【摘要】：鈦作為比強度、比剛度高，抗腐蝕性能以及高溫力學性能、抗疲勞性能很好的新興的金屬材料，具有優(yōu)良的綜合性能，對經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要意義。在航空航天、船舶工業(yè)以及體育器材等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用；同時，，醫(yī)療衛(wèi)生以及食品加工行業(yè)鈦合金運用也極具前景，且隨著生活水平的提高，人民更加需要具有抗菌性能的鈦合金材料。 本實驗選擇鈦合金（Ti-6Al-4V）作為基材，并對其表面進行Cu、Cr合金化處理，以此來獲得抗菌鈦合金。對合金層抗菌性能進行測試的同時檢測其耐磨性；采用X射線衍射儀(XRD)對合金層表面進行物相結(jié)構(gòu)分析；采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)對合金層表面與滲層截面的結(jié)構(gòu)形貌進行分析；采用能譜儀(EDS)對合金層表面與滲層截面進行元素成分分析；采用浸泡法檢測基材鈦合金和合金化鈦合金分別在0.5mol/LNaCl溶液、0.5mol/L檸檬酸溶液以及0.5mol/L的NaHCO3溶液中的耐腐蝕性能；采用超景深顯微鏡檢測磨損樣的劃痕深度。為得到滿足使用要求的合金層，對合金層表面進行抗菌性、耐磨性以及耐蝕性研究，并對其抗菌機理、耐磨機理以及其組織進行探討。主要研究成果如下： （1）TC4表面形成的CuCr合金層，呈粗糙的顆粒狀，與基體有明顯界線；相組成主要為Ti，Cr2Ti，CuTi2；Cu-Cr比為5:5的合金層厚度約12μm，其表面Cr含量為14.1wt%左右，Cu含量為12.3wt%左右；Cu-Cr比為7:3的合金層厚度約為40μm，其表面Cr含量為5.9wt%左右，Cu含量為16.6wt%左右，其合金層顯微組織中存在細小的針狀組織，并在該組織周邊存在明顯的裂紋。 （2）TC4表面形成的CuCr合金層，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，抗菌率均達到100%。Cu元素的抗菌機理，主要體現(xiàn)在3個方面：A.電場吸附作用殺菌；B.金屬離子穿透細胞壁，破壞細胞合成酶殺菌；C.催化作用殺菌。 （3）對TC4表面形成的CuCr合金層進行顯微硬度及摩擦磨損檢測，CuCr比為5:5制備得的合金層的表面硬度為3020.84gf/mm2，表面磨痕深度為7.81μm；CuCr比為7:3制備得的合金層表面硬度為3043.32gf/mm2，表面磨痕深度為21.15μm；基材表面硬度為2181.44gf/mm2，表面磨痕深度為22.47μm。表明CuCr合金化使TC4表面耐磨性提高，靶材Cu:Cr為5:5時，合金層表面耐磨性最好。 （4）TC4表面形成的CuCr合金層，在0.5mol/LNaCl溶液中及0.5mol/L檸檬酸中的耐腐蝕性均較TC4基材有一定程度的降低，但仍保持著很好的耐蝕性，且靶材Cu:Cr為5:5制備的合金層的耐蝕性要明顯好于CuCr比為7:3制備得的合金層；在0.5mol/LNaHCO3溶液中，CuCr合金層耐腐蝕性較TC4基材有一定程度的提高，且靶材Cu:Cr為5:5制備的合金層的耐蝕性要明顯好于CuCr比為7:3制備得的合金層。 （5）對不同CuCr比形成的TC4合金層進行顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，靶材Cu:Cr為7:3時，制備的合金層中生成針狀的馬氏體（α'）組織，其周邊存在明顯的裂紋，導致摩擦磨損實驗時，試樣表面出現(xiàn)脫落，嚴重影響合金層的耐磨性能。在本實驗條件下，靶材Cu:Cr為5:5制得的TC4合金層在組織結(jié)構(gòu)和性能方面均優(yōu)于前者，適合在醫(yī)療衛(wèi)生以及食品加工等方面得到廣泛的應(yīng)用。
【圖文】：

圖 1 -1 1 9 9 0- 2 0 0 9 年 全球 汽 車 用鈦 量情 況Fi g . 1 -1 G lo b a l ti t a n iu m c o n s u mp ti o n in c a r d u ri n g 1 9 9 0- 2 0 0 9鈦 合 金 基 本性 質(zhì) 點 為 16 6 7℃ ， 屬 于 高 熔點 金屬 ； 其 密 度為 4 .1 5 1 g/ cm 3，僅 為鐵 的 57 素異 形 體 ， 分別 是 常 溫 下 密排 六 方結(jié) 構(gòu) 的 α 相 以 及 在 8 85 ℃ 時 轉(zhuǎn) 變生 β 相； T i - 6 A l - 4V 的相 變點 在 99 0 ℃。 鈦 的 比 容與 奧 氏體 不 銹鋼 相 當 ， 熱容 小 ， 容易 加 熱， 也容 易 冷 卻 [ 10 ] 。 種 非 常 活 潑 的 金 屬 ， 在 常 溫 下 其 表 面 容 易 生 成 一 層 Ti O2薄 膜 。 同 時

擊 工 件 表 面 使 其 產(chǎn) 生 缺 陷 的 同 時 ， 也 會 將 其 表 面 的 鈍 化化 擴 散過 程 做 好準 備 。 金 化 原理 子體 合 金 化 實驗 ， 必 須 滿足 兩 個 前提 要 求 ：一 是 實 驗 的環(huán) 是 源 極和 工 件極 的兩 極 壓 差 必須 能 夠使 得保 護 氣體 （ 一 技 術(shù) 的 主要 原 理是 便是 利 用 了 輝光 放 電現(xiàn) 象。 即 輝 光 放電 極 的 兩 極壓 差 的作 用下 ， 不斷 轟擊 源 極材 料， 從而 使 合金 元 的 等 離 子體 ， 后 也 在壓 差 作 用 下， 轟 擊工 件表 面 ， 并 在工 終 形成 合 金 滲層 。 示 ， 為 輝光 放 電的 結(jié)構(gòu) 原 理 圖 [ 37 ]。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4;TG146.23

【參考文獻】

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本文編號：2572264