新型钴铬银超细晶合金的制备及在牙科领域应用研究
发布时间：2022-02-09 12:03
钴基合金由于具有高强度、高硬度、良好的耐磨性能和耐腐蚀性能等,在众多的金属生物材料中,被大量报道适合作为牙科和骨科植入材料。然而目前医用钴合金中的镍等离子的释放会导致人体的过敏反应、致癌等,合金的强度和耐磨性能有待进一步提高。具有抗药性的超级细菌的出现使得具有抗菌功能的新型合金成为发展方向,而钴合金在这方面的研究较少。纳米晶/超细晶结构金属与传统的大晶粒尺寸的金属相比具有不寻常的物理和机械性能,因此在生物医学领域具有潜在的应用前景,但有关生物医用纳米晶/超细晶钴合金尚缺乏系统深入研究。因此本论文采用高能球磨机械合金化（HEBM）与放电等离子体烧结（SPS）工艺相结合,并通过控制烧结参数制备双相Co-30 at%Cr-5 at%Ag超细晶合金。采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜与透射电子显微镜对合金微观结构进行表征;通过显微维氏硬度测试、单轴压缩实验、销盘式干滑动摩擦磨损实验、电化学实验等研究合金的硬度、力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能等;此外通过抗菌实验、体外细胞相容性实验评价该合金在牙科植入领域应用的可行性。主要取得以下研究成果:（1）通过将Co、Cr金属粉末球磨形成单相固溶体,后加...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
种植牙示意图[8]
论文-6-理(SMAT)和动态严重塑性变形(DSPD)等)制备出来的。“自下而上”的策略是基于单步处理方法(如化学气相沉积(CVD)、电沉积(ED)等)直接制备出纳米/超细晶材料，或者采用先合成纳米颗粒之后将粉体材料烧结成块体两步处理方法，这种方法在大多数情况下可以获得无孔隙的样品。值得注意的是，用于合成这些纳米粒子的主要方法都是物理或电化学方法。目前制备的块体纳米晶/超细晶材料通常受到物理尺寸限制(一般为薄片状或丝状)。因此，进一步开发面向应用的加工制备块体纳米晶/超细晶结构合金材料的关键技术至关重要。图1-2Cu-10at%Ag合金与SS440C磨盘对磨后样品ND-SD截面微观结构[36]a)BF-TEM图像b)磨损亚表面(黄色虚线下方)对应的HAADF-STEM图像RenFuzeng等研究人员[19,37]通过HEBM和温压烧结工艺相结合制备出纳米晶结构的纯钴和超细晶结构的Co-28wt%Cr-6wt%Mo合金，并对制备出的两种材料进行硬度和摩擦磨损性能测试，结果表明纳米晶/超细晶结构的材料硬度和耐磨损性能都有所提高。钴合金中当铬含量在28-35at%之间时可通过固溶强化提高钴合金强度并可提高钴合金的耐腐蚀性能，ZhaoCancan等研究人员[38]通过HEBM和SPS相结合制备出Co-30at%Cr超细晶合金，微观结构表征结果表明，该合金组织由单相ε-Co并有弥散分布的纳米级σ析出相组成，摩擦磨损试验表明Co-30at%Cr超细晶合金具有非常好的耐磨性。需要注意的是，摩擦磨损过程会使得材料亚表面产生严重的塑性变形区(SPD)，并能够显著地改变材料亚表面的初始微观组织，进而影响材料的磨损性能。特别是具有不互溶的两相或多相结构的合金材料，在摩擦磨损过程中，初始等轴晶粒会在亚表面形成梯度层状组织的微观结构，这种结构能显著提高合金的磨损性，例如Cu合金[36,39-41]、Nb-Ag合金[42,
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-基体中GNBs逐渐增大进而形成梯度结构，在单相材料中也存在[44,45]。GNBs在应变不均匀的区域形成，以协调不同晶格之间旋转的差异，不均匀变形的主要原因在于晶体中滑移系的差异[46-49]。目前，在以面心立方结构(fcc)为基体并弥散分布有fcc析出相的体系中摩擦磨损试验后有观察到这种梯度层状结构，如图1-2所示的Cu-Ag合金[36]。在体心立方结构(bcc)为基体并弥散分布有fcc析出相的体系中也有对这种结构的观察和研究，如图1-3所示的Nb-Ag合金[42]。然而，有关密排六方结构(hcp)为基体的体系，在摩擦磨损变形后亚表面的微观结构研究还非常有限。图1-3Nb-10at%Ag合金滑动磨损后的ND-SD断面微观组织演变[42]a)BF-TEM图b)-c)HAADF-STEM图d)为c)中所选区域的EDX图e)Nb-Ag界面的HR-TEM图1.4本论文研究目的及研究方法1.4.1研究目的本论文以开发短流程、低成本、耐腐蚀、抗磨损、具有良好生物相容性和抑菌性的块体Co-Cr-Ag超细晶双相(ε-Co和Ag)合金制备新工艺为研究目标，并阐明以hcp为基体引入fcc第二相体系的不互溶超细晶双相合金在摩擦磨损过程中的协调变形机制以及磨损剖面微观梯度结构演化规律，促进新型牙科植入材料的研究开发。
【参考文献】：
期刊论文
[1]口腔修复用合金材料的研究现状[J]. 田保,杨小民. 实用医院临床杂志. 2007(02)
[2]放电等离子烧结技术的原理及应用[J]. 冯海波,周玉,贾德昌. 材料科学与工艺. 2003(03)
本文编号：3616972
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
种植牙示意图[8]
论文-6-理(SMAT)和动态严重塑性变形(DSPD)等)制备出来的。“自下而上”的策略是基于单步处理方法(如化学气相沉积(CVD)、电沉积(ED)等)直接制备出纳米/超细晶材料，或者采用先合成纳米颗粒之后将粉体材料烧结成块体两步处理方法，这种方法在大多数情况下可以获得无孔隙的样品。值得注意的是，用于合成这些纳米粒子的主要方法都是物理或电化学方法。目前制备的块体纳米晶/超细晶材料通常受到物理尺寸限制(一般为薄片状或丝状)。因此，进一步开发面向应用的加工制备块体纳米晶/超细晶结构合金材料的关键技术至关重要。图1-2Cu-10at%Ag合金与SS440C磨盘对磨后样品ND-SD截面微观结构[36]a)BF-TEM图像b)磨损亚表面(黄色虚线下方)对应的HAADF-STEM图像RenFuzeng等研究人员[19,37]通过HEBM和温压烧结工艺相结合制备出纳米晶结构的纯钴和超细晶结构的Co-28wt%Cr-6wt%Mo合金，并对制备出的两种材料进行硬度和摩擦磨损性能测试，结果表明纳米晶/超细晶结构的材料硬度和耐磨损性能都有所提高。钴合金中当铬含量在28-35at%之间时可通过固溶强化提高钴合金强度并可提高钴合金的耐腐蚀性能，ZhaoCancan等研究人员[38]通过HEBM和SPS相结合制备出Co-30at%Cr超细晶合金，微观结构表征结果表明，该合金组织由单相ε-Co并有弥散分布的纳米级σ析出相组成，摩擦磨损试验表明Co-30at%Cr超细晶合金具有非常好的耐磨性。需要注意的是，摩擦磨损过程会使得材料亚表面产生严重的塑性变形区(SPD)，并能够显著地改变材料亚表面的初始微观组织，进而影响材料的磨损性能。特别是具有不互溶的两相或多相结构的合金材料，在摩擦磨损过程中，初始等轴晶粒会在亚表面形成梯度层状组织的微观结构，这种结构能显著提高合金的磨损性，例如Cu合金[36,39-41]、Nb-Ag合金[42,
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-基体中GNBs逐渐增大进而形成梯度结构，在单相材料中也存在[44,45]。GNBs在应变不均匀的区域形成，以协调不同晶格之间旋转的差异，不均匀变形的主要原因在于晶体中滑移系的差异[46-49]。目前，在以面心立方结构(fcc)为基体并弥散分布有fcc析出相的体系中摩擦磨损试验后有观察到这种梯度层状结构，如图1-2所示的Cu-Ag合金[36]。在体心立方结构(bcc)为基体并弥散分布有fcc析出相的体系中也有对这种结构的观察和研究，如图1-3所示的Nb-Ag合金[42]。然而，有关密排六方结构(hcp)为基体的体系，在摩擦磨损变形后亚表面的微观结构研究还非常有限。图1-3Nb-10at%Ag合金滑动磨损后的ND-SD断面微观组织演变[42]a)BF-TEM图b)-c)HAADF-STEM图d)为c)中所选区域的EDX图e)Nb-Ag界面的HR-TEM图1.4本论文研究目的及研究方法1.4.1研究目的本论文以开发短流程、低成本、耐腐蚀、抗磨损、具有良好生物相容性和抑菌性的块体Co-Cr-Ag超细晶双相(ε-Co和Ag)合金制备新工艺为研究目标，并阐明以hcp为基体引入fcc第二相体系的不互溶超细晶双相合金在摩擦磨损过程中的协调变形机制以及磨损剖面微观梯度结构演化规律，促进新型牙科植入材料的研究开发。
【参考文献】：
期刊论文
[1]口腔修复用合金材料的研究现状[J]. 田保,杨小民. 实用医院临床杂志. 2007(02)
[2]放电等离子烧结技术的原理及应用[J]. 冯海波,周玉,贾德昌. 材料科学与工艺. 2003(03)
本文编号：3616972
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