收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

添加镍元素对钛铜合金力学与腐蚀磨损性能的影响规律

张睿  
【摘要】:钛合金由于具有质轻,比强度高,无毒性,良好的抗蚀性能以及优异的生物相容性,已经成为临床广泛使用的医用金属材料。TiCu合金作为医用植入材料具有很大的应用潜力。近年来,对该合金的成分、相组成、抗菌性能及电催化特性均做了较为深入的研究。作为医用植入材料,需要综合考虑其抗菌性能、力学性能和腐蚀磨损性能拓宽其应用领域。基于TiNi合金具有独特的形状记忆性能,本文在已有合金Ti_(70)Cu_(30)的基础上,添加Ni对其进行合金化。制备出新型块体三元合金Ti_(65)Cu_(30)Ni_5和Ti_(60)Cu_(30)Ni_(10)。利用X射线衍射仪和辉光放电光谱仪对其相结构和成分分布进行表征;采用纳米压痕仪对Ti_(70)Cu_(30)、Ti_(65)Cu_(30)Ni_5和Ti_(60)Cu_(30)Ni_(10)合金的纳米力学性能进行了研究;采用电化学方法研究了合金在模拟人工体液中的电化学行为;采用球-盘摩擦磨损试验仪研究了合金的摩擦磨损性能。研究结果如下:1、对合金的组织结构和成分分布进行了分析。Ti_(70)Cu_(30)主要由CuTi和CuTi_3相组成;添加Ni合金化后,Ti_(65)Cu_(30)Ni_5主要由CuNiTi_2和TiNi_(0.8)Cu_(0.2)相组成,Ti_(60)Cu_(30)Ni_(10)有新的CuNi_(0.5)Ti_(0.5)O_2和CuNi_2Ti相出现。成分分布曲线显示Ti、Cu和Ni元素含量的最大原子百分比与合金化比例基本相近。2、纳米压痕仪对Ti_(70)Cu_(30)、Ti_(65)Cu_(30)Ni_5、Ti_(60)Cu_(30)Ni_(10)的纳米力学性能进行了比较研究。实验结果表明,添加镍元素有效提高了Ti_(70)Cu_(30)合金的硬度和抵抗外荷载的能力。5 at.%含量的镍元素添加使合金具有较高的弹性模量,而10 at.%含量的镍元素添加对合金弹性模量则有所降低。三种合金的弹性模量排序为Ti_(65)Cu_(30)Ni_5Ti_(70)Cu_(30)Ti_(60)Cu_(30)Ni_(10)。3、采用动电位极化曲线法和阻抗谱曲线法研究了三种合金在Hank's模拟体液中的电化学腐蚀性能。实验结果表明,添加镍元素降低了Ti_(70)Cu_(30)合金的耐腐蚀性能。当镍含量高达10 at.%时,合金在人工体液中剧烈腐蚀,发生大规模点蚀,结构完全破坏。4、采用摩擦磨损试验仪对三种合金的摩擦磨损性能及机理进行了研究。实验结果表明,在空气中干摩擦时,三种合金的磨损均为粘着磨损,Ti_(65)Cu_(30)Ni_5合金的抗磨损性能最好,Ti_(60)Cu_(30)Ni_(10)合金最差。在模拟人工体液介质中摩擦时,由于受电化学腐蚀的影响,三种合金的磨损机制各不相同。Ti_(60)Cu_(30)Ni_(10)主要是化学腐蚀磨损,Ti_(70)Cu_(30)呈现为磨粒磨损,Ti_(65)Cu_(30)Ni_5则介于两者之间,这也导致Ti_(65)Cu_(30)Ni_5的耐磨损性能最高。


知网文化
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978