医用不锈钢表面强流脉冲电子束改性实验研究

发布时间：2017-11-18 21:33

  本文关键词：医用不锈钢表面强流脉冲电子束改性实验研究

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【摘要】：医用316L不锈钢具有良好的综合力学性能,简便的加工工艺和低廉的价格而广泛应用于骨科、齿科、心脏外科等医学领域,是国际公认的医用不锈钢外科植入物的首选材料,因而提高它们的力学性能和生物相容性在临床使用中具有非凡的意义。然而在生物体复杂的生理环境下,不锈钢不可避免地会发生腐蚀现象,甚至会因为腐蚀和摩擦磨损等作用使得材料被破坏,释放出有害的金属离子及其腐蚀产物,对人体组织和机能造成一定的侵犯和损坏,从而引发恶性组织反应和宿主反应,最终导致材料的功能失效和生物不相容。因此,本文以提升医用316L不锈钢的磨损腐蚀性能展开实验研究,采用SOLO-M脉冲电子束装置对材料进行表面改性。分别使用光学金相显微镜和扫描电子显微镜、EDS能谱仪、X射线衍射仪等分析手段对样品的表面及截面形貌、表层元素成份和相结构等组织结构进行表征,并通过力学与电化学性能测试、血液相容性检测对样品的显微硬度、摩擦磨损性能、腐蚀性能以及血液相容性能进行探讨和分析,获得了优化的处理工艺及其表面改性机制与结果。实验结果表明:1、原始样品的表面光滑平整且晶粒较为粗大,经脉冲电子束处理后,样品表面出现大量火山状熔坑,熔坑密度随脉冲次数的增加而先增大后减小,而尺寸逐渐增大,晶粒组织也随着脉冲次数的增加而发生晶粒细化。2、316L不锈钢中的黑点即为杂质Mn S颗粒,其自身或界面过热是引起基体喷发的重要原因,是火山坑的择优形成位置。脉冲次数的不断增加,使得Mn S杂质随喷发而逐渐减少直至消除,材料获得表面净化效果;同时反复重熔的发生使得火山坑被消融,修复了样品表面缺陷。3、多次脉冲后的样品在(111)晶面发生择优取向,并且处理后的各个衍射峰都不同程度地向大角度方向发生了偏移,表明材料表面有残余应力的存在。4、改性后316L不锈钢的表面显微硬度整体呈上升趋势,45次脉冲后硬度值达到180HV,相较于原始样品表面硬度提高了15%。与此同时,随着脉冲次数的增加,样品的摩擦系数和磨痕宽度不断减小,摩擦磨损性能获得提高。5、脉冲电子束处理后的316L不锈钢具有更低的腐蚀电流密度和更高自腐蚀电位、击穿电位,说明其耐蚀性得到有效提高,本研究中45次轰击后的样品具有较优的耐蚀性。其中,晶粒细化、表面择优取向和存在残余压应力是提高耐腐蚀能力的根本原因。6、改性后的316L不锈钢,在生理盐水环境下易获得更低的稳定摩擦系数和更少的磨损量,提高了耐蚀性,改善了磨损腐蚀复合作用对样品的影响。7、与原始样品相比,强流脉冲电子束处理后的316L不锈钢润湿性更优,具有更高的亲水性,并且表现出优异的血液相容性。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：1201236