无镍奥氏体不锈钢生物腐蚀磨损特性研究

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1、摘要在发展新型医用金属材料时必须严格控制其中的Ni元素，最好少用或不用此类对人体产生毒性和过敏性较大的合金元素。13Cr24Mn0．44N不锈钢为新近研制开发的中、高氮无镍奥氏体不锈钢，它利用价廉的Mn元素取代316L不锈钢中的Ni元素，并利用N元素来稳定奥氏体，提高材料的耐蚀性能和加工硬化能力。通过SEM、XRD、XPS等分析测试手段，研究了13Cr24Mn0．44N不锈钢的组织、硬度及其钝化膜的表面特性和不锈钢在Hank’s体液中电化学腐蚀行为，研究了不锈钢在水中和Hank’s体液中的滚一滑摩擦磨损和往复滑动摩擦磨损行为。试验结果表明：1)在滚一滑摩擦磨损中，磨损初期，两种介质中的磨痕形

2、貌颇为相似，均以犁削和塑性流动为主。进入稳定期后，在水润滑条件下，磨痕形貌表现为粘着磨损；而在体液润滑条件下，以腐蚀疲劳磨损为典型特征。2)在往复滑动摩擦磨损中，不锈钢在水介质中磨损后，磨痕呈现微切削和犁沟机制；而在体液中磨损时，低载时，磨痕形貌与水介质中相似，呈现微切削和犁沟机制，但在较大载荷时，其磨损机制为疲劳脱层伴随着显微切削。3)在相同的摩擦条件下，试样在模拟体液润滑下的磨损量均小于在水润滑下的磨损量。体液的润滑作用改变了摩擦副之间的表面状态，降低了摩擦系数，从而减少了磨损失重。两种摩擦形式均证明了13Cr-24Mn-0．44N奥氏体不锈钢在体液中磨损时，腐蚀与磨损间呈“负”交互作用

3、。此结果也预示着，13Cr-24Mn-0．44N奥氏体不锈钢有望在人体植入物中获得良好的应用。关键词：无镍奥氏体不锈钢，腐蚀磨损，负交互作用，模拟体液Ⅱ一／ABSTRACTNickelelementmustbelimitedindevelopingnewtypeofbiomaterials，whichnotorlessusesuchalloyelementsthatcausetoxicityandallergytothebody．The13Cr24Mn0．44Nstainlesssteelisanewtypeausteniticstainlesssteeldevelopedrecentlyw

4、hichcontainedwithmiddleorhi【ghnitrogen．Ittakesadvantageofcheapmanganeseelementtoreplacethenickelelement．ItalsoUSeSnitrogenelementtosteadyausteniticphaseandimprovethepropertiesofanti-corrosionanddeformationhardening．Thispaperdealswiththemicrostructure，hardness，andthesurfacecharacteristicofpassivatio

5、nfilmin13Cr24Mn0．44NstainlesssteelbymeansofSEM,XRDandXPS，ere．Inaddition,theelectrochemistrycorrosionbehaviorinHank’Ssolution,theroll-slidefrictionandreciprocatingslidefrictionlubricatedbywaterandHank’Ssolutionarealsoinvestigated．Theresultsshowthat：1)Atthebeginningofroll—slidefrictionprocess，theSEMp

6、hotographsofwornscararesimilarinbothmediums，whichmechanismofwearisploughandductilityflow．Butwhenthecoursecomesintostabileperiod,theSEMphotographsofSCarlubricatedbywatershowsadhesionwearmechanism,whilethetypicalcharacteristiciscorrosionfatiguewhenlubricatedbyHank’Ssolution．21Inthereciprocatingslidef

7、riction,thewornscarof13Cr24Mn0．44Nstainlesssteelinwatermediumappearsmicro-cuttingandfurrowcharacteristic．Butinbodyfluidmedium,appearanceoftheWOITISCaristhesameasthatofinthewaterunderthelowload,whilefatigued