316L不锈钢表面超声磷化工艺及性能研究

发布时间：2017-04-17 08:16

  本文关键词：316L不锈钢表面超声磷化工艺及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：316L不锈钢因其优良的力学性能、耐蚀性以及相对较低的价格成为人工关节、固定支架、齿科、心脏外科等植入材料之一。但316L不锈钢在临床应用中仍然存在着不耐磨以及对人体有害元素镍离子的溢出等问题,实践证明,表面改性处理可以有效地克服316L不锈钢存在的问题。磷化处理工艺简单、稳定,成本低,能满足大批量生产的要求。此外,磷化处理所获得的磷化膜具有良好的耐蚀性、耐磨性及生物相容性,且对人体无害。目前,在316L不锈钢表面制备磷化膜鲜有报道。本文在316L不锈钢磷化处理中引入超声场,通过正交试验法优化超声磷化处理工艺参数;采用封闭处理提高磷化膜的致密性,通过单因素试验法优化封闭处理工艺参数。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站和摩擦磨损试验机等仪器对磷化膜的表面形貌、成分、结构、膜厚、耐蚀性、耐磨性、生物活性、血液相容性和镍离子溢出等性能进行系统研究。结果显示,超声场能明显加速316L不锈钢表面磷化速度,制备的磷化膜分布均匀、完整致密,膜厚达到15μm,其最佳磷化工艺参数是:溶液p H值2.7,时间90min,超声功率200w,温度50℃;经过封闭处理后,磷化膜的孔隙率由原先的9.8%下降到2.9%,致密性明显提高,封闭处理的最佳工艺参数是:温度80℃,硅酸钠浓度10g/L,时间15min。磷化处理后,试样表面的摩擦系数显著降低,尤其是超声磷化处理,由基材的0.574下降到0.122,基材的耐磨性明显提高;磷化膜能获得较高的自腐蚀电位,尤其是封闭处理后的磷化膜,自腐蚀电位由基材的-0.813V升至-0.312V,提高了基材的耐蚀性能;磷化处理后的试样均能诱导类骨磷灰石形成,抗凝血时间从基材的25min增加到60min以上,体现出良好的生物相容性。此外,封闭处理的磷化膜浸泡在模拟体液中14天后镍离子的溢出量从基材的1.827μg/m L降低到0.134μg/m L,有效阻隔了镍离子的溢出。
【关键词】：316L不锈钢 超声场 磷化处理 封闭处理 耐磨性 耐蚀性 生物性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4;R318.08
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 生物医用材料概述12-16
• 1.1.1 生物医用材料的发展与分类12-14
• 1.1.2 生物医用金属材料14-16
• 1.2 生物医用 316L不锈钢16-17
• 1.2.1 316L不锈钢的发展及应用16
• 1.2.2 316L不锈钢临床应用中存在的问题16-17
• 1.3 316L不锈钢表面改性研究进展17-20
• 1.3.1 机械表面改性18
• 1.3.2 物理表面改性18-19
• 1.3.3 化学表面改性19-20
• 1.4 不锈钢磷化的研究进展20-24
• 1.5 本课题研究的目的、意义及内容24-26
• 1.5.1 本课题研究的目的和意义24-25
• 1.5.2 本课题研究的内容25-26
• 第二章 实验材料与方法26-35
• 2.1 试验材料与设备26-28
• 2.1.1 试验材料与试剂26-27
• 2.1.2 试验仪器27-28
• 2.2 磷化处理28-30
• 2.2.1 磷化方法28-29
• 2.2.2 工艺流程29-30
• 2.3 磷化膜的表征30-35
• 2.3.1 磷化膜表面形貌及厚度分析30
• 2.3.2 磷化膜结构分析30
• 2.3.3 耐蚀性测试30-32
• 2.3.4 耐磨性测试32
• 2.3.5 生物活性测试32-33
• 2.3.6 镍离子溢出测试33
• 2.3.7 抗凝血性能测试33-35
• 第三章 超声场对 316L不锈钢磷化处理的影响35-49
• 3.1 磷化膜的制备35-38
• 3.1.1 磷化预处理35-37
• 3.1.2 磷化处理37-38
• 3.2 磷化膜生长过程分析38-39
• 3.3 磷化膜的组织与结构分析39-42
• 3.3.1 磷化膜的表面形貌及厚度39-41
• 3.3.2 磷化膜的结构41-42
• 3.4 磷化膜的性能分析42-47
• 3.4.1 磷化膜的耐磨损性能42-44
• 3.4.2 磷化膜的耐腐蚀性能44-45
• 3.4.3 磷化膜的生物活性45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 316L不锈钢超声磷化处理工艺优化49-58
• 4.1 磷化工艺参数对磷化膜的影响49-51
• 4.1.1 磷化温度49
• 4.1.2 磷化时间49-50
• 4.1.3 超声功率50
• 4.1.4 溶液pH值50-51
• 4.2 正交试验设计51-52
• 4.3 磷化膜形貌分析52-54
• 4.4 磷化膜耐蚀性分析54-56
• 4.5 最佳工艺下磷化膜表面形貌分析56
• 4.6 本章小结56-58
• 第五章 封闭处理对磷化膜组织与性能的影响58-68
• 5.1 磷化膜封闭处理工艺58-61
• 5.1.1 硅酸钠浓度对磷化膜的影响58-60
• 5.1.2 封闭时间对磷化膜的影响60-61
• 5.2 封闭处理后磷化膜的组织与结构分析61-63
• 5.2.1 磷化膜的表面形貌分析61-62
• 5.2.2 磷化膜的结构分析62-63
• 5.3 封闭处理后磷化膜的性能分析63-67
• 5.3.1 动态凝血时间检测63-65
• 5.3.2 磷化膜的耐蚀性能分析65-66
• 5.3.3 磷化膜表面镍离子溢出检测66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 硕士期间发表论文77

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10 李有观;不锈钢表面处理新法[J];南方钢铁;1994年04期

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2 王和义;黄玮;熊旺;;纯化氢用多孔不锈钢表面的修饰技术[A];中国工程物理研究院科技年报（2000）[C];2000年

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5 李红轩;徐洮;陈建敏;周惠娣;胡丽天;刘惠文;;预处理对不锈钢表面沉积类金刚石薄膜的影响[A];第三届全国扫描电子显微学会议论文集[C];2003年

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8 闫松毓;刘芳;孙将达;何燕;韩培德;;加热气氛对304不锈钢表面氧化铁磷组成、结构的影响[A];第十三届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2013年

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10 ;不锈钢表面硬化及黑化技术[A];广东省材料研究学会部分单位会员成果汇编[C];2005年

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5 张化义;不锈钢在现代基础设施中的重要作用[N];世界金属导报;2012年

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10 于菲;不锈钢表面多巴胺复合膜的制备及抗蚀性能的研究[D];中国海洋大学;2011年

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