激光气体氮化提高金属表面性能及与生物陶瓷结合的研究

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1、天津大学硕士论文中文摘要本文采用激光气体氮化处理对纯金属钛及Ti6A14V合金进行表面改性处理，制备了以TiN为主的表面改性层，并在此表面层上烧结生物活性陶瓷涂层。运用光学显微镜(OM)、环境扫描电子显微镜fESEM)平[IX射线衍射(XRD)等设备对钛及钛合金经激光气体氮化处理后的表面形貌、成分、物相组成等进行了分析研究，采用电化学试验和环块磨损试验法对激光处理后改性层的耐蚀性和耐磨损性能进行了测试；用涂覆一烧结法在钛及钛合金试样表面制备了生物活性陶瓷涂层，采用垂直拉伸实验检测了生物陶瓷涂层与基体的结合强度，研究了影响涂层与基体结合强度的因毒。研究结果表明，纯钛及Ti6A14V合盒经过激光气

2、体氮化处理，表面生成了致密的TiN层，具有优异的耐磨损性能和蒯腐蚀性能。烧结陶瓷涂层后的垂直拉伸实验表明，经激光气体氮化处理后的试样与生物活性陶瓷涂层能够形成良好的结合，其结合强度明显高于未经处理的试样。经表面处理后，在金属一陶瓷界面存在的强化机理包括：1．激光气体氮化处理后在试样表面形成TiN，浸蚀后TiN枝晶凸出在试样表面，增加了表面粗糙度；2．TiN烧结过程中与陶瓷中的氧化物发生化学反应，引入了化学键联结；3TiN涂层在一定程度上避免了在烧结过程中产生TiO、Ti02等氧化物，这些氧化物的生成会对结合强度产生不利的影响；4．TiN涂层热膨胀系数与生物陶瓷的热膨胀系数更加匹配。关键词：钛，

3、Ti6A14V合金，激光气体氮化处理，耐磨性，耐蚀性，生物活性陶瓷，结合强度II天津大学硕士论文英文摘要ABSTRACTATiNsurfacelayerwasfabricatedonpuretitaniumandTi6A14Valloybylasergasnitriding．ThisTiNlayerCanimprovethecorrosionresistanceandwearresistanceofpuretitaniumandTi6A14V．AbioactiveceramiclayerwasinturnsinteredonthisTiNsurfacelayer．Thesurfacemorph

4、ology,chemicalcompositionandphasespresenceofthenitrided—layerwereinvestigatedusingOpticalMicroscopy(OM)，EnvironmentScanningElectronMicroscopy(ESEM)andX—rayDiffraction(XRD)．ElectrochemistrytestandBlock—on·ringslidingweartestwerecarriedtomeasurethecorrosionresistanceandwearresistanceofthenitridedlayer

5、．Longitudinalpull—offtestwascarriedtoexaminethebundingstrengthbetweenthecoatingmadsubstrate．TheresultsofwearandelectrochemistrytestshowedthatthenitridedTiandTi6A14Vsgecimeasexb．ihited．goodwearresi．stanceandcorrosionresistance、TheresultsofLongitudinalpull—offtestshowedthattheadhesionbetweenthebioacti

6、veceramiccoatingandsubstratewasexcellent．Followingmechanismswereintroducedbylasergasnitriding：1．AroughsurfaceWascreatedafteracidetching．2．ChemicalbondsWascreatedduetothechemicalreactionbetweenTiNandOxideinbioceramic．3．TiNlayerhinderdtheformationofTiOandTi02，theseoxidemaydecreasethebondingstre：zgthbe

7、tweencoatingandsubstrate．4．ThermalexpansioncoefficientsofTINareclosematchforthatofbioceramiccoating．KeyWords：titanium，Ti6A14Valloy,lasergasnitriding，wearresistancecorrosionresistance，bioactiveceramic，