低模量钛合金表面等离子喷涂与微弧氧化涂层特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_jie
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文采用等离子喷涂法和微弧氧化法分别对低模量Ti2448 (Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn)合金进行提高表面活性的改性,研究了两种改性方法所制备涂层的微观结构、力学性能和表面磷灰石诱导行为,分析了合金对涂层和改性方法的影响与要求以及改性方法和后处理技术对合金的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线能量分散分光计(EDS)、X射线光电子谱(XPS)、傅立叶红外吸收光谱(FT-IR)、拉曼光谱、扫面电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRT)等研究了涂层表面形貌、微观结构及基体的微观结构。采用纳米/显微硬度仪、拉伸等方法表征涂层和基体的纳米/显微硬度、弹性模量和结合强度等力学性能。采用模拟体液(SBF)浸泡在涂层表面形成磷灰石的方法表征涂层的生物性能。研究表明,提高等离子喷涂的电压和电流虽然能够对HA涂层力学性能提高起到促进作用,但对Ti2448合金基体会产生较大的影响。研究发现,在使用电流为600A、电压为45V时,合金基体尤其是约100μm近表层有大量马氏体相析出,且在约10μm的最表层伴随有β相和马氏体相的超细晶粒出现。合金中的马氏体相变和重结晶使合金基体近表面的硬度和弹性模量显著提高,所使用的厚度为5mm的合金基体整体弹性模量也显著增加。使用球磨HA/Ti复合粉体(BM),在相对较低的喷涂电流和电压条件下,在Ti2448合金表面制备了一种新型纳米结构的复合涂层,涂层中主要包含钙钛矿型CaTiO3、HA分解产物及Ti的氧化物和磷化物。研究了球磨时间和球磨转速以及Ti添加量对复合涂层微观结构和力学性能的影响。结果表明,增加球磨时间、提高球磨转速和Ti添加量都有利于改善涂层的微观组织结构和力学性能。SBF浸泡结果显示,BM涂层具有磷灰石诱导能力,其诱导机制为:Ca、P从涂层表面析出增加了SBF中涂层表面附近的钙磷离子浓度;Ca离子的析出还可以在涂层表面形成大量的Ti-OH,Ti-OH吸引钙离子向涂层表面沉积,钙离子再吸引附近磷酸根离子和碳酸根离子,使磷灰石在涂层表面形核。另外,涂层中富含钙钛矿型CaTiO3,而钙钛矿型CaTiO3 ( 022)晶面与HA(0001)晶面具有良好的晶体学匹配,可能为磷灰石提供良好的形核位点。球磨时间和球磨转速对涂层的磷灰石诱导能力的影响不明显,而初始粉体中Ti添加比例则影响磷灰石的诱导,Ti添加比例越高,对应涂层的磷灰石诱导能力越弱。与HA涂层和SM涂层(由浆式混粉(SM)方式获得的涂层)比较,BM涂层的磷灰石诱导能力相对较差,这是由于BM涂层中基本不含有具有较高磷灰石诱导能力的HA相。利用微弧氧化法在Ti2448合金和商业纯Ti表面制备了含有Ca、P成分的氧化层。Ti2448合金对微弧氧化层的微观结构、碱处理后表面化学成分以及改性后涂层的磷灰石诱导能力都产生了重要影响:(1) Ti2448微弧氧化层中各相为纳米晶和非晶结构,除含有TiO2外,还含有Nb2O5和少量的SnO2和ZrO2,且TiO2为板钛矿结构;而Ti微弧氧化层中TiO2晶化程度较高,以锐钛型结构存在。(2)碱改性的Ti2448微弧氧化层表面Ca、Na含量低于改性的Ti微弧氧化层,且表面没有形成如改性的Ti微弧氧化层的微观结构。(3)碱改性的Ti2448微弧氧化层与相同碱改性的Ti微弧氧化层相比,磷灰石诱导能力明显较弱,主要与改性层中较低的Ca、Na离子较低和表面没有形成更有利于磷灰石形核的纳米网络结构有关。(4)通过提高碱处理浓度可以改善Ti2448微弧氧化层的磷灰石诱导能力。同时分析了微弧氧化对Ti2448合金的影响。结果表明,由于微弧氧化过程中微弧放电是在很小的区域内的瞬时高温,而后迅速冷却,因此对合金影响较小。微弧涂层制备后,合金基体中没有α相析出。
其他文献
数据信息挖掘技术是指综合运用多种算法,对从各种渠道得来的大量数据进行计算机处理,通过信息加工,抽提有用信息,发现自然规律。作为一门多学科的交叉技术,数据挖掘已成为数
为全面提高大学生的创新意识、创业思维和创业能力,石家庄经济学院探索创建了创业虚拟仿真实验教学中心。创业虚拟仿真实验教学中心实验教学平台有创业认知、创业机会发现、
玻璃纤维增强热塑性塑料(FRTP)自问世以来,经科技人员的不断研究,在生产与应用中取得了良好效果,产品性能有了很大改进。通过多次试验表明,FRTP中的玻纤含量应以15%~30%为宜。如
电力工程是基础性民生工程,而配电线路工程是电力工程的重要组成部分,与电能分配质量、电网服务效果息息相关。该文首先对配电线路工程与施工进行简单介绍,而后罗列出一些施
厚度精度是衡量板带材质量的主要指标,轧辊偏心是造成周期性厚度偏差的主要因素。为了提高板带材的厚度精度,针对板带轧机轧制过程中存在的轧辊偏心问题,研究AGC系统如何有效
<正> 在2004年的教师节来临之际,使我又想起原全国政协副主席、当代诗词大家赵朴初先生写的《金缕曲·敬献人民教师》一词,想起赵朴老在词中所表达的对人民教师的满腔深情与
期刊