添加鎳元素對鈦銅合金力學(xué)與腐蝕磨損性能的影響規(guī)律.pdf

1、鈦合金由于具有質(zhì)輕，比強度高，無毒性，良好的抗蝕性能以及優(yōu)異的生物相容性，已經(jīng)成為臨床廣泛使用的醫(yī)用金屬材料。TiCu合金作為醫(yī)用植入材料具有很大的應(yīng)用潛力。近年來，對該合金的成分、相組成、抗菌性能及電催化特性均做了較為深入的研究。作為醫(yī)用植入材料，需要綜合考慮其抗菌性能、力學(xué)性能和腐蝕磨損性能拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域?；赥iNi合金具有獨特的形狀記憶性能，本文在已有合金Ti70Cu30的基礎(chǔ)上，添加Ni對其進行合金化。制備出新型塊體三元合金T

2、i65Cu30Ni5和Ti60Cu30Ni10。利用X射線衍射儀和輝光放電光譜儀對其相結(jié)構(gòu)和成分分布進行表征；采用納米壓痕儀對Ti70Cu30、Ti65Cu30Ni5和Ti60Cu30Ni10合金的納米力學(xué)性能進行了研究；采用電化學(xué)方法研究了合金在模擬人工體液中的電化學(xué)行為；采用球-盤摩擦磨損試驗儀研究了合金的摩擦磨損性能。研究結(jié)果如下：
　　1、對合金的組織結(jié)構(gòu)和成分分布進行了分析。Ti70Cu30主要由CuTi和CuTi3相組

3、成；添加Ni合金化后，Ti65Cu30Ni5主要由CuNiTi2和TiNi0.8Cu0.2相組成，Ti60Cu30Ni10有新的CuNi0.5Ti0.5O2和CuNi2Ti相出現(xiàn)。成分分布曲線顯示Ti、Cu和Ni元素含量的最大原子百分比與合金化比例基本相近。
　　2、納米壓痕儀對Ti70Cu30、Ti65Cu30Ni5、Ti60Cu30Ni10的納米力學(xué)性能進行了比較研究。實驗結(jié)果表明，添加鎳元素有效提高了Ti70Cu30合金的硬

4、度和抵抗外荷載的能力。5 at.％含量的鎳元素添加使合金具有較高的彈性模量，而10 at.%含量的鎳元素添加對合金彈性模量則有所降低。三種合金的彈性模量排序為Ti65Cu30Ni5> Ti70Cu30> Ti60Cu30Ni10。
　　3、采用動電位極化曲線法和阻抗譜曲線法研究了三種合金在Hank’s模擬體液中的電化學(xué)腐蝕性能。實驗結(jié)果表明，添加鎳元素降低了Ti70Cu30合金的耐腐蝕性能。當鎳含量高達10 at.%時，合金在人工

5、體液中劇烈腐蝕，發(fā)生大規(guī)模點蝕，結(jié)構(gòu)完全破壞。
　　4、采用摩擦磨損試驗儀對三種合金的摩擦磨損性能及機理進行了研究。實驗結(jié)果表明，在空氣中干摩擦?xí)r，三種合金的磨損均為粘著磨損， Ti65Cu30Ni5合金的抗磨損性能最好，Ti60Cu30Ni10合金最差。在模擬人工體液介質(zhì)中摩擦?xí)r，由于受電化學(xué)腐蝕的影響，三種合金的磨損機制各不相同。Ti60Cu30Ni10主要是化學(xué)腐蝕磨損，Ti70Cu30呈現(xiàn)為磨粒磨損，Ti65Cu30Ni5