Ti6A17Nb和Ti6A14V醫(yī)用鈦合金的熱氧化對比研究.pdf

1、本文對Ti6Al7Nb(TAN)和Ti6AL4V(TAV)兩種鈦合金的熱氧化行為進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，通過不同的熱氧化條件，對比兩種鈦合金在空氣氣氛下表面氧化層的生長規(guī)律和性質(zhì)。采用金相顯微鏡、X射線衍射法以及維氏硬度計(jì)等測試和分析手段對合金的氧化層的厚度、致密度、相組成和表面硬化效果進(jìn)行表征。利用XPS表面測試方法對合金氧化層最外層(1—5nm)的化學(xué)組分和合金元素的價態(tài)進(jìn)行分析，探討氧化層的形成機(jī)理及合金添加元素對氧化層的重要影響。

2、r>　　 研究表明，熱氧化的溫度和時間對氧化層的厚度和致密度有重要影響。通常隨溫度的升高和時間的延長，氧化層的厚度增加但致密度下降。從氧化增重曲線可知，相同條件Ti6Al7Nb表面形成的氧化層更薄，致密度更好，與基體的結(jié)合力更強(qiáng)。在800℃及以下溫度氧化時，Ti6Al7Nb遵循拋物線氧化動力學(xué)規(guī)律，而Ti6Al4V在700℃氧化超過36h時其表面氧化速率由直線氧化動力學(xué)規(guī)律主導(dǎo)。
　　 表面硬度測試表明，表面硬度值隨加載載荷增

3、加而下降，氧化層對合金有明顯的硬化效應(yīng)，硬化效果隨著氧化溫度的升高和氧化時間的延長而明顯增強(qiáng)。Ti6Al4V表面硬化效果略強(qiáng)于Ti6Al7Nb，但是900℃氧化時，Ti6Al4V合金的表面硬度反而有所下降，二者的表面硬度最大值都是在600℃氧化72h時獲得。
　　 通過XRD對1h氧化的合金氧化層的相組成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩種合金的表面氧化層主要是由金紅石型TiO2組成，不同的是Ti6Al4V合金在600℃氧化時表面出現(xiàn)了銳鈦礦型T

4、iO2，而在900℃氧化時則出現(xiàn)了Al2O3相。兩種合金在800℃氧化24h時，Al2O3均出現(xiàn)在氧化層中，隨著氧化溫度的提高和氧化時間的延長，兩種合金的氧化層都由金紅石型TiO2和Al2O3兩相組成。
　　 XPS對外層氧化層(1～5nm)分析表明，Ti、Al、Nb均是以最高價態(tài)存在，V除了最高價態(tài)外還有4價V(穩(wěn)態(tài))出現(xiàn)。另外Al元素由于擁有最低的氧化還原電勢，具有優(yōu)先氧化性，并主要覆蓋在氧化層的最外層。Nb元素有降低氧化層