生物医学纯钛ECAP的力学性能及表面活性研究

发布时间：2017-09-28 01:28

  本文关键词：生物医学纯钛ECAP的力学性能及表面活性研究

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【摘要】：纯钛作为医用植入材料，强度较低，疲劳强度不高，抑制了它作为医用植入领域的应用。通过一种剧烈塑性变形方法来提高纯钛的综合力学性能，对于纯钛在医学领域的应用具有重要的意义。 本文采用自行设计的模具和加热保温装置成功对TA1进行了二道次等通道径角挤压试验。研究挤压变形后的微观组织对力学性能、抗疲劳性能和表面活性的影响。 分别对粗晶纯，一、二道次等通道径角挤压纯钛试样进行微观组织观察、硬度测试、拉伸试验、疲劳试验和模拟体液表面活性试验。其中金相微观组织观察在光学显微镜下进行，硬度在硬度测试仪上测得；拉抻试样和疲劳试样分别沿挤压方向截取，其中拉伸试验在微电子控制万能实验机上进行，疲劳试验采用正弦波对称循环应力（即应力比R＝1）在低频液压伺服动静万能试验机上进行，频率为25Hz；模拟体液表面活性试验分别采用林格模拟人体溶液和0.9%的生理盐水作为介质溶液。 结果表明：工业纯钛经过二道次等通道径角挤压变形后，晶粒组织明显细化，由开始的等轴晶，发展成细晶组织，且随着道次的增加，板条间距愈细小；二道次等通道径角挤压变形后TA1的抗拉强度达到1240MPa，较粗晶纯钛提高了约28.4%；同时，硬度达到了Hv319，，塑性依然能够保持在较高的水平，伸长率为16.7%，较粗晶组织略为降低；疲劳强度由原始粗晶的220MPa提高为280MPa，提高了约27.3%；表面活性也得到一定程度的提高。由此得出结论：经过二道次等通道径角挤压变形后，纯钛的硬度、抗拉强度、疲劳强度以及表面活性显著改善。等通道径角挤压方法是提高纯钛综合性能的有效方法。
【关键词】：等通道径角挤压 纯钛 生物医用材料 抗拉强度 疲劳强度 表面活性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG146.23;R318.08
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 等径角挤压（ECAP）法13-20
• 1.2.1 ECAP 工艺原理13-14
• 1.2.2 模具角度14-15
• 1.2.3 挤压道次15-16
• 1.2.4 挤压路径16-17
• 1.2.5 挤压温度17
• 1.2.6 挤压速度17-18
• 1.2.7 摩擦系数18-19
• 1.2.8 背压的影响19-20
• 1.3 纯钛 ECAP 研究背景20-26
• 1.3.1 ECAP 纯钛的微观组织20-22
• 1.3.2 ECAP 纯钛的力学性能22-23
• 1.3.3 ECAP 纯钛的疲劳特性23-25
• 1.3.4 ECAP 纯钛的耐腐蚀性能25
• 1.3.5 ECAP 纯钛的表面活性25-26
• 1.4 ECAP 纯钛的应用26-28
• 1.5 ECAP 变形研究还存在的问题28
• 1.6 本课题主要研究内容和意义28-30
• 第二章 纯钛 ECAP 模具及回形加热炉的设计与制造30-38
• 2.1 模具材料的选用30-32
• 2.2 凹模的结构设计32-33
• 2.3 凸模的结构设计33-34
• 2.4 其它零部件的结构设计34-36
• 2.4.1 上、下垫板的结构设计34
• 2.4.2 上垫块和凸模板的设计34-36
• 2.5 口型加热保温炉的设计与制造36-37
• 2.6 模具的装配37
• 2.7 本章小结37-38
• 第三章 实验方法38-45
• 3.1 实验材料38
• 3.2 实验设备及试剂38-42
• 3.3 ECAP 工艺试验过程42
• 3.4 显微硬度测试42-43
• 3.5 微观组织观察试验43
• 3.6 拉伸试验43
• 3.7 抗疲劳性能测试试验43-44
• 3.8 表面活性试验44
• 3.9 本章小结44-45
• 第四章 实验结果与分析45-61
• 4.1 微观组织特征45-46
• 4.2 微观组织硬度分析46-48
• 4.3 ECAP 纯钛的力学性能分析48-49
• 4.4 ECAP 纯钛的疲劳性能分析49-54
• 4.4.1 疲劳的概念49-52
• 4.4.1.1 疲劳失效的定义、过程及疲劳断口分析49-50
• 4.4.1.2 疲劳失效与静强度失效的区别50-51
• 4.4.1.3 疲劳失效影响因素分析51-52
• 4.4.2 疲劳试验52-54
• 4.5 ECAP 纯钛的表面活性分析54-60
• 4.5.1 体外浸泡实验55
• 4.5.2 失重分析55-56
• 4.5.3 浸泡后表面形貌分析56-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 总结和展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文及专利68

【参考文献】

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本文编号：933062