激光喷丸强化医用Ti6Al4V合金抗生物腐蚀及腐蚀磨损性能研究

发布时间：2017-05-02 14:02

  本文关键词：激光喷丸强化医用Ti6Al4V合金抗生物腐蚀及腐蚀磨损性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Ti6Al4V合金是医用领域使用最为广泛的金属材料,常被用来制作体内承载苛刻的长期植入件,因此要求其具有优异的耐生物腐蚀及耐腐蚀磨损性能。目前常采用表面改性方法提高医用钛合金表面的机械性能和生物性能。激光喷丸强化是利用激光的力效应进行材料表面改性的技术,由于其强化效果好、无热影响区、可控性强,且不存在涂层质量和结合强度等问题,近年来受到国内外诸多学者的广泛关注。本文以医用Ti6Al4V合金为研究对象,开展激光喷丸强化试验及表面完整性测试,并通过腐蚀磨损和电化学腐蚀试验研究激光喷丸强化对材料抗生物腐蚀及腐蚀磨损性能的影响,主要工作包括:(1)基于生物腐蚀电化学原理和腐蚀磨损理论基础,分析医用钛合金表面腐蚀倾向、腐蚀速度、钝化性能、点蚀敏感性和腐蚀磨损的影响因素,结合激光冲击波作用机理和激光喷丸应力强化及组织强化机制,探讨激光喷丸提高医用Ti6Al4V合金生物腐蚀及腐蚀磨损性能的可行性。(2)开展激光喷丸强化Ti6Al4V合金试验及表面完整性检测,并在Hank's模拟体液中进行腐蚀磨损试验,分析激光喷丸强化对试样的残余应力、表面及截面硬度和摩擦系数、磨痕形貌、磨损率的影响。结果表明,激光喷丸在试样表面诱导产生高幅残余压应力和一定深度的硬化层,与未处理试样相比,激光喷丸试样腐蚀磨损的摩擦系数、磨痕深度和磨损率降低,磨损类型由黏着磨损转化为犁沟状磨粒磨损,在Hank's模拟体液中的抗腐蚀磨损性能得到有效改善。(3)开展激光喷丸强化Ti6Al4V合金在Hank's模拟体液中的电化学腐蚀试验,研究试样生物腐蚀的热力学参数、动力学参数、钝化性能、点蚀敏感性和腐蚀表面的形貌与能谱。结果表明,激光喷丸使试样表面的含氧量和钝化性能提高,与未处理试样相比,激光喷丸试样显示出较低的腐蚀倾向、点蚀敏感性和腐蚀速度,说明激光喷丸强化处理能够显著提高医用Ti6Al4V合金表面在Hank's模拟体液中的耐生物腐蚀性能。
【关键词】：激光喷丸强化 Ti6Al4V合金 医用 生物腐蚀 腐蚀磨损
【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】：TG146.23;TG665
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 引言13
• 1.2 生物医用钛合金的应用现状13-16
• 1.2.1 钛合金概述13-14
• 1.2.2 钛合金在生物医学中的应用及存在的问题14-16
• 1.3 医用钛合金的表面改性技术16-20
• 1.3.1 常规表面改性技术16-18
• 1.3.2 激光表面改性技术18-20
• 1.4 激光喷丸强化技术在医用金属材料中的应用20-22
• 1.4.1 激光喷丸强化技术概述20
• 1.4.2 激光喷丸强化技术在医用金属材料中的应用及存在的问题20-22
• 1.5 课题研究的目的和主要内容22-24
• 第二章 激光喷丸强化抗生物腐蚀及腐蚀磨损理论24-36
• 2.1 医用钛合金的生物腐蚀电化学原理24-30
• 2.1.1 腐蚀热力学25-26
• 2.1.2 腐蚀动力学26-27
• 2.1.3 医用钛合金的钝化27-28
• 2.1.4 医用钛合金的点蚀28-29
• 2.1.5 电化学阻抗谱29-30
• 2.2 医用钛合金的腐蚀磨损理论基础30-31
• 2.3 激光喷丸强化抗生物腐蚀及腐蚀磨损机理31-35
• 2.3.1 激光冲击波作用机理31-33
• 2.3.2 激光喷丸应力强化抗生物腐蚀及腐蚀磨损机理33-34
• 2.3.3 激光喷丸组织强化抗生物腐蚀及腐蚀磨损机理34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 激光喷丸强化对TI6AL4V合金表面完整性及腐蚀磨损性能影响36-50
• 3.1 激光喷丸强化试验36-38
• 3.1.1 试验材料和设备36-37
• 3.1.2 试验方案37-38
• 3.2 激光喷丸强化表面完整性38-43
• 3.2.1 表面粗糙度38-40
• 3.2.2 维氏硬度40-42
• 3.2.3 表面残余应力42-43
• 3.3 腐蚀磨损试验设计43-45
• 3.3.1 试验仪器43-44
• 3.3.2 试验参数44-45
• 3.4 激光喷丸对腐蚀磨损性能的影响45-49
• 3.4.1 摩擦系数45-46
• 3.4.2 磨损体积46-48
• 3.4.3 腐蚀磨损磨痕形貌48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 激光喷丸强化对TI6AL4V合金表面生物腐蚀性能影响50-62
• 4.1 电化学腐蚀试验设计50-51
• 4.1.1 试验仪器与试样准备50-51
• 4.1.2 试验参数51
• 4.2 电化学腐蚀试验结果及分析51-61
• 4.2.1 开路电位-时间（OCP）曲线（腐蚀热力学）51-52
• 4.2.2 极化曲线（腐蚀动力学-稳态强极化测量）52-58
• 4.2.3 电化学阻抗谱（EIS）（腐蚀动力学-暂态测量）58
• 4.2.4 电化学腐蚀表面形貌58-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他科研成果71

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