导　　师： 张永康; 吴穷

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 目前,在医用领域中,Ti6Al4V合金已经成为广泛使用的金属材料,但在异常复杂的人体环境中,会发生腐蚀、磨损及其耦合作用行为,将大大降低其服役时间,因此急需提高其耐腐蚀磨损性能。相比传统表面改性技术,激光冲击强化具有高稳定的残余应力及微观结构,常用于提高医用钛合金的机械和生物性能。本文以医用Ti6Al4V合金为研究对象,探究腐蚀磨损及其耦合作用机理,开展激光冲击强化实验、腐蚀磨损实验、摩擦磨损实验和电化学腐蚀实验,分析不同激光冲击强化工艺参数对医用Ti6Al4V合金在改良版SBF模拟体液中的腐蚀磨损及其耦合行为的影响,并通过实验验证激光冲击强化抗腐蚀磨损及其耦合作用机理。主要研究内容包括如下:1、医用Ti6Al4V合金的激光冲击强化实验研究。该实验研究激光功率密度和激光冲击次数对表面粗糙度、表面和深度方向的残余应力、表面及截面硬度等表面完整性的影响。实验结果表明:随着激光功率密度和冲击次数的增大,医用Ti6Al4V合金表面粗糙度、表面硬度值和表面残余应力均增大,最大表面残余压应力为-804.7MPa,其深度方向的硬度值和残余应力影响层逐渐降低,最深分别可达0.5~0.7mm和1.15mm。2、激光冲击强化前后的医用Ti6Al4V合金试样的腐蚀磨损实验研究。实验采用MSR-2T电化学往复摩擦磨损实验仪,联合CHI660E电化学工作站的实验台,同时、同步在改良版SBF模拟体液中开展医用Ti6Al4V合金腐蚀磨损实验。实验结果表明:激光功率密度和冲击次数的增大,显著提高了医用Ti6Al4V合金的耐腐蚀磨损性能。3、基于腐蚀磨损实验,激光冲击强化前后的医用Ti6Al4V合金试样的摩擦磨损实验研究。实验结果表明:医用Ti6Al4V合金试样的摩擦系数存在小范围的波动,激光功率密度和冲击次数的增大,明显降低了医用Ti6Al4V合金试样的平均摩擦系数、磨痕宽度和深度、磨损量和磨损率,显著增强了医用Ti6Al4V合金的耐磨损性能。4、基于腐蚀磨损的实验,激光冲击强化前后的医用Ti6Al4V合金试样的电化学腐蚀实验研究。在Zennium电化学工作站上进行医用Ti6Al4V合金在改良版SBF模拟体液中的电化学腐蚀实验,测量腐蚀磨损实验医用Ti6Al4V合金的开路电位、极化曲线、电化学交流阻抗谱和塔菲尔曲线等特征参数。实验结果表明:医用Ti6Al4V合金腐蚀热力学和钝化状态达到最优异的稳定性,其钝态、均匀的腐蚀速度均最低,获得较致密的表面钝化膜,改善了医用Ti6Al4V合金在改良版SBF模拟体液中的腐蚀行为。5、对比摩擦磨损及电化学腐蚀实验,激光冲击强化医用Ti6Al4V合金腐蚀磨损试样的摩擦系数、磨痕宽度和深度、磨损量、磨损率均比摩擦磨损试样高,造成表面磨痕的犁沟较深密,导致黏着疤痕、与腐蚀耦合作用的点蚀缺陷;腐蚀磨损试样的阻抗电阻降低了3个数量级;自腐蚀电位、钝化区的电位范围和极化电阻均减小,造成自腐蚀、钝化电流密度最大分别升高了6.74倍和58.8%;表现出腐蚀行为加速磨损、磨损行为促进电化学腐蚀的耦合作用行为。更多还原

关 键 词： 医用Ti6Al4V合金 [5673025]激光冲击强化 耦合 腐蚀 [4768351]磨损

分 类 号： [TG146.23;TG665]

领　　域： [] []