本文關(guān)鍵詞：純鈦與鈦合金及其氮離子注入層的扭動(dòng)微動(dòng)行為研究

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【摘要】：扭動(dòng)微動(dòng)是在法向交變載荷下接觸副間發(fā)生的往復(fù)微幅相對(duì)扭動(dòng),在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域普遍存在。表面改性技術(shù)具有低成本、易實(shí)現(xiàn)和性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),能夠有效減緩微動(dòng)損傷、提高材料的抗磨損性能。本研究以典型生物合金材料為研究對(duì)象,考察基體材料及其氮離子注入層在扭動(dòng)微動(dòng)中的損傷機(jī)理和機(jī)制,能豐富摩擦學(xué)研究。 本研究選用常用醫(yī)學(xué)材料：純鈦TA2、Ti6A17Nb和Ti6A14V鈦合金三種基材以及三種基材經(jīng)過(guò)不同劑量氮離子高能離子注入后的改性樣品。扭動(dòng)實(shí)驗(yàn)采用球-平面接觸,在配有低速高精度往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)和六維傳感器(X、Y、Z方向的力和扭矩)的UMT摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。三種基體材料及其改性層為平面試樣,對(duì)磨副ZrO：陶瓷球,潤(rùn)滑環(huán)境采用模擬體液小牛血清溶液介質(zhì)下進(jìn)行。采用顯微硬度儀、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜儀(EDX)、X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜(Raman)和表面形貌儀等微觀分析手段,結(jié)合微動(dòng)磨損動(dòng)力學(xué)特性分析,系統(tǒng)研究了純鈦、鈦合金及其離子注入改性層的微動(dòng)運(yùn)行行為和損傷機(jī)理。獲得的主要結(jié)論如下： 1.純鈦與鈦合金金經(jīng)離子注入后,在材料的表面形成了新相氮化鈦,改性層表面呈脈絡(luò)狀突起,表面的粗糙度顯著增大。隨著氮離子注入劑量的增加,改性層的硬度和粗糙度逐漸變大。 2.扭動(dòng)微動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明,氮離子注入很好的提高了純鈦與鈦合金的抗扭動(dòng)微動(dòng)磨損性能。在小角位移θ=0.5°時(shí),純鈦與鈦合金的T-θ曲線呈現(xiàn)橢圓形,扭動(dòng)微動(dòng)處于混合區(qū)。離子改性層的T-θ曲線開(kāi)始向直線型轉(zhuǎn)變,說(shuō)明氮離子使得改性層延緩了滑移區(qū)的到來(lái)；θ=5°和15°時(shí),純鈦與鈦合金基材與改性層的T-θ曲線都呈平行四邊形,扭動(dòng)微動(dòng)磨損運(yùn)行于滑移區(qū)。因此,氮離子注入改性并沒(méi)有改變材料在大角位移下的扭動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行區(qū)域；扭矩循環(huán)曲線一般呈現(xiàn)三個(gè)階段：跑合階段,上升階段以及平穩(wěn)階段,在小角位移下,基材與改性層的扭矩循環(huán)曲線平穩(wěn)且數(shù)值較低。在大角位移下,相比較于改性層,基體進(jìn)入穩(wěn)定的摩擦扭矩階段所需要的循環(huán)次數(shù)更少。 3.研究發(fā)現(xiàn)：在部分滑移區(qū),純鈦與鈦合金基體為輕微的磨粒磨損,氮離子改性層幾乎未見(jiàn)損傷；在混合區(qū),純鈦與鈦合金基體表面有大量的磨屑堆積、片狀脫落和剝層,其損傷機(jī)制為磨粒磨損；在滑移區(qū),基體材料磨痕中心有片狀剝落、外緣則有大量磨屑,其損傷機(jī)制為剝落和氧化磨損,氮離子改性層的損傷機(jī)制為磨粒磨損。
【關(guān)鍵詞】：純鈦 鈦合金 離子注入 扭動(dòng)微動(dòng) 小牛血清溶液 損傷機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH117;TG146.23
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 微動(dòng)摩擦學(xué)的研究發(fā)展13-15
• 1.2.1 微動(dòng)摩擦學(xué)13-14
• 1.2.2 微動(dòng)的形式14-15
• 1.3 扭動(dòng)微動(dòng)及其研究進(jìn)展15-18
• 1.3.1 扭動(dòng)實(shí)例15-17
• 1.3.2 扭動(dòng)微動(dòng)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 表面工程抗磨損研究現(xiàn)狀18-20
• 1.5 高能離子注入20-22
• 1.5.1 高能離子注入技術(shù)的概況20
• 1.5.2 高能離子注入技術(shù)的特點(diǎn)20-21
• 1.5.3 高能離子注入技術(shù)的原理21-22
• 1.6 本文研究意義和內(nèi)容22-24
• 1.6.1 本文研究意義22-23
• 1.6.2 本文研究?jī)?nèi)容23-24
• 第2章 試驗(yàn)方法與材料24-36
• 2.1 試驗(yàn)材料的選擇24-25
• 2.1.1 平面式樣的選擇24
• 2.1.2 試樣制備24
• 2.1.3 對(duì)磨球的選擇24-25
• 2.2 試驗(yàn)介質(zhì)25
• 2.3 氮離子注入處理25-27
• 2.5 分析方法27
• 2.5.1 離子注入層的表征27
• 2.6 改性層的性能27-33
• 2.6.1 顏色和粗糙度27-31
• 2.6.2 氮離子注入層的成分分析31-32
• 2.6.3 離子注入層的硬度32-33
• 2.7 扭動(dòng)微動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置33-34
• 2.8 磨痕的微觀分析34-36
• 第3章 純鈦TA2及其離子注入層在血清溶液中的扭動(dòng)微動(dòng)磨損行為研究36-50
• 3.1 扭動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行行為分析36-41
• 3.1.1 扭矩循環(huán)曲線36-40
• 3.1.2 扭矩時(shí)變曲線40-41
• 3.2 扭動(dòng)微動(dòng)損傷行為分析41-46
• 3.2.1 磨痕形貌分析41-44
• 3.2.2 磨痕二維輪廓曲線44-46
• 3.3 扭動(dòng)微動(dòng)損傷機(jī)理分析46-49
• 3.3.1 TA2合金基體46-47
• 3.3.2 TA2合金離子注入改性層47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第4章 Ti6A14V合金及其離子注入層在血清溶液中的扭動(dòng)微動(dòng)磨損行為研究50-64
• 4.1 扭動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行行為分析50-55
• 4.1.1 扭矩循環(huán)曲線50-53
• 4.1.2 扭矩時(shí)變曲線53-55
• 4.2 扭動(dòng)微動(dòng)損傷行為分析55-60
• 4.2.1 磨痕形貌分析55-58
• 4.2.2 磨痕二維輪廓曲線58-60
• 4.3 扭動(dòng)微動(dòng)損傷機(jī)理分析60-63
• 4.3.1 Ti6A14V合金基體60-61
• 4.3.2 Ti6Al4V合金離子注入改性層61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第5章 Ti6Al7Nb合金及其氮離子注入層在血清溶液中的扭動(dòng)微動(dòng)磨損行為研究64-80
• 5.1 扭動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行行為分析64-69
• 5.1.1 扭矩循環(huán)曲線64-68
• 5.1.2 扭矩時(shí)變曲線68-69
• 5.2 扭動(dòng)微動(dòng)損傷行為分析69-74
• 5.2.1 磨痕形貌分析69-73
• 5.2.2 磨痕輪廓分析73-74
• 5.3 扭動(dòng)微動(dòng)損傷機(jī)理分析74-78
• 5.3.1 Ti6AI7Nb 合金基體74-76
• 5.3.2 Ti6Al7Nb合金離子注入改性層76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 第6章 基體材料及其離子注入層的扭動(dòng)微動(dòng)磨損對(duì)比分析80-90
• 6.1 扭動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行行為對(duì)比80-84
• 6.1.1 T-θ曲線80-82
• 6.1.2 摩擦扭矩時(shí)變曲線82-84
• 6.2 扭動(dòng)微動(dòng)損傷對(duì)比84-86
• 6.3 扭動(dòng)微動(dòng)損傷機(jī)理對(duì)比86-88
• 6.4 本章小結(jié)88-90
• 結(jié)論90-92
• 致謝92-93
• 研究展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文97

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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3 李偉;貨車(chē)心盤(pán)存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議[J];機(jī)械管理開(kāi)發(fā);2004年05期

4 周仲榮;關(guān)于我國(guó)生物摩擦學(xué)研究的思考[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2004年05期

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6 劉洪喜;王浪平;王小峰;湯寶寅;;LY12CZ鋁合金表面等離子浸沒(méi)離子注入氮層的摩擦磨損性能研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2006年05期

7 蔡振兵;朱e，

本文編號(hào)：944199