高压扭转超细晶纯钛腐蚀行为研究
本文选题:腐蚀行为 + 微观组织 ; 参考:《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文
【摘要】:在过去的十年里,材料科学领域中,纳米材料成为了最热门的方向之一,同时也展现出了其作为功能材料使用极好的发展前景。例如,由具有纳米级别尺寸的纯钛替代了由Ti-4Al-6V合金制成的小直径牙科植体,纳米钛不仅增加了其机械强度和疲劳寿命,同时还表现出了良好的生物相容性,这使得超细晶材料在应用层面得到了广泛的认可。因此,超细晶材料在微成形技术领域上的普及应用将成为微制造方向发展的主要目标之一。纯钛拥有优秀的生物相容性及耐腐蚀性能,是最优潜力的医用金素材料。但由于耐磨性差和强度较低导致其作为生物植入体受到了限制,而超细晶制备工艺所对应的组织细化效果可以有效地提高纯钛的力学性能从而打破该方面的限制。本课题选用先进的高压扭转技术(HPT)制备超细晶纯钛,通过开路电位、极化曲线和交流阻抗谱等电化学测量方法,结合透射电镜进行显微组织观察(TEM)以及扫描电镜进行表面形貌分析(SEM),研究了HPT变形工艺制备的超细晶纯钛在硫酸溶液和模拟体液两种环境中的腐蚀行为。本文对工业纯钛进行了不同转数的高压扭转实验,研究了不同变形程度制备超细晶工业纯钛的显微组织变化规律和晶粒尺寸的变化规律。结果表明:高压扭转变形工艺处理0.25t时,待加工试样晶粒因受到剪切应力而出现扭转变形进而导致晶粒内部出现大量孪晶和位错,此时晶粒尺寸仍然较大。1t时,晶粒尺寸未明显减小,显微组织由滑移带和位错缠结、位错胞等位错亚结构组成;5t时,晶粒细化到0.3μm左右,微观组织由细小的位错胞状和亚微米级晶粒组成。10t时,晶粒发生明显细化,平均晶粒尺寸在150nm左右,晶粒已经明显细化,组织均匀性较好。同时随着扭转圈数增加,超细晶纯钛的显微硬度随之提高,5t和10t试样的显微硬度已超过Ti-4Al-6V合金。研究了不同退火处理超细晶纯钛的显微组织,实验结果表明:200℃退火时超细晶纯钛位错数量减少但晶界仍然处于非平衡态;400℃退火时不平衡的组织出现回复现象但晶粒尺寸相差较大,且没有再结晶形核阶段;此时内部的位错缠结区所占比例很大;600℃退火时出现再结晶,位错密度逐渐降低,晶粒内的内应力也逐渐降低;微观组织主要以等大、均匀且细小的等轴亚微米晶粒构成。HPT变形工艺制备的超细晶纯钛在硫酸溶液的研究表明,抗腐蚀性能均低于原始粗晶钛;但随着扭转圈数的增加,抗腐蚀性能得到了回升。0.25t制备的超细晶试样抗腐蚀性能最差,10t制备的超细晶试样抗腐蚀性能最好。不同退火温度处理的超细晶纯钛,随着退火温度的升高,抗腐蚀性能随之提升;600℃退火保温0.5小时处理下耐蚀性最佳,腐蚀电流密度出现明显降低,表面腐蚀产物分布最为均匀,致密性也最好。原始钛和超细晶纯钛在硫酸溶液中的钝化膜成分TiO_2。在模拟体液的腐蚀环境中的研究结果表明,无论原始钛还是超细晶纯钛,腐蚀主要发生在晶界处但原始钛的耐蚀性最佳。不同扭转圈数处理的HPT超细晶纯钛,随着扭转圈数的增加,腐蚀电位正向移动,腐蚀电流大幅度减小,交流阻抗谱的高频容抗弧半径增大,低频相角升高,拟合的钝化膜电阻也明显增大,耐腐蚀性得到充分改善;不同退火温度处理的超细晶纯钛在模拟体液环境中,随着退火温度的升高,抗腐蚀性能随之提升;600℃退火保温0.5小时条件处理下耐蚀性最佳。
[Abstract]:In the past ten years, nanomaterials have become one of the hottest fields in the field of material science, and they have also shown excellent prospects for use as functional materials. For example, a small direct diameter dental implant made from Ti-4Al-6V alloy has been replaced by pure titanium with nanoscale size. The nano titanium not only increases the mechanical strength of the dental implant. The degree and fatigue life also show good biocompatibility, which makes the ultrafine crystal materials widely recognized at the application level. Therefore, the popularization and application of ultrafine crystalline materials in the field of micro forming technology will be one of the main goals of the development of micro manufacturing direction. Pure titanium has excellent biocompatibility and corrosion resistance. It is the best potential medical gold material. However, because of poor wear resistance and low strength, it is restricted as a biological implant, and the microstructure refinement effect of the ultrafine crystal preparation process can effectively improve the mechanical properties of pure titanium and break the limitation of this aspect. This topic selects the advanced high pressure torsion Technology (HPT) system. Ultrafine crystal pure titanium was prepared by means of open circuit potential, polarization curve and AC impedance spectroscopy. The microstructure observation (TEM) and scanning electron microscope (SEM) were carried out by transmission electron microscopy (TEM). The corrosion behavior of ultrafine crystal pure titanium prepared by HPT deformation process in two environments of sulfuric acid solution and simulated body fluid was studied. In this paper, the high pressure torsion test of industrial pure titanium was carried out with different rotation numbers. The change law of microstructure change and grain size of ultrafine crystal industrial pure titanium were studied with different deformation degree. The results showed that when the high pressure torsion deformation process was treated with 0.25t, the grain of the sample to be processed was torsional deformation because of shear stress. A large number of twins and dislocations are found inside the grain, and when the grain size is still larger.1t, the grain size does not decrease obviously, and the microstructure is composed of dislocation substructures, such as slip band and dislocation entanglement and dislocation cell. When 5T, the grain is refined to about 0.3 m, and the microstructure is made up of fine dislocation cell and submicron grain.10t. The average grain size is about 150nm, the grain size is about 150nm, the grain size is refined and the microstructure uniformity is better. At the same time, the microhardness of the ultrafine crystal pure titanium increases with the number of twisting rings, and the microhardness of the 5T and 10t samples has exceeded that of the Ti-4Al-6V alloy. After annealing at 200 c, the number of dislocation of pure titanium is reduced but the grain boundary is still in the nonequilibrium state, and the imbalance of the structure at 400 C appears to be reversion, but the grain size varies greatly, and there is no recrystallization stage. At this time, the dislocations in the internal dislocations occupy a large proportion, and the recrystallization occurs at 600 C, and the dislocation density decreases gradually. The internal stress in the grain is lower, and the microstructure of the microstructures is mainly composed of equal, uniform and fine submicron grain in the.HPT deformation process. The study of the ultrafine crystal titanium in the sulfuric acid solution shows that the corrosion resistance is lower than the original coarse grain titanium, but with the increase of the number of torsion rings, the corrosion resistance has been recovered by.0.25t. The ultra-fine crystal specimens have the worst corrosion resistance. The ultra-fine crystal samples prepared by 10t have the best corrosion resistance. The corrosion resistance of ultrafine crystalline titanium treated with different annealing temperatures increases with the increase of annealing temperature. The corrosion resistance is best under annealing at 600 C for 0.5 hours, the corrosion current density decreases obviously, and the surface corrosion products are divided. The original titanium and ultrafine pure titanium in the sulfuric acid solution, TiO_2., in the corrosion environment of the simulated body fluid, showed that the corrosion mainly occurred at the grain boundary, but the corrosion resistance of the original titanium was the best. The HPT ultrafine crystal treated with different torsional rings was pure. With the increase of the number of torsional rings, the corrosion potential is moving forward, the corrosion current is greatly reduced, the high frequency resistance arc radius of the AC impedance spectrum increases, the low frequency angle increases, the resistance of the fitted passivation film also increases obviously, and the corrosion resistance is fully improved; the ultrafine pure titanium treated with different annealing temperatures is retreated in the simulated body fluid environment. The corrosion resistance increased with the increase of fire temperature. The best corrosion resistance was obtained when annealing at 600 C for 0.5 hours.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG178
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 董传勇;薛克敏;李琦;李萍;;高压扭转法制备粉末块体超细晶材料[J];浙江科技学院学报;2009年03期
2 陆红亚;李付国;汪程鹏;陈波;袁战伟;;一种椭圆截面螺旋等通道挤压制备超细晶材料的新工艺[J];锻压装备与制造技术;2011年04期
3 宋宝韫;付尔聪;运新兵;贺旭东;陈莉;;连续等通道角挤压制备超细晶铜[J];有色金属;2008年04期
4 石凤健;王雷刚;芦笙;;多轴压缩工艺制备超细晶铜的研究[J];中国机械工程;2009年24期
5 王庆娟;王清平;杜忠泽;;等径弯曲通道变形制备超细晶铜的力学行为[J];特种铸造及有色合金;2011年10期
6 谈军;周张健;屈丹丹;钟铭;葛昌纯;;超细晶钨及其复合材料的研究现状[J];粉末冶金工业;2012年03期
7 薛克敏;王晓溪;李萍;;超细晶材料制备新工艺——挤扭[J];塑性工程学报;2009年05期
8 王庆娟;徐长征;郑茂盛;朱杰武;M.Buksa;L.Kunz;;等径弯曲通道制备的超细晶铜的疲劳性能[J];金属学报;2007年05期
9 杜予fE;张新明;;强变形制备超细晶金属材料的方法[J];材料导报;2006年S2期
10 代秀芝;刘靖;韩静涛;;超细晶铜带材的制备及其力学性能研究[J];南方金属;2006年06期
相关会议论文 前10条
1 杜随更;王彦绒;;超细晶材料制备的磨擦压扭强变形区转移法[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
2 黄承敏;巢永烈;;等离子浸没注入纯钛表面改性的基础研究[A];第六次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2009年
3 闫澍;张玉梅;施生根;牛忠英;卢怡;张艳茹;;两种退火方式对牙科铸造纯钛力学性能影响的研究[A];第六次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2009年
4 张辉跃;刘福祥;;微弧氧化技术用于纯钛表面改性的研究[A];第四届全国口腔种植学术会议论文集[C];2005年
5 岳虹池;;氮离子注入对纯钛表面性能影响的研究[A];第七次全国口腔修复工艺学学术交流会论文汇编[C];2011年
6 张建中;;纯钛铸造时铸造温度与流铸率[A];中华口腔医学会第三次全国口腔修复学术会议论文集[C];1997年
7 宋明奎;;纯钛铸造缩孔的原因及解决方法[A];第七次全国口腔修复工艺学学术交流会论文汇编[C];2011年
8 吴玉禄;辛海涛;张春宝;汤忠斌;;激光焊接铸造纯钛焊缝薄膜材料的力学性能研究[A];第七次全国口腔修复工艺学学术交流会论文汇编[C];2011年
9 闫澍;张玉梅;施生根;牛忠英;崔三哲;卢怡;;两种退火方式对牙科铸造纯钛力学性能影响的研究[A];中华口腔医学会全科口腔医学专业委员会第一次学术年会会议论文集[C];2009年
10 索涛;李玉龙;谢奎;赵峰;;应变率对超细晶铜韧性的影响[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
相关重要报纸文章 前6条
1 记者 陈朝霞 余姚记者站 张伟 谢敏军;余姚产出中国第一炉超高纯钛[N];宁波日报;2014年
2 艾班;浙江产出中国首炉超高纯钛[N];中国化工报;2014年
3 付强邋本报记者 朱海;“纯钛”镜架实为钛合金[N];中国消费者报;2008年
4 张春宝;纯钛义齿好处多[N];健康报;2006年
5 ;制造高纯钛的新技术[N];中国有色金属报;2003年
6 晓斌;纯钛超精密镜面加工技术问世[N];中国有色金属报;2005年
相关博士学位论文 前10条
1 丁然;超细晶Q&P钢的组织控制及其演变规律[D];北京科技大学;2016年
2 姜庆伟;超细晶纯金属材料塑性变形与损伤行为的温度效应[D];东北大学;2011年
3 魏伟;块体超细晶铜的制备与组织性能研究[D];南京理工大学;2005年
4 李军;TA1纯钛卷热连轧关键技术基础研究[D];昆明理工大学;2016年
5 邹黎明;医用超细晶TiNbZrTaFe复合材料的粉末冶金制备及其性能研究[D];华南理工大学;2013年
6 姚再起;生物医用超细晶钛合金及其表面改性[D];大连理工大学;2010年
7 王辛;粉末冶金超细晶AZ31镁合金材料制备与力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 尹路;渗氮类金刚石膜应用于齿科纯钛的实验研究[D];第四军医大学;2008年
9 毕见强;2A12铝块体超细晶材料的制备、模拟及细化机制的研究[D];山东大学;2005年
10 黄承敏;等离子浸没注入和多弧离子镀对纯钛及钛合金表面改性的基础研究[D];四川大学;2004年
相关硕士学位论文 前10条
1 黄小龙;粉末冶金超细晶Ti-6Al-4V合金的力学性能及变形局域化行为的研究[D];华南理工大学;2015年
2 顾阳林;复杂应力状态下超细晶材料的力学性能研究[D];南京理工大学;2015年
3 韦江涛;超细晶6061Al-Mg-Si铝合金的力学性能和摩擦磨损行为[D];江苏大学;2016年
4 牛帅隆;超细晶纯镍的热稳定性研究[D];南京理工大学;2016年
5 王晨曦;超细晶LZ91镁锂合金微压印成形工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
6 贾少伟;搅拌摩擦加工超细晶镁合金组织与性能研究[D];西安建筑科技大学;2016年
7 袁帅;考虑尺寸效应的超细晶材料晶体塑性本构建模及其有限元实现[D];广西大学;2016年
8 罗明欢;超细晶高强韧性低合金钢显微组织的形成机制[D];广西大学;2016年
9 陈菲菲;超细晶Cu-Al合金的高周疲劳性能研究[D];沈阳工业大学;2017年
10 刘志波;超细晶Al-3.8Mg合金的微观结构与力学性能研究[D];燕山大学;2016年
,本文编号:1865594
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/1865594.html