本文關鍵詞：攪拌摩擦加工對生物醫(yī)用鈦合金顯微組織與摩擦磨損性能的影響

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【摘要】：Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)β鈦合金彈性模量低、生物形容性好、不含生物毒性元素被廣泛應用于生物醫(yī)學領域。但是,與其他生物植入材料,如Ti-6Al-4V等相比,其強度及耐磨性還有待提高。因此需要進一步探尋有效方法來改善其表面性能。攪拌摩擦加工技術作為一種劇烈塑性變形技術,可以有效細化晶粒,從而獲得高性能的材料表面。本文選用Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)β醫(yī)用鈦合金作為實驗材料,純鈦作為對比材料,采用攪拌摩擦加工技術對其進行表面改性。系統(tǒng)研究了不同加工參數(shù)(旋轉(zhuǎn)速度和加工道次)對Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)β醫(yī)用鈦合金及純鈦微觀組織及摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明:攪拌摩擦加工后,晶粒顯著細化,且當加工參數(shù)為375r/min,三道次時,可獲得納米晶組織。此外,所有參數(shù)下加工的樣品表面都出現(xiàn)了應力誘發(fā)α″馬氏體相,且其數(shù)量隨著加工道次的提高而增大,在低道次加工時,觀察到有無熱ω相析出。在較低變形量下,Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金的變形機制以位錯、滑移及應力誘發(fā)馬氏體為主;當變形量增大時,則以形變孿晶為主,變形量繼續(xù)增大,母相則逐漸穩(wěn)定并細化至納米晶,此時發(fā)生ω相至β相的逆轉(zhuǎn)變以及去孿晶化。顯微硬度測試分布知,攪拌區(qū)顯微硬度顯著高于母材。且當Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt%)合金FSP加工參數(shù)為375r/min,三道次時,獲得攪拌區(qū)最高硬度246.7Hv,相較母材提高了30.3%。Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金磨損率及平均摩擦系數(shù)隨著加工道次的提升而顯著降低。磨損機制在較低變形量下以黏著磨損為主,磨損表面呈現(xiàn)剝層撕裂,在較高變形量下磨損機制以磨粒磨損為主,磨損表面呈現(xiàn)犁溝槽。
【關鍵詞】：醫(yī)用β鈦合金 攪拌摩擦加工(FSP) 顯微組織 摩擦磨損
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23;R318.08
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 低模量醫(yī)用 β 鈦合金的研究進展13-19
• 1.2.1 β 型鈦合金的合金化15
• 1.2.2 β 型鈦合金的摩擦磨損性能15-16
• 1.2.3 β 型鈦合金的變形機制16-18
• 1.2.4 低模量鈦及鈦合金的表面改性18-19
• 1.3 攪拌摩擦加工的研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3.1 攪拌摩擦加工技術原理19-21
• 1.3.2 攪拌摩擦加工技術特點21
• 1.3.3 攪拌摩擦加工研究進展21-23
• 1.4 攪拌摩擦加工工藝的參數(shù)23-25
• 1.5 選題意義及主要研究內(nèi)容25-27
• 1.5.1 選題背景及意義25
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容25-27
• 第二章 Ti-35Nb-3Zr-2Ta鈦合金的制備及實驗方法27-34
• 2.1 引言27
• 2.2 實驗方案27-28
• 2.3 材料制備28-29
• 2.4 攪拌摩擦加工工藝29-30
• 2.5 組織與性能測試分析方法30-34
• 2.5.1 微觀組織31-32
• 2.5.2 物相分析32
• 2.5.3 硬度32
• 2.5.4 摩擦磨損32
• 2.5.5 原子力顯微鏡32-34
• 第三章 攪拌摩擦加工對鈦合金組織結(jié)構影響34-53
• 3.1 引言34
• 3.2 材料制備與實驗方法34-37
• 3.2.1 材料制備34-35
• 3.2.2 測試方法35-37
• 3.3 實驗結(jié)果與分析37-51
• 3.3.1 攪拌摩擦加工參數(shù)對顯微組織的影響37-44
• 3.3.2 物相分析44-45
• 3.3.3 攪拌摩擦加工過程的再結(jié)晶機制45-46
• 3.3.4 攪拌摩擦加工過程中的變形機制46-51
• 3.4 本章小結(jié)51-53
• 第四章 攪拌摩擦加工對鈦合金機械性能的影響53-69
• 4.1 引言53
• 4.2 實驗方法53-55
• 4.2.1 硬度53
• 4.2.2 摩擦磨損53-54
• 4.2.3 AFM54-55
• 4.3 實驗結(jié)果與分析55-67
• 4.3.1 攪拌摩擦加工對鈦合金顯微硬度的影響55-58
• 4.3.2 攪拌摩擦加工對鈦合金摩擦磨損的影響58-64
• 4.3.3 攪拌摩擦加工對鈦合金表面粗糙度的影響64-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 第五章 結(jié)論與創(chuàng)新點69-71
• 參考文獻71-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文78-80

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 孫榮祿;牛偉;王成揚;;鈦合金表面激光熔覆TiN-Ni基合金復合涂層的組織和磨損性能[J];稀有金屬材料與工程;2007年01期

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本文編號：594661