鈦合金表面織構與等離子滲氮處理及其生物摩擦特性研究.pdf

1、鈦及鈦合金以其優(yōu)異的生物相容性，耐腐蝕性以及力學適應性成為最常用的生物醫(yī)用金屬材料，但耐磨性較差。改善鈦合金的耐磨性可以從提高其表面力學性能和改善潤滑狀態(tài)兩方面入手。離子滲氮能夠提高鈦合金表面硬度，而表面織構化則能通過改變潤滑膜厚度來改善潤滑性能。 本研究在不同的溫度和保溫時間條件下，對Ti6Al4V合金進行表面等離子滲氮處理，制備了高硬度滲氮層。通過X射線衍射儀(XRD)對滲氮層表面進行物相分析，用金相顯微鏡觀察滲層厚度，用顯

2、微硬度計和納米壓痕儀測試滲層的硬度和模量，并用劃痕儀測試化合物層與基體的結合力，經過性能對比獲得最佳滲氮工藝參數。通過Nd:YAG脈沖激光器在鈦合金表面形成不同密度的織構化微孔，研究微孔密度對鈦合金摩擦學性能的影響。最后在最佳滲氮工藝參數條件下對織構化鈦合金進行表面滲氮處理，研究織構化/滲氮兩步處理對鈦合金摩擦學性能的影響。對滲氮層的分析結果表明，700℃，6h的滲氮樣品擴散層組織細小，厚度較大，脆性化合物層最薄，劃痕實驗的臨界載荷達到

3、40N，硬度和彈性模量值較基體均有大幅提高。對三種工藝表面改性樣品的生物摩擦學性能評價結果表明，在小牛血清潤滑條件下與硬質Al2O3陶瓷對磨時，鈦合金表面滲氮能夠大幅降低摩擦系數和自身的磨損率；而與軟質的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)對磨時，表面織構化鈦合金則能有效降低配副UHMWPE銷的磨損率及其摩擦系數。實驗結果表明，表面織構化的最佳孔密度為6.4％，此密度下，配副材料UHMWPE的磨損率和摩擦系數降到最低。表面織構化/滲氮鈦合金