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《北京石油化工学院》 2018年
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生物镁合金sol-gel/MAO涂层的滑动磨损和局部腐蚀性能研究

马慧娟  
【摘要】:生物镁合金是一种具有可降解性能的生物医用材料,当人体骨骼完全愈合后,镁合金植入物会在人体内自行降解,可以避免二次手术给病人带来伤痛和经济负担。但是当它作为植入物,植入人体后,会同时存在磨损和腐蚀两种降解方式,而因磨损产生的缺陷部位,会首先发生局部腐蚀,从而导致镁合金植入物材料急剧腐蚀,快速破坏,无法与人体骨修复的速率达到一致,致使其在使用可靠性方面面临着挑战。所以探索出一种比较有用的手段来提高镁合金的耐腐蚀和磨损性能,并对其局部腐蚀规律进行研究是很有必要的。本文采用镁合金(AZ31B)作为研究对象,结合微弧氧化和溶胶凝胶技术在镁合金表面制备出溶胶凝胶/微弧氧化复合涂层(以下简称sol-gel/MAO),并与微弧氧化涂层(以下简称MAO)就其磨损和腐蚀性能进行实验研究,探讨溶胶凝胶涂层的防护作用。本文采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米划痕仪和显微硬度计,分别对MAO和sol-gel/MAO样品的表面形貌和涂层厚度、物相组成、结合强度和涂层硬度进行了观察和测定。结果表明:MAO样品表面上的微孔几乎被溶胶凝胶涂层所覆盖,厚度增加了一倍;涂层结合力提高了76%;硬度从236.4HV增加到340HV,物相成分中均含有羟基磷灰石(HA)的存在。本文通过滑动磨损实验测定了在相同频率下不同载荷(3N,4N,5N)对两种涂层的摩擦系数、磨损体积和磨痕形貌的影响,结果表明:MAO和sol-gel/MAO样品的摩擦系数随着施加载荷的增大,均呈现减小的趋势,但是sol-gel/MAO样品的摩擦系数和磨损体积均小于MAO样品,显示出较好的耐磨损性能。从磨痕形貌分析得出,其滑动磨损的过程主要包括磨损,氧化,磨损塑性变形和粘着磨损等阶段,最后根据其磨损过程建立了复合涂层的滑动磨损物理模型。本文采用开路电位(OCP)、动电位极化曲线(PDP)和电化学阻抗谱(EIS)对两种涂层的宏观耐腐蚀性能进行评价,得出sol-gel/MAO样品具有较好的耐腐蚀性能。证实了在MAO样品上进行溶胶凝胶处理可以有效地提高镁合金的耐腐蚀性能。本文采用扫描振动电极技术(SVET)和局部电化学阻抗谱(LEIS)对MAO和sol-gel/MAO两种涂层的局部腐蚀行为进行对比分析。结果表明,sol-gel/MAO样品具有较低的腐蚀电流密度和较高的电化学阻抗值,展现出较好的耐腐蚀性。同时,也发现sol-gel/MAO样品划痕处的耐蚀性要优于MAO样品,这说明溶胶凝胶涂层对划痕处的腐蚀起到了一定的缓解作用。另外,还得出划痕对MAO样品腐蚀速率的影响比sol-gel/MAO样品更严重的结论。最后根据其腐蚀规律,建立了复合涂层的局部腐蚀的物理模型。
【学位授予单位】:北京石油化工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG174.4;R318.08

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1 马慧娟;生物镁合金sol-gel/MAO涂层的滑动磨损和局部腐蚀性能研究[D];北京石油化工学院;2018年
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