表面织构与氮离子注入对医用钛耐磨损性能的影响
发布时间：2021-04-14 07:55
钛及钛合金以其超越其他生物医用金属材料的优异的生物相容性,良好的力学性能和耐腐蚀性能广泛应用于医用领域,用于制造能够长期植入人体内的医疗器件、人工关节和人工器官。然而,其耐磨损性较差。本文从改善材料表面的磨损机制和力学性能两方面入手,进而提高钛的耐磨损性能。其中前者采用最为新颖的激光表面织构化技术（LST）,后者采用能够清洁和高速生产的氮离子注入技术（NII）。本文所用基材为一种工业纯钛,TA2。采用Nd:YAG脉冲激光器在TA2表面制备点、线和格三种类型的织构化试样。通过X射线衍射仪分析其表面物相组成,用显微硬度计和扫描电镜分别测量织构化前后的表面硬度和评估织构化前后的形貌特征,并用磨损试验仪分别测试研究三种类型织构化试样分别在干磨和湿磨（模拟体液,m-SBF）两种环境下的耐摩擦磨损性能。得出结论,点、线和格三种织构都能不同程度地降低摩擦因数,并研究优化出了点织构试样中耐磨损性能最优的工艺参数为25%的面密度,线和格织构中耐磨损性能最优的工艺参数都为900μm的间距。点、线和格织构试样的干磨磨损率分别为1.14×10-3mm3/Nm、0.7...
【文章来源】：暨南大学广东省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高能离子注入机工作原理示意图
料选用 TA2 钛合金（购自中国西安西北有色金属研究所）作为基体将其切割成 15 mm×10 mm×2 mm 的尺寸大小，再对其试样表面400#，600#，800#，1000#和 1200#进行打磨，并抛光至镜面，μm左右。超声清洗后烘干保存。表 2-1 纯钛 TA2 化学成分（wt %）Table 2-1 The chemical compositions of TA2（wt %）C O N H 0.04 0.20 0.03 0.001 图 2-1 试验流程图Fig.2-1 Experimental flowchart
图 2-2 脉冲 YAG 激光设备Fig.2-2 Pulse YAG laser equipment表 2-2 激光器设备参数Table2-2 Laser equipment parameters电流 脉宽 频率210 A 0.25 ms 1 Hz验设计参数条件下，分别制备织构图案为点，线，格三种不同类型的织构的面密度，线织构和格织构的间距对材料表面耐磨性能的影响密度通过其间距和孔径大小计算得出，具体织构参数如表 2-3 所
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱丽娜,岳文,付志强. 中国表面工程. 2017(04)
[2]生物医用钛合金的研究进展[J]. 李红梅,雷霆,方树铭,黄光明. 金属功能材料. 2011(02)
[3]生物医用钛合金发展和研究现状[J]. 吴义舟,郭爱红. 材料开发与应用. 2010(02)
[4]等离子浸没注入对纯钛及钛合金表面耐腐蚀性能影响的研究[J]. 杨征,黄承敏,巢永烈. 华西医学. 2008(03)
[5]边界润滑条件下表面微细织构减摩特性的研究[J]. 王晓雷,王静秋,韩文非. 润滑与密封. 2007(12)
[6]激光表面织构化改善摩擦学性能的研究进展[J]. 万轶,熊党生. 摩擦学学报. 2006(06)
[7]LY12CZ铝合金表面等离子浸没离子注入氮层的摩擦磨损性能研究[J]. 刘洪喜,王浪平,王小峰,汤宝寅. 摩擦学学报. 2006(05)
[8]N离子注入对Ti-Al-Zr合金耐蚀性影响研究[J]. 刘彦章,邱绍宇,祖小涛,王理,黄新泉. 原子核物理评论. 2006(02)
[9]钛合金的等离子体浸没离子注入表面强化处理[J]. 刘洪喜,汤宝寅,王浪平,王小峰. 稀有金属材料与工程. 2005(08)
[10]激光织构仿生非光滑表面抗磨性能研究[J]. 韩志武,任露泉,刘祖斌. 摩擦学学报. 2004(04)
博士论文
[1]反应堆用钛合金表面的离子注入及其耐蚀性和抗磨损机理研究[D]. 刘彦章.电子科技大学 2007
[2]人工髋关节的磨损行为及磨粒形态研究[D]. 黄传辉.中国矿业大学（北京） 2004
硕士论文
[1]TA2纯钛及TC2钛合金的激光熔覆表面改性研究[D]. 刁云华.上海工程技术大学 2016
[2]医用钛合金Ti13Nb13Zr表面改性层制备及其性能研究[D]. 田伟红.太原理工大学 2015
[3]纯钛与钛合金及其氮离子注入层的扭动微动行为研究[D]. 朱永奎.西南交通大学 2013
[4]钛合金等离子体浸没离子注入表面力学性能与抗氧化性能[D]. 辛国强.哈尔滨工业大学 2007
[5]氮离子注入两种新型钛合金的表面改性研究[D]. 邓炯.四川大学 2005
本文编号：3136963
【文章来源】：暨南大学广东省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高能离子注入机工作原理示意图
料选用 TA2 钛合金（购自中国西安西北有色金属研究所）作为基体将其切割成 15 mm×10 mm×2 mm 的尺寸大小，再对其试样表面400#，600#，800#，1000#和 1200#进行打磨，并抛光至镜面，μm左右。超声清洗后烘干保存。表 2-1 纯钛 TA2 化学成分（wt %）Table 2-1 The chemical compositions of TA2（wt %）C O N H 0.04 0.20 0.03 0.001 图 2-1 试验流程图Fig.2-1 Experimental flowchart
图 2-2 脉冲 YAG 激光设备Fig.2-2 Pulse YAG laser equipment表 2-2 激光器设备参数Table2-2 Laser equipment parameters电流 脉宽 频率210 A 0.25 ms 1 Hz验设计参数条件下，分别制备织构图案为点，线，格三种不同类型的织构的面密度，线织构和格织构的间距对材料表面耐磨性能的影响密度通过其间距和孔径大小计算得出，具体织构参数如表 2-3 所
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱丽娜,岳文,付志强. 中国表面工程. 2017(04)
[2]生物医用钛合金的研究进展[J]. 李红梅,雷霆,方树铭,黄光明. 金属功能材料. 2011(02)
[3]生物医用钛合金发展和研究现状[J]. 吴义舟,郭爱红. 材料开发与应用. 2010(02)
[4]等离子浸没注入对纯钛及钛合金表面耐腐蚀性能影响的研究[J]. 杨征,黄承敏,巢永烈. 华西医学. 2008(03)
[5]边界润滑条件下表面微细织构减摩特性的研究[J]. 王晓雷,王静秋,韩文非. 润滑与密封. 2007(12)
[6]激光表面织构化改善摩擦学性能的研究进展[J]. 万轶,熊党生. 摩擦学学报. 2006(06)
[7]LY12CZ铝合金表面等离子浸没离子注入氮层的摩擦磨损性能研究[J]. 刘洪喜,王浪平,王小峰,汤宝寅. 摩擦学学报. 2006(05)
[8]N离子注入对Ti-Al-Zr合金耐蚀性影响研究[J]. 刘彦章,邱绍宇,祖小涛,王理,黄新泉. 原子核物理评论. 2006(02)
[9]钛合金的等离子体浸没离子注入表面强化处理[J]. 刘洪喜,汤宝寅,王浪平,王小峰. 稀有金属材料与工程. 2005(08)
[10]激光织构仿生非光滑表面抗磨性能研究[J]. 韩志武,任露泉,刘祖斌. 摩擦学学报. 2004(04)
博士论文
[1]反应堆用钛合金表面的离子注入及其耐蚀性和抗磨损机理研究[D]. 刘彦章.电子科技大学 2007
[2]人工髋关节的磨损行为及磨粒形态研究[D]. 黄传辉.中国矿业大学（北京） 2004
硕士论文
[1]TA2纯钛及TC2钛合金的激光熔覆表面改性研究[D]. 刁云华.上海工程技术大学 2016
[2]医用钛合金Ti13Nb13Zr表面改性层制备及其性能研究[D]. 田伟红.太原理工大学 2015
[3]纯钛与钛合金及其氮离子注入层的扭动微动行为研究[D]. 朱永奎.西南交通大学 2013
[4]钛合金等离子体浸没离子注入表面力学性能与抗氧化性能[D]. 辛国强.哈尔滨工业大学 2007
[5]氮离子注入两种新型钛合金的表面改性研究[D]. 邓炯.四川大学 2005
本文编号：3136963
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