Ti-Zr齿科合金组织转变与表面生物活化研究

发布时间：2017-05-08 13:01

  本文关键词：Ti-Zr齿科合金组织转变与表面生物活化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文通过水冷铜模电弧熔炼制备锆含量分别为10、20、30、40、50、60和70wt.%齿科Ti-Zr二元合金,研究钛锆合金组织转变规律,热处理对合金组织转变的影响和合金表面生物活化处理。通过XRD、DSC、显微组织观察和显微硬度测试对合金相组成及相转变规律进行了考察。此外,借助SEM及接触角测试研究钛锆合金表面亲水性和形貌以及热处理对合金表面生物活性的影响。通过实验研究和结果分析,主要得到以下结论:在锆含量为10、20、30、40、50、60和70wt.%的水冷铜模电弧熔炼制Ti-Zr合金中,除Ti-10Zr(wt.%,下同)和Ti-20Zr为α相以外,其他成分的合金均由α+β两相组成,其中Ti-60Zr几乎全部为β相;α相为针状结构,β相为等轴晶。α相是高温β相扩散转变而得,过冷β相是高温β相因过冷未转变而遗留到室温组织中。过冷β相的形成与平衡相图中α+β两相区的宽度有关,在同样的冷却速率下,两相区越窄的合金成分在冷却过程中越容易形成过冷β相。随着锆含量的增加,钛锆合金的显微硬度呈现先增加后趋于平缓的趋势,最大为Ti-50Zr合金的330.9HV3。通过调节热处理工艺可使锆含量为30、50、60和70wt.%钛锆合金室温组织α+β两相转变为单相α相。在重新β化+缓慢冷却热处理过程中,Ti-30Zr,Ti-50Zr,Ti-60Zr和Ti-70Zr以10℃·min-1升温至1000℃等温2小时然后分别对应在2℃·min-1、2℃·min-1、5℃·min-1和5℃·min-1的冷却速率降至室温可获得单相α相;在临界温度以下等温热处理过程中,Ti-30Zr,Ti-50Zr,Ti-60Zr和Ti-70Zr以10℃·min-1分别对应升温至600℃、600℃、400℃和600℃等温2小时后随炉冷亦能获得单相α相。采用大颗粒喷砂加酸蚀(Sand-blasted,Large-grit,Acid-etched,SLA)对Ti-Zr合金进行表面活化处理,然后进行亲水性和表面形貌分析。得出结论,低锆含量钛锆合金(Ti-10Zr和Ti-20Zr)具有与SLA工艺兼容的α型结构基体,对其表面进行SLA处理可获得较好的多级三维孔洞结构,提高了合金的表面生物活性。高锆含量α+β型钛锆合金(Ti-30Zr,Ti-50Zr,Ti-60Zr和Ti-70Zr)经热处理转变为单相α相后SLA表面的亲水性提高;经重新β化后缓慢冷却热处理后SLA表面出现条纹状凹槽,经临界温度以下等温热处理后的SLA表面没有凹槽,整个表面比较平缓。
【关键词】：钛锆合金 相转变 热处理 表面生物活化 齿科材料
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23;R783.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 引言12-16
• 1.1.1 齿科金属材料13-14
• 1.1.2 Ti-Zr齿科合金研究现状14-16
• 1.2 Ti-Zr齿科合金组织转变研究16-21
• 1.2.1 钛合金相变及显微组织观察16-20
• 1.2.2 钛合金的热处理20-21
• 1.3 Ti-Zr齿科合金表面改性21-23
• 1.3.1 涂层法21
• 1.3.2 氧化法21-22
• 1.3.3 SLA法22-23
• 1.4 本课题研究目的和研究内容23-25
• 第二章 材料制备与表征方法25-33
• 2.1 实验方案25-26
• 2.2 实验用品和仪器26-28
• 2.3 材料制备28-30
• 2.3.1 原材料及成分设计28
• 2.3.2 合金制备及热处理28-29
• 2.3.3 金相试样制备29-30
• 2.3.4 表面活化处理30
• 2.4 表征方法30-33
• 2.4.1 接触角测试30-31
• 2.4.2 差示扫描量热法31
• 2.4.3 其他表征方法31-33
• 第三章 Ti-Zr齿科合金非平衡组织研究33-40
• 3.1 物相分析与组织观察33-38
• 3.1.1 X射线衍射分析33-35
• 3.1.2 金相显微组织观察35-38
• 3.2 显微硬度分析38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 Ti-Zr齿科合金非平衡组织 α 化热处理40-52
• 4.1 重新 β 化+缓慢冷却热处理40-47
• 4.1.1 Ti-60Zr合金缓慢冷却热处理40-45
• 4.1.1.1 Ti-60Zr差示扫描量热分析41-44
• 4.1.1.2 Ti-60Zr热处理结果分析44-45
• 4.1.2 Ti-30Zr, Ti-50Zr和Ti-70Zr合金缓慢冷却热处理45-47
• 4.2 临界温度以下等温热处理47-50
• 4.2.1 Ti-60Zr合金等温热处理47-48
• 4.2.2 Ti-30Zr, Ti-50Zr和Ti-70Zr合金等温热处理48-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第五章 Ti-Zr齿科合金表面生物活化研究52-67
• 5.1 低锆含量Ti-Zr合金表面生物活化研究52-57
• 5.1.1 酸蚀方案设计52-53
• 5.1.2 亲水性分析53
• 5.1.3 表面形貌特征分析53-57
• 5.2 高锆含量 α+β 型Ti-Zr合金表面生物活化研究57-60
• 5.2.1 亲水性分析57-58
• 5.2.2 表面形貌特征分析58-60
• 5.3 高锆含量 α 型Ti-Zr合金表面生物活化研究60-65
• 5.3.1 热处理前后物相的改变60
• 5.3.2 亲水性分析60-62
• 5.3.3 表面形貌特征分析62-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 结论67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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本文编号：351159