低温等离子体表面改性对医用奥氏体不锈钢微动摩擦学性能的影响

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1II页摘要医用奥氏体不锈钢基于其良好的耐腐蚀性、经济性和综合力学性能，且加工工艺简便，已被广泛应用于骨骼系统、齿科、心脏外科的置换和修复。然而，由于其硬度较低，耐磨性较差。另外，由于其金属离子可能析出进入人体组织液罩引发生物反应，严重时甚至会出现血栓栓塞、感染及肿瘤等现象，从而降低了其使用寿命。因此，为满足长期植入的功能要求，需要对其进行抗腐蚀微动磨损性能的综合改进。本文在液压伺服微动疲劳试验机上，采用球／平面接触模式，在不同循环次数和位移幅值条件下，对表面改性前后的医用

2、奥氏体不锈钢在模拟人体体液中进行了微动试验研究。结合金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、纳米压／戈0痕仪、台阶仪等对磨斑微观形貌和化学成分进行了测试分析。详细研究了三种不同的表面改性方法对316LVM医用奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能以及微动摩擦学性能的影响。进而通过不同位移幅值下的微动试验，研究此种表面改性方法对316LVM医用奥氏体不锈钢基体的微动运行行为影响。同时，对ASTMF2581医用无镍奥氏体不锈钢表面改性前后样品在模拟人体体液中进行摩擦磨损试验，结合光学显微镜和激光共聚焦显微镜对磨斑和磨损情况进行

3、分析，进一步研究了表面改性对新型医用无镍奥氏体不锈钢摩擦学性能的影响。本论文研究取得的主要结论如下：1．430℃渗氮、430℃氮碳共渗与500。C渗碳等表面改性均可在316LVM医用奥氏体不锈钢表面形成扩展奥氏体相“S”相，明显地提高其硬度和弹性模量，也降低了弹性模量与硬度的比值(剧H)，这对提高316LVM医用奥氏体不锈钢耐腐蚀磨损性能有显著的效果。研究表明，这三种表面改性工艺中，430℃氮碳共渗是316LVM医用奥氏体不锈钢抗微动腐蚀磨损性能最佳的表面改性工艺。2．低温等离子体430℃氮碳共渗可以有效

4、地改善316LVM医用奥氏体不锈钢的微动磨损性能。一方面，该表面改性工艺可以改变奥氏体不锈钢的微动分区，将混合区与部分滑移区移动到一个相对较小的位移幅值范围内。另一方面，未改性样品磨损后损伤比较严重，混合区有较大裂纹的出现且不断向心部扩展；而改性后样品的损伤轻微，混合区未出现裂纹，摩擦系数相对于基体有所降低。3．低温等离子体500。C渗碳能在ASTMF2581新型医用无镍奥氏体不锈钢上形成无沉淀扩展奥氏体相碳“S”相。经过对表面改性前后样品在模拟人体体液中进行摩擦磨损试验的分析，得出此种医用奥氏体不锈钢在

5、表面渗碳后摩擦系数有所降低，摩擦磨损性能得到显著的改善。关键词：表面改性；等离子体；微动腐蚀磨损；奥氏体不锈钢西南交通大学硕士研究生学位论文第1V页曼曼曼寰皇曼曼曼皇曼曼舅皇曼曼曼曼曼!皇曼曼曼鼍曼__m_lmi：。鼍曼曼曼曼曼曼皇鼍鼍曼AbstractBasedontheirlowcostandpropermechanicalbehaviour,austeniticstainlesssteelshavebeenwidelyusedmedicaldevicesandsurgicaltools．Howeve

6、r,meirlowwearresistanceandthesusceptibilitytopittingcorrosioninbodyfluidshavelimitedtheirwiderapplicationsinthemedicalindustry．Therefore，itisimportanttodevelopsurfacetreatmentmethodstoimprovethewearandcorrosionresistanceofausteniticstainlesssteel．Byusinga

7、servo-hydraulicdynamictestmachine，thefrettingbehaviourbothas—receivedandsurfacetreated316LVMplatesamplesagainstmartensitestainlesssteelballswasstudiedintheRinger’Ssolutionatvariousdisplacementamplitudes．Variousexaminationshavebeenperformedbymeansofoptical

8、microscope，scanningelectronmicroscopy,energydispersiveX-ray,Nano—Hardness／ScratchTesterandstylusprofilometertotesttheanti-corrosionpropertiesandthemicrotopographyofthewearscarsonthesamples．Effectofsurfacemodificatio