TLM钛合金表面等离子Mo合金层的制备及其摩擦磨损性能研究

发布时间：2017-03-25 00:08

  本文关键词：TLM钛合金表面等离子Mo合金层的制备及其摩擦磨损性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：新型β钛合金具有比强度高、耐蚀性强、机加工性能好等普通钛合金有的优点,更重要的是其具有与骨组织相接近的弹性模量,因此近年来逐渐成为一种有前景的医用植入体材料。但钛合金表面硬度低,承载能力差,在滑动摩擦过程中易产生粘附现象,聚集的金属磨屑可能引发炎症,最终导致种植失败。表面改性技术是提高其耐磨性的有效途径之一。基于一定的理论基础和前人的研究成果,本文采用双辉等离子表面合金化技术在β型钛合金TLM表面制备Mo改性层,以期达到提高其摩擦磨损性能的目的。研究分析三种工艺温度(900℃,950℃,1000℃)下合金层的形貌、成分、表面硬度和润湿性等基本性能,并对比讨论渗Mo处理前后试样在不同载荷(5 N、8 N)和不同介质(大气、模拟人工体液、模拟人工唾液)中与A12O3陶瓷球对磨时的摩擦学性能。主要研究结果如下:(1)采用双辉等离子合金化技术在TLM钛合金表面成功制备出Mo改性层。合金化试样表面变得粗糙,呈高低起伏的金字塔状。改性层中Mo元素沿深度方向呈梯度分布。改性层主要由Mo相组成,同时具有良好的表面润湿性。随着工艺温度的升高,制备的改性层厚度增大。不同温度下制备的改性层的表面显微硬度较基体均有很大提高,并具有载荷依存性。(2)在相同摩擦条件下,与基体相比,Mo合金化试样的摩擦系数和比磨损率均较低,起到一定的减磨和耐磨作用。在大气介质和模拟人工体液中,合金化试样的耐磨性随着工艺温度的升高而增强,而在模拟人工唾液中,900℃和950℃两种工艺温度下试样的耐磨性却优于1000℃试样。(3)当载荷发生变化时,TLM基体的比磨损率比Mo合金化试样变化大,说明载荷对基体的耐磨性影响较大,对合金化试样影响较小。(4)与大气介质中的摩擦磨损相比,两种模拟溶液中的摩擦由于受到液体的润滑作用,摩擦系数较低且稳定。此外,溶液能将摩擦过程中产生的磨屑及时冲刷掉,减轻了磨粒磨损和粘着磨损的程度。润滑和冲刷两者的共同作用使得材料在两种模拟溶液中具有较好的摩擦磨损性能。
【关键词】：TLM钛合金 Mo合金层 表面硬度 摩擦学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 钛及钛合金11-13
• 1.1.1 钛及钛合金简介11-12
• 1.1.2 钛合金的分类12
• 1.1.3 钛合金的性能特点12-13
• 1.2 钛合金在生物医学领域的应用13-15
• 1.2.1 生物医用材料的发展过程13-14
• 1.2.2 生物医用钛合金的发展及应用14-15
• 1.3 钛合金的摩擦学性能及提高耐磨性的表面改性技术15-17
• 1.3.1 钛合金摩擦磨损性能15
• 1.3.2 提高钛合金耐磨性的表面改性技术15-17
• 1.4 双辉等离子表面合金化技术17-19
• 1.4.1 双辉等离子表面合金化技术介绍17-18
• 1.4.2 双辉等离子表面合金化技术特点18-19
• 1.5 课题的提出19-23
• 1.5.1 基材的选择19
• 1.5.2 Mo元素及Mo等离子表面合金化研究19-20
• 1.5.3 主要研究内容20-23
• 第二章 TLM表面等离子Mo合金层的制备23-27
• 2.1 实验材料及设备23-24
• 2.1.1 实验材料23
• 2.1.2 实验设备23-24
• 2.2 等离子Mo合金化过程24
• 2.3 TLM表面等离子Mo合金化工艺参数的选择24-27
• 第三章 Mo合金层的表征27-35
• 3.1 表面形貌27-28
• 3.2 截面形貌及成分分布28-29
• 3.3 相结构29-30
• 3.4 表面显微硬度30-32
• 3.5 表面润湿性32-33
• 3.6 小结33-35
• 第四章 Mo合金层摩擦磨损性能分析35-61
• 4.1 金属摩擦学理论35-38
• 4.1.1 摩擦35-36
• 4.1.2 磨损36-37
• 4.1.3 摩擦磨损性能评价指标37-38
• 4.2 摩擦磨损实验38-40
• 4.2.1 摩擦磨损实验装置38-39
• 4.2.2 实验条件39-40
• 4.3 载荷为 5 N时的摩擦学性能40-51
• 4.3.1 载荷为 5 N时大气环境中的摩擦磨损40-44
• 4.3.1.1 磨痕形貌40-42
• 4.3.1.2 摩擦系数42-43
• 4.3.1.3 比磨损率43-44
• 4.3.2 载荷为 5 N时模拟人工体液中的摩擦磨损44-48
• 4.3.2.1 磨痕形貌44-46
• 4.3.2.2 摩擦系数46-47
• 4.3.2.3 比磨损率47-48
• 4.3.3 载荷为 5 N时模拟人工唾液中的摩擦磨损48-51
• 4.3.3.1 磨痕形貌48-50
• 4.3.3.2 摩擦系数50
• 4.3.3.3 比磨损率50-51
• 4.4 载荷为 8 N时的摩擦学性能51-59
• 4.4.1 载荷为 8 N时模拟人工体液中的摩擦磨损52-55
• 4.4.1.1 磨痕形貌52-53
• 4.4.1.2 摩擦系数53-54
• 4.4.1.3 比磨损率54-55
• 4.4.2 载荷为 8 N时模拟人工唾液中的摩擦磨损55-59
• 4.4.2.1 磨痕形貌55-57
• 4.4.2.2 摩擦系数57-58
• 4.4.2.3 比磨损率58-59
• 4.5 不同摩擦条件下的摩擦磨损性能比较59-60
• 4.6 小结60-61
• 第五章 结论与展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-71
• 攻读硕士期间发表的学术论文71

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