(TiZrNbTa) 90 Mo 10 高熵合金的腐蚀与磨损行为
发布时间：2020-12-15 16:50
高熵合金（High-entropy alloy,HEA）在化学成分上具有多组元及等原子比的特点,为在前所未知的成分空间探索发现性能优异的新型合金提供了机遇。同时,这类合金是否存在不同于传统合金的力学和使役行为也亟待了解。由难熔金属构成的体心立方结构（TiZrNbTa）90Mo10高熵合金具有高强度、高硬度等优异的力学性能,且组成元素具有良好的生物相容性,可望在生物医用领域得到应用,亟待了解其在人体生理环境下的腐蚀和作为人工假体材料的摩擦磨损行为。本工作采用电化学、XPS表面分析和“球-板”式往复滑动摩擦等方法,研究了电弧熔炼态（TiZrNbTa）90Mo10合金在模拟生理介质中的电化学行为、钝化膜的化学组成,以及该合金与几种陶瓷材料组成摩擦副的干摩擦磨损行为。主要发现与结论如下:（一）在模拟生理环境的Ringer’s溶液中,（TiZrNbTa）90Mo10合金的电化学响应显示,随着溶液pH值的降低,开路电位向电位更正的方向移动。当溶液酸度增加到pH=1时,极化电阻（Rp）和腐蚀电流密度（icorr）均表明钝化膜的保护性明显下降。尽管如此,icorr仍可保持在10-2μA·cm-2数量级...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（Ａ）固定良好的右侧髋关节假体，（Ｂ）同一患者体内出现无菌性松动的左侧人工??关节，（Ｃ）手术中测定ｐＨ值的位置Ｍ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?（Ａ）?Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｗｅｌｌ－ｆｉｘｅｄ?ｔｏｔａｌ?ｈｉｐ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｒｉｇｈｔ?ｓｉｄｅ，?（Ｂ）?ｈｉｐ??
植入体进入进入人体的??Ｓ?？?Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ??？ｎ?—？?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?／??／ｐａｓ?—一ｒ￣＾Ｎｉ，?Ｍｏ，?Ｃｕ?／??ｔ?Ｃ（??Ｓ?Ａｃｔｉｖｅ?／?Ｎｉ?＼?Ｐａｓｓｉｖｅ?／ｔｒａｎｓ：??Ｉ?／＾＼?｜??’ｐ?Ｌ?１?｜?５ｉ＜２％￣￣Ｊ??Ｉ?Ｃｒ＾－ｉ?Ｔ?Ｍ〇－＜?｜－＾Ｓｉ＞２％??▲?？?＾Ｃｒ．Ｎｉ．Ｗ．Ｔｉ?ｙ?士?＾??Ｅｒ?＾ｐａｓ?［ａｃｔ??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?Ｅ??图１．３典型可钝化金属材料阳极极化曲线示意图Ｐｉ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｎｏｄｉｃ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｆｏｒ?ｐａｓｓｉｖｅ?ｍｅｔａｌｌｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌ１?１??１．３．２．２局部腐蚀??生物医用金属材料的局部腐蚀是指在植入体表面某些局部区域的阳极溶??解速率远大于其余表面区域的阳极溶解速率，其发生的必要条件有两个，一是局??部区域的阴阳极电流密度不同，二是腐蚀过程本身的影响加剧植入体表面不同部??位的阳极溶解速率差异，即产生自催化效应。常见的植入体局部腐蚀包括缝隙腐??蚀和点蚀刚。??在目前大量采用的模块化人工关节中，各模块之间可能会成为缝隙腐蚀的发??生处７７１。如Ｗａｎｇ等Ｗ分析了?Ｚｉｍｍｅｒ公司的Ｒｅｖｉｔａｎ髋关节假体失效行为，??该假体股骨柄由三部分组成，其中近端柄和远端柄由Ｔｉ６Ａ１７Ｎｂ合金组成，中间??连接部分为ＣｏＣｒＭｏ合金，在２００８至２０１２年进行的２１４例该类型假体手术中，??随后的四年内发生３例断裂，且其中两例均在ＣｏＣｒＭｏ合金连接处发生，
?第一章绪论???（ａ）％，?＾９??１?－＾?／？??图１．４?（ａ）回收的失效Ｒｅｖｉｔａｎ关节假体照片，（ｂ）模块化股骨柄连接处缝隙与裂纹的??髙分辨照片１７８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?（ａ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ?ｆｒａｃｔｕｒｅｄ?Ｒｅｖｉｔａｎ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ，?（ｂ）?ｈｉｇｈ－??ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｒｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｃｒａｃｋ?ａｔ?ｔｈｅ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｏｄｕｌａｒ?ｆｅｍｏｒａｌ?ｓｔｅｍ?＾??在生理环境中，在模块式股骨柄连接处形成缝隙之后，缝隙内外的氧浓度随??着电化学过程的进行产生差异，缝隙内成为贫氧区，缝隙外为富氧区［６（）］。进而使??得缝隙内部成为阳极反应主导的区域，缝隙外部则成为阴极反应区域。缝隙内部??阳离子的聚集一方面使得氯离子等阴离子向缝隙内扩散以满足阴阳离子平衡，另??一方面阳离子的水解使得缝隙内的氢离子浓度越来越高，即ｐＨ值上升，这就使??得缝隙内的钝化条件进一步恶化。这二者共同的结果是使得缝隙内部植入体表面??的钝化膜保护性下降，也就意味着缝隙内外的金属植入体阳极极化曲线形状产生??了不同，而由于相接触的植入体各部分处于相同的电位下，所以产生了阳极溶解??电流密度的差异，缝隙内部腐蚀速率加快且由于自催化效应，这种差异逐渐扩大。??最终，缝隙内的加速腐蚀一方面会提高生理环境中的金属离子浓度，另一方面也??成为植入体提前失效的根源。??点蚀又称小孔腐蚀，在钝化的植入体表面，同时发生着钝化膜的增厚和钝化??膜的阳极溶解，且在不同区域内腐蚀电流密度存在起伏涨落，这种涨落会使得在??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Adhesive wear mechanisms uncovered by atomistic simulations[J]. Jean-Fran?ois MOLINARI,Ramin AGHABABAEI,Tobias BRINK,Lucas FRéROT,Enrico MILANESE. Friction. 2018(03)
[2]Effect of Niobium on Microstructure and Properties of the CoCrFeNb_xNi High Entropy Alloys[J]. Hui Jiang,Li Jiang,Dongxu Qiao,Yiping Lu,Tongmin Wang,Zhiqiang Cao,Tingju Li. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[3]新型人工关节仿生润滑系统设计及滑液摩擦学特性研究[J]. 张建华,陶德华,付尚发,李健,赵源. 摩擦学学报. 2003(06)
博士论文
[1]不同全髋关节置换术微创入路中髋周围重要肌群损伤实验研究[D]. 王汀.重庆医科大学 2019
[2]中国大陆地区股骨头坏死病因学调查及危险因素初步分析[D]. 崔立强.北京协和医学院 2014
[3]国人髋关节解剖与行为学特性研究及在人工关节设计中的应用[D]. 周海.上海交通大学 2014
本文编号：2918577
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（Ａ）固定良好的右侧髋关节假体，（Ｂ）同一患者体内出现无菌性松动的左侧人工??关节，（Ｃ）手术中测定ｐＨ值的位置Ｍ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?（Ａ）?Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｗｅｌｌ－ｆｉｘｅｄ?ｔｏｔａｌ?ｈｉｐ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｒｉｇｈｔ?ｓｉｄｅ，?（Ｂ）?ｈｉｐ??
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?第一章绪论???（ａ）％，?＾９??１?－＾?／？??图１．４?（ａ）回收的失效Ｒｅｖｉｔａｎ关节假体照片，（ｂ）模块化股骨柄连接处缝隙与裂纹的??髙分辨照片１７８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?（ａ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ?ｆｒａｃｔｕｒｅｄ?Ｒｅｖｉｔａｎ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ，?（ｂ）?ｈｉｇｈ－??ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｒｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｃｒａｃｋ?ａｔ?ｔｈｅ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｏｄｕｌａｒ?ｆｅｍｏｒａｌ?ｓｔｅｍ?＾??在生理环境中，在模块式股骨柄连接处形成缝隙之后，缝隙内外的氧浓度随??着电化学过程的进行产生差异，缝隙内成为贫氧区，缝隙外为富氧区［６（）］。进而使??得缝隙内部成为阳极反应主导的区域，缝隙外部则成为阴极反应区域。缝隙内部??阳离子的聚集一方面使得氯离子等阴离子向缝隙内扩散以满足阴阳离子平衡，另??一方面阳离子的水解使得缝隙内的氢离子浓度越来越高，即ｐＨ值上升，这就使??得缝隙内的钝化条件进一步恶化。这二者共同的结果是使得缝隙内部植入体表面??的钝化膜保护性下降，也就意味着缝隙内外的金属植入体阳极极化曲线形状产生??了不同，而由于相接触的植入体各部分处于相同的电位下，所以产生了阳极溶解??电流密度的差异，缝隙内部腐蚀速率加快且由于自催化效应，这种差异逐渐扩大。??最终，缝隙内的加速腐蚀一方面会提高生理环境中的金属离子浓度，另一方面也??成为植入体提前失效的根源。??点蚀又称小孔腐蚀，在钝化的植入体表面，同时发生着钝化膜的增厚和钝化??膜的阳极溶解，且在不同区域内腐蚀电流密度存在起伏涨落，这种涨落会使得在??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Adhesive wear mechanisms uncovered by atomistic simulations[J]. Jean-Fran?ois MOLINARI,Ramin AGHABABAEI,Tobias BRINK,Lucas FRéROT,Enrico MILANESE. Friction. 2018(03)
[2]Effect of Niobium on Microstructure and Properties of the CoCrFeNb_xNi High Entropy Alloys[J]. Hui Jiang,Li Jiang,Dongxu Qiao,Yiping Lu,Tongmin Wang,Zhiqiang Cao,Tingju Li. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[3]新型人工关节仿生润滑系统设计及滑液摩擦学特性研究[J]. 张建华,陶德华,付尚发,李健,赵源. 摩擦学学报. 2003(06)
博士论文
[1]不同全髋关节置换术微创入路中髋周围重要肌群损伤实验研究[D]. 王汀.重庆医科大学 2019
[2]中国大陆地区股骨头坏死病因学调查及危险因素初步分析[D]. 崔立强.北京协和医学院 2014
[3]国人髋关节解剖与行为学特性研究及在人工关节设计中的应用[D]. 周海.上海交通大学 2014
本文编号：2918577
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