TiNi合金表面等离子渗Mo合金层性能的研究

发布时间：2017-08-03 07:28

  本文关键词：TiNi合金表面等离子渗Mo合金层性能的研究

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【摘要】：钛镍合金因其良好生物相容性、耐磨耐蚀性、超弹性、高比强度等优异性能广泛应用于生物医学领域。然而目前，在其产业化过程中仍存在两大缺点。一是其较低的硬度。其一旦植入人体，需要长时间的服役工作。其在经受人体组织间过度磨损后会导致人体病变。二是，镍本身是一种有致癌倾向的元素。其伴随着磨损析出，会诱导细胞和组织发生过敏、中毒甚至癌变反应。诸多表面改性方法均无法有效解决以上两大制约因素。而钼具有硬度高、高温强度好、抗腐蚀能力强、力学性能优异等一系列优点。为此，本文提出采用双辉等离子渗金属技术在TiNi合金表面进行渗Mo处理形成与基体冶金结合且成分呈梯度分布的扩散层，以改善以上制约因素。 采用双辉等离子渗金属技术在TiNi合金表面进行渗Mo处理，研究各工艺参数对改性层性能的影响，通过分析对比得出了优化后工艺参数为：温度900℃、时间2h、气压40Pa、源极电压－550V～－700V、工件极电压－300V～－450V、源－工件极间距19mm。采用XRD和GDOES分析了渗层相组成及成分分布，Mo改性层主要由Mo，MoTi，MoNi和Ti2Ni相构成，其元素成分由表层沿基体内部呈现梯度分布，形成了良好的冶金结合。 采用硬度计测试了Mo合金渗层的表面硬度和横截面的硬度，结果显示900℃和950℃处理下的Mo改性层显微硬度分别为832.8HV和762.4HV，这是TiNi合金基体硬度的3倍左右；截面硬度呈梯度分布，具有很好的过渡性。 通过往复摩擦磨损试验对Mo合金改性层耐磨性能进行研究，结果表明900℃处理下Mo改性层表现出良好的减摩性；900℃和950℃处理下的Mo改性层耐磨损性能分别是基体的3.8倍和3.2倍，都具有好的耐摩擦磨损性能。测试分析了TiNi合金表面等离子渗Mo处理后耐腐蚀性能。取电化学反应后试剂各10ml测量其Ni+浓度，ICP-MS7500CE质谱仪分析结果显示，900℃下Mo改性层的反应溶液中Ni+为0.41ppm，，950℃下Mo改性层的反应溶液中Ni+为0.43ppm，而TiNi基体反应溶液中Ni+为13.08ppm。钼改性层一定程度上成功地抑制了Ni+释放到人体。
【关键词】：TiNi合金 双辉等离子渗Mo 耐磨性 耐蚀性 Ni+释放
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 钛合金及钛镍合金10-19
• 1.1.1 钛合金的概述10-14
• 1.1.2 钛镍合金及其研究现状14-16
• 1.1.3 钛镍合金表面改性技术16-19
• 1.2 双层辉光等离子渗金属技术19-20
• 1.2.1 渗金属技术基本原理19-20
• 1.2.2 双层辉光等离子渗金属技术特点20
• 1.2.3 渗金属技术现状20
• 1.3 钼及钼涂层的应用20-21
• 1.3.1 金属钼的性质20-21
• 1.3.2 钼的应用21
• 1.4 课题研究意义和研究内容21-24
• 1.4.1 研究意义21
• 1.4.2 主要研究内容21-24
• 第二章 实验设备与研究方法24-30
• 2.1 表面合金化层制备24-26
• 2.1.1 渗金属设备24
• 2.1.2 实验材料24-25
• 2.1.3 改性层制备工艺过程25-26
• 2.2 合金化层性能的表征26-30
• 2.2.1 改性层组织结构分析26-27
• 2.2.2 改性层阶梯硬度测试27
• 2.2.3 改性层的膜基结合力测试27
• 2.2.4 磨损实验27-28
• 2.2.5 电化学实验28-29
• 2.2.6 改性层释放的 Ni+浓度测试29-30
• 第三章 钛镍合金表面改性工艺30-38
• 3.1 扩散过程30-31
• 3.2 工艺参数31-32
• 3.2.1 源极与阴极电压的影响31
• 3.2.2 温度的影响31
• 3.2.3 工作气压的影响31-32
• 3.2.4 源极与阴极间距的影响32
• 3.2.5 保温时间的影响32
• 3.3 工艺参数优化32-37
• 3.3.1 温度对改性层的影响32-34
• 3.3.2 时间对改性层的影响34-35
• 3.3.3 压差对改性层的影响35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 表面合金化层的表征38-42
• 4.1 改性层的特征38-40
• 4.1.1 改性层的表面和截面形貌38-39
• 4.1.2 改性层的成分39
• 4.1.3 表面改性层的相结构39-40
• 4.2 表面改性层的显微硬度40-41
• 4.3 小结41-42
• 第五章 Mo 改性层的耐磨性能42-48
• 5.1 材料的摩擦磨损42-43
• 5.1.1 基本概念42
• 5.1.2 磨损的分类及原理42-43
• 5.2 室温磨损试验43-47
• 5.2.1 摩擦系数44-45
• 5.2.2 磨痕形貌45
• 5.2.3 比磨损率45-47
• 5.3 本章小结47-48
• 第六章 电化学性能48-56
• 6.1 腐蚀学基本理论48-49
• 6.1.1 腐蚀定义及分类48
• 6.1.2 电化学腐蚀热力学和动力学48-49
• 6.2 Ni~+的致癌机理49-51
• 6.2.1 镍的简介49
• 6.2.2 镍离子毒性49-50
• 6.2.3 镍离子释放机理及处理方法50-51
• 6.3 电化学实验51-55
• 6.3.1 实验材料51
• 6.3.2 实验介质51
• 6.3.3 实验方法51
• 6.3.4 TiNi 及渗 Mo 试样的电化学实验结果51-53
• 6.3.5 腐蚀形貌53-54
• 6.3.6 TiNi 及渗 Mo 改性层试样电化学反应后析出溶液 Ni~+54-55
• 6.4 本章小结55-56
• 第七章 结论56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 硕士学位期间发表的论文66

【参考文献】

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本文编号：613242