钛合金表面铜铬合金层组织性能研究
发布时间：2020-01-23 11:41
【摘要】：钛作为比强度、比刚度高，抗腐蚀性能以及高温力学性能、抗疲劳性能很好的新兴的金属材料，具有优良的综合性能，对经济和社会发展具有重要意义。在航空航天、船舶工业以及体育器材等领域有着广泛应用；同时，，医疗卫生以及食品加工行业钛合金运用也极具前景，且随着生活水平的提高，人民更加需要具有抗菌性能的钛合金材料。 本实验选择钛合金（Ti-6Al-4V）作为基材，并对其表面进行Cu、Cr合金化处理，以此来获得抗菌钛合金。对合金层抗菌性能进行测试的同时检测其耐磨性；采用X射线衍射仪(XRD)对合金层表面进行物相结构分析；采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对合金层表面与渗层截面的结构形貌进行分析；采用能谱仪(EDS)对合金层表面与渗层截面进行元素成分分析；采用浸泡法检测基材钛合金和合金化钛合金分别在0.5mol/LNaCl溶液、0.5mol/L柠檬酸溶液以及0.5mol/L的NaHCO3溶液中的耐腐蚀性能；采用超景深显微镜检测磨损样的划痕深度。为得到满足使用要求的合金层，对合金层表面进行抗菌性、耐磨性以及耐蚀性研究，并对其抗菌机理、耐磨机理以及其组织进行探讨。主要研究成果如下： （1）TC4表面形成的CuCr合金层，呈粗糙的颗粒状，与基体有明显界线；相组成主要为Ti，Cr2Ti，CuTi2；Cu-Cr比为5:5的合金层厚度约12μm，其表面Cr含量为14.1wt%左右，Cu含量为12.3wt%左右；Cu-Cr比为7:3的合金层厚度约为40μm，其表面Cr含量为5.9wt%左右，Cu含量为16.6wt%左右，其合金层显微组织中存在细小的针状组织，并在该组织周边存在明显的裂纹。 （2）TC4表面形成的CuCr合金层，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出优异的抗菌性能，抗菌率均达到100%。Cu元素的抗菌机理，主要体现在3个方面：A.电场吸附作用杀菌；B.金属离子穿透细胞壁，破坏细胞合成酶杀菌；C.催化作用杀菌。 （3）对TC4表面形成的CuCr合金层进行显微硬度及摩擦磨损检测，CuCr比为5:5制备得的合金层的表面硬度为3020.84gf/mm2，表面磨痕深度为7.81μm；CuCr比为7:3制备得的合金层表面硬度为3043.32gf/mm2，表面磨痕深度为21.15μm；基材表面硬度为2181.44gf/mm2，表面磨痕深度为22.47μm。表明CuCr合金化使TC4表面耐磨性提高，靶材Cu:Cr为5:5时，合金层表面耐磨性最好。 （4）TC4表面形成的CuCr合金层，在0.5mol/LNaCl溶液中及0.5mol/L柠檬酸中的耐腐蚀性均较TC4基材有一定程度的降低，但仍保持着很好的耐蚀性，且靶材Cu:Cr为5:5制备的合金层的耐蚀性要明显好于CuCr比为7:3制备得的合金层；在0.5mol/LNaHCO3溶液中，CuCr合金层耐腐蚀性较TC4基材有一定程度的提高，且靶材Cu:Cr为5:5制备的合金层的耐蚀性要明显好于CuCr比为7:3制备得的合金层。 （5）对不同CuCr比形成的TC4合金层进行显微组织分析发现，靶材Cu:Cr为7:3时，制备的合金层中生成针状的马氏体（α'）组织，其周边存在明显的裂纹，导致摩擦磨损实验时，试样表面出现脱落，严重影响合金层的耐磨性能。在本实验条件下，靶材Cu:Cr为5:5制得的TC4合金层在组织结构和性能方面均优于前者，适合在医疗卫生以及食品加工等方面得到广泛的应用。
【图文】：
图 1 -1 1 9 9 0- 2 0 0 9 年 全球 汽 车 用钛 量情 况Fi g . 1 -1 G lo b a l ti t a n iu m c o n s u mp ti o n in c a r d u ri n g 1 9 9 0- 2 0 0 9钛 合 金 基 本性 质 点 为 16 6 7℃ ， 属 于 高 熔点 金属 ； 其 密 度为 4 .1 5 1 g/ cm 3，仅 为铁 的 57 素异 形 体 ， 分别 是 常 温 下 密排 六 方结 构 的 α 相 以 及 在 8 85 ℃ 时 转 变生 β 相； T i - 6 A l - 4V 的相 变点 在 99 0 ℃。 钛 的 比 容与 奥 氏体 不 锈钢 相 当 ， 热容 小 ， 容易 加 热， 也容 易 冷 却 [ 10 ] 。 种 非 常 活 泼 的 金 属 ， 在 常 温 下 其 表 面 容 易 生 成 一 层 Ti O2薄 膜 。 同 时
击 工 件 表 面 使 其 产 生 缺 陷 的 同 时 ， 也 会 将 其 表 面 的 钝 化化 扩 散过 程 做 好准 备 。 金 化 原理 子体 合 金 化 实验 ， 必 须 满足 两 个 前提 要 求 ：一 是 实 验 的环 是 源 极和 工 件极 的两 极 压 差 必须 能 够使 得保 护 气体 （ 一 技 术 的 主要 原 理是 便是 利 用 了 辉光 放 电现 象。 即 辉 光 放电 极 的 两 极压 差 的作 用下 ， 不断 轰击 源 极材 料， 从而 使 合金 元 的 等 离 子体 ， 后 也 在压 差 作 用 下， 轰 击工 件表 面 ， 并 在工 终 形成 合 金 渗层 。 示 ， 为 辉光 放 电的 结构 原 理 图 [ 37 ]。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TG146.23
本文编号：2572264
【图文】：
图 1 -1 1 9 9 0- 2 0 0 9 年 全球 汽 车 用钛 量情 况Fi g . 1 -1 G lo b a l ti t a n iu m c o n s u mp ti o n in c a r d u ri n g 1 9 9 0- 2 0 0 9钛 合 金 基 本性 质 点 为 16 6 7℃ ， 属 于 高 熔点 金属 ； 其 密 度为 4 .1 5 1 g/ cm 3，仅 为铁 的 57 素异 形 体 ， 分别 是 常 温 下 密排 六 方结 构 的 α 相 以 及 在 8 85 ℃ 时 转 变生 β 相； T i - 6 A l - 4V 的相 变点 在 99 0 ℃。 钛 的 比 容与 奥 氏体 不 锈钢 相 当 ， 热容 小 ， 容易 加 热， 也容 易 冷 却 [ 10 ] 。 种 非 常 活 泼 的 金 属 ， 在 常 温 下 其 表 面 容 易 生 成 一 层 Ti O2薄 膜 。 同 时
击 工 件 表 面 使 其 产 生 缺 陷 的 同 时 ， 也 会 将 其 表 面 的 钝 化化 扩 散过 程 做 好准 备 。 金 化 原理 子体 合 金 化 实验 ， 必 须 满足 两 个 前提 要 求 ：一 是 实 验 的环 是 源 极和 工 件极 的两 极 压 差 必须 能 够使 得保 护 气体 （ 一 技 术 的 主要 原 理是 便是 利 用 了 辉光 放 电现 象。 即 辉 光 放电 极 的 两 极压 差 的作 用下 ， 不断 轰击 源 极材 料， 从而 使 合金 元 的 等 离 子体 ， 后 也 在压 差 作 用 下， 轰 击工 件表 面 ， 并 在工 终 形成 合 金 渗层 。 示 ， 为 辉光 放 电的 结构 原 理 图 [ 37 ]。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TG146.23
【参考文献】
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10 李金刚;汪振福;时海芳;李智超;;渗铜法制备抗菌不锈钢的抗菌性和耐蚀性[J];腐蚀与防护;2008年05期
本文编号：2572264
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