摩擦加工对生物医用钛合金显微组织与摩擦磨损性能的影响

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【摘要】：Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)β钛合金弹性模量低、生物形容性好、不含生物毒性元素被广泛应用于生物医学领域。但是,与其他生物植入材料,如Ti-6Al-4V等相比,其强度及耐磨性还有待提高。因此需要进一步探寻有效方法来改善其表面性能。搅拌摩擦加工技术作为一种剧烈塑性变形技术,可以有效细化晶粒,从而获得高性能的材料表面。本文选用Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)β医用钛合金作为实验材料,纯钛作为对比材料,采用搅拌摩擦加工技术对其进行表面改性。系统研究了不同加工参数(旋转速度和加工道次)对Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)β医用钛合金及纯钛微观组织及摩擦磨损性能的影响。结果表明:搅拌摩擦加工后,晶粒显著细化,且当加工参数为375r/min,三道次时,可获得纳米晶组织。此外,所有参数下加工的样品表面都出现了应力诱发α″马氏体相,且其数量随着加工道次的提高而增大,在低道次加工时,观察到有无热ω相析出。在较低变形量下,Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金的变形机制以位错、滑移及应力诱发马氏体为主;当变形量增大时,则以形变孪晶为主,变形量继续增大,母相则逐渐稳定并细化至纳米晶,此时发生ω相至β相的逆转变以及去孪晶化。显微硬度测试分布知,搅拌区显微硬度显著高于母材。且当Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)合金FSP加工参数为375r/min,三道次时,获得搅拌区最高硬度246.7Hv,相较母材提高了30.3%。Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金磨损率及平均摩擦系数随着加工道次的提升而显著降低。磨损机制在较低变形量下以黏着磨损为主,磨损表面呈现剥层撕裂,在较高变形量下磨损机制以磨粒磨损为主,磨损表面呈现犁沟槽。
【关键词】：医用β钛合金 搅拌摩擦加工(FSP) 显微组织 摩擦磨损
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23;R318.08
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 低模量医用 β 钛合金的研究进展13-19
• 1.2.1 β 型钛合金的合金化15
• 1.2.2 β 型钛合金的摩擦磨损性能15-16
• 1.2.3 β 型钛合金的变形机制16-18
• 1.2.4 低模量钛及钛合金的表面改性18-19
• 1.3 搅拌摩擦加工的研究现状19-23
• 1.3.1 搅拌摩擦加工技术原理19-21
• 1.3.2 搅拌摩擦加工技术特点21
• 1.3.3 搅拌摩擦加工研究进展21-23
• 1.4 搅拌摩擦加工工艺的参数23-25
• 1.5 选题意义及主要研究内容25-27
• 1.5.1 选题背景及意义25
• 1.5.2 主要研究内容25-27
• 第二章 Ti-35Nb-3Zr-2Ta钛合金的制备及实验方法27-34
• 2.1 引言27
• 2.2 实验方案27-28
• 2.3 材料制备28-29
• 2.4 搅拌摩擦加工工艺29-30
• 2.5 组织与性能测试分析方法30-34
• 2.5.1 微观组织31-32
• 2.5.2 物相分析32
• 2.5.3 硬度32
• 2.5.4 摩擦磨损32
• 2.5.5 原子力显微镜32-34
• 第三章 搅拌摩擦加工对钛合金组织结构影响34-53
• 3.1 引言34
• 3.2 材料制备与实验方法34-37
• 3.2.1 材料制备34-35
• 3.2.2 测试方法35-37
• 3.3 实验结果与分析37-51
• 3.3.1 搅拌摩擦加工参数对显微组织的影响37-44
• 3.3.2 物相分析44-45
• 3.3.3 搅拌摩擦加工过程的再结晶机制45-46
• 3.3.4 搅拌摩擦加工过程中的变形机制46-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 搅拌摩擦加工对钛合金机械性能的影响53-69
• 4.1 引言53
• 4.2 实验方法53-55
• 4.2.1 硬度53
• 4.2.2 摩擦磨损53-54
• 4.2.3 AFM54-55
• 4.3 实验结果与分析55-67
• 4.3.1 搅拌摩擦加工对钛合金显微硬度的影响55-58
• 4.3.2 搅拌摩擦加工对钛合金摩擦磨损的影响58-64
• 4.3.3 搅拌摩擦加工对钛合金表面粗糙度的影响64-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第五章 结论与创新点69-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文78-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 孙荣禄;牛伟;王成扬;;钛合金表面激光熔覆TiN-Ni基合金复合涂层的组织和磨损性能[J];稀有金属材料与工程;2007年01期

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本文编号：594661