HA/316L粉非对称生物FGM的微观组织与增韧机制

采用热压工艺制备了HA／316L粉非对称生物功能梯度材料（FGM）。HA／316L粉非对称生物FGM在宏观上呈现明显的梯度,微观上则表现出成分连续变化,且各成分分布均匀、弥散。在各梯度层内部及界面都没有裂纹及大孔洞出现,界面结合紧密。随着316L粉的含量增加,韧窝的数量逐渐增加,韧窝形貌由浅变深,边缘由尖锐逐渐变得圆滑,表明材料由脆性断裂向韧性断裂转化。纯HA梯度层为典型的脆性断裂,HA80／316L和HA60／316L梯度层表现为典型的晶间断裂,HA40／316L和HA20／316L梯度层断裂性质为晶间断裂中掺杂有韧性断裂,而316L梯度层则表现为典型的韧性断裂。316L粉的加入改变了HA／316L粉生物FGM各梯度层的断裂方式,从而提高了材料的力学性能。从整体上而言,HA／316L粉生物FGM主要增韧机制包括层间裂纹偏转增韧与裂纹偏转增韧。     

基于MoSi2/316L连接梯度过渡层的组织与形貌

采用MoSi2/316L梯度过渡层,借助放电等离子烧结技术实现了MoSi2与316L不锈钢的连接,着重研究了MoSi2/316L连接梯度过渡层的组织、形貌、显微硬度及界面结合情况.结果表明,MoSi2/316L不锈钢梯度过渡层组织呈梯度分布,表现为宏观组织的不均匀性和微观组织的连续性,各梯度层的显微硬度基本呈梯度变化;梯度过渡层界面之间结合良好,没有明显的宏观界面,在各梯度层内部及界面都没有裂纹及大孔洞,界面结合紧密.     

氧化物/不锈钢梯度复合材料初步设计与评价

采用粉末层叠和整体热压烧结的方法,制备了Y₂Ti₂O₇/316L不锈钢功能梯度复合材料。经金相显微镜、X射线衍射仪和电子探针分析确定,该材料在金属和氧化物界面处实现了成分和微观组织的梯度过渡。对不同梯度含量复合材料的力学性能测试表明,界面处的力学性能存在相应的梯度变化,即随各层金属相含量的逐渐增加,过渡区材料的致密度、抗弯强度不断提升,而硬度则不断下降。     

生物植入用碳纳米管增强混合功能梯度材料的力学性能(英文)

利用羟基磷灰石(HA)、不锈钢316L(SS316L)和碳纳米管(CNT)制备生物医学植入体用混合功能梯度材料(FGM)。加入SS316L和CNT增强功能梯度材料离散层的HA制成三种不同类型的功能梯度材料。第一种功能梯度材料加入10%~40%(质量分数)的SS316L强化微米HA,浓度梯度为10%。第二种功能梯度材料,在第一种功能梯度材料的基础上加入0.5%(质量分数)的功能化碳纳米管。第三种功能梯度材料在第二种功能梯度材料的基础上加入微米HA和纳米HA(1:1)的混合物。所有类型的功能梯度材料在相似的压缩参数和烧结参数下,进行单轴压缩实验,并采用无压烧结技术进行烧结。结果表明,加入碳纳米管和纳米晶体HA提高了功能梯度材料的致密度。碳纳米管增强的功能梯度材料的硬度和断裂韧性增加,但是微米和纳米晶体HA增强的功能梯度材料的硬度和断裂韧性的增加更明显。     

羟基磷灰石／钛生物功能梯度材料种植体与骨的结合强度

采用动物兔活体植入与剪切强度试验考察r羟基磷灰石(HA)／Ti生物功能梯度材料(FGM)种植体与头骨基体的结合强度。结果表明，HA—Ti FGM种植体／骨结合强度随植入时间延长迅速增高，其强度值与纯HA植入体相当而大大优于纯Ti种植体；植入3个月时，HA—Ti FGM与周围骨组织的结合强度可达6．49MPa。剪切断口形貌表明，FGM种植体断裂发生在界面的新骨一侧，说明其界面结合强度甚至超过了新生骨组织本身的剪切强度。     

化学镀和粉末冶金法制备W/Cu梯度热沉材料

用化学镀法和粉末冶金的方法制备高致密的W/Cu梯度热沉材料。用场发射扫描电镜观察了材料的组织结构、界面和断口形貌。对材料的机械性能也进行了表征,如抗弯强度和显微硬度。结果表明材料每一层都很致密且组织结构均匀。从截面上材料成分呈梯度分布,每层之间没有明显的界面。三层W/Cu梯度热沉材料的相对密度可达99.2%。散热层、过渡层和封接层的显微硬度值分别是200、210和240 HV。抗弯实验结果所示封接层和散热层作为承重抗弯表面时的抗弯强度分别是428.5MPa和480.7MPa。     

W-Cu梯度热沉材料的致密性和力学性能

对采用粒度配比和热压固相烧结方法制各的W-Cu梯度热沉材料的致密性和力学性能进行了研究.结果表明:W-Cu梯度热沉材料各梯度层均达到近全致密的程度,封接层,中间层,散热层的相对密度分别为98.6%,99.1%和99.5%;漏气率的指标满足真空封装的使用要求;随着致密性的增加,封接层和中间层的硬度增加,在相同致密性的条件下,中间层的硬度略高于封接层的硬度:W-Cu梯度热沉材料的抗弯强度明显高于各梯度层的抗弯强度,达到505.8 MPa;封接层、中间层和散热层的抗压强度分别为547.1、619.1和416.0 MPa.     

NiCrWMoCuCBFe涂层的制备及其力学性能研究

目的 探究NiCrWMoCuCBFe涂层的微观组织结构、物相组成及其力学性能。方法 通过霍尔流速计表征了喷涂粉末的流动性和松装密度,采用超音速火焰喷涂在316L不锈钢表面制备了NiCrWMoCuCBFe涂层,利用SEM、EDS分别对喷涂粉末的形貌、涂层的组织结构以及粉末和涂层中的元素组成进行了表征,采用XRD、Raman分析了涂层中的物相,使用显微硬度计及万能材料试验机考察涂层的硬度、结合强度和抗弯强度,并分析了涂层的断裂失效机理。结果 NiCrWMoCuCBFe喷涂粉末具有良好的流动性,在喷涂过程中没有发生严重的氧化现象。通过超音速火焰喷涂制备的NiCrWMoCuCBFe涂层具有致密的层状组织结构,其物相主要是Ni基固溶体,但是也出现了少量的NiO和Cr2O3。此外,涂层的截面硬度与表面硬度相当,约为600HV300 g,且涂层与316L不锈钢的结合强度较高,大于70 MPa。三点弯曲试验中,持续加载至载荷为1800 N,应变为(4.81±0.3)%时,涂层达到强度极限,产生明显的塑性变形;而当载荷仍然保持1800 N,应变继续增加达到(11.43±0.03)％时,涂层与316L不锈钢基材的结合界面彻底开裂失效,此时涂层内部同时具有横向裂纹和纵向裂纹,样品的抗弯强度约为(1.87±0.02) GPa。结论 超音速火焰技术制备出的NiCrWMoCuCBFe涂层具有良好的致密性及优异的力学性能。     

化学镀和粉末冶金法制备W/Cu梯度热沉材料（英文）

用化学镀法和粉末冶金的方法制备高致密的W/Cu梯度热沉材料。用场发射扫描电镜观察了材料的组织结构、界面和断口形貌。对材料的力学性能也进行了表征,如抗弯强度和显微硬度。结果表明材料每一层都很致密且组织结构均匀。截面上材料成分呈梯度分布,每层之间没有明显的界面。3层W/Cu梯度热沉材料的相对密度可达99.2%。散热层、过渡层和封接层的显微硬度HV分别是2000、2100和2400 MPa。抗弯实验结果显示封接层和散热层作为承重抗弯表面时的强度分别是428.5和480.7 MPa。     

MBE方法制备高致密W-Cu梯度功能材料的研究

采用多坯料挤压法结合粒度配比、热压固相烧结法制备了3层W-Cu梯度功能材料,并对微观组织及性能进行了分析.结果表明:多坯料挤压法制备的3层坯体,层与层之间结合紧密,各层形状规整、厚度均匀;热压固相烧结后可得到近全致密的W-Cu梯度材料,层与层之间的界面位置清晰,组织结构致密,成分分布保持为最初的梯度设计结果,各层中Cu相形成了理想的网络结构,W颗粒镶嵌在网状结构中;封接层、中间层、散热层的相对密度分别达到98.3%、99.3%和99.9%,硬度分别为91.3、93.6和74.0 HRB.在室温～100 ℃范围内,封接层的热膨胀系数为6.97×10-6/℃,可实现与BeO基板材料良好的热匹配.     

Mechanical properties of CNT reinforced hybrid functionally graded materials for bioimplants

The hybrid functionally graded materials (FGM) of hydroxyapatite (HA), stainless steel 316L (SS316L) and carbon nanotubes (CNT) were synthesized for biomedical implants. Three different types of FGM were produced by the combination of SS316L and CNT to reinforce HA in discrete layers of FGM. In the first type of FGM, concentration of SS316L was varied from 10% to 40% (mass fraction) with an increment of 10% to reinforce micro HA. In the second type of FGM, 0.5% (mass fraction) functionalized CNT was added by maintaining the rest of composition as that of the first type of FGM. In the third type of FGM, mixture of micro and nano HA (mass ratio1:1) was used, keeping rest of composition similar to the second type of FGM. All types of FGM were subjected to uniaxial compaction and sintered by pressureless sintering technique at similar compaction and sintering parameters. The results show that the densification is enhanced with the addition of CNT and nanocrystalline HA in the FGM. Hardness and fracture toughness increase in both FGM reinforced with CNT, but the increase of the hardness and fracture toughness are more pronounced in FGM with micro and nanocrystalline HA.     

铍／HR—1不锈钢热等静压扩散连接界面特性研究

采用热等静压（HIP）方法，对铍与HR－1不锈钢（SS）在加Cu单层或Cu/Ni双层过渡材料的条件下进行扩散连接。利用金相显微镜，扫描电镜（SEM）、俄歇电子能谱（AES）、显微力学探针（MPM）及拉伸试验分析了接头扩散区的显微组织，微区成分和力学性能。探讨了扩散区成分，组织，硬度及弹性模量分布的关系。研究表明，加Cu单层过渡材料能有效阻挡Fe向铍端的扩散，但不能阻挡铍向不锈钢端的扩散和消除合金元素Ni向Be/Fe及Be/Cu的偏聚，存在幅度较大的弹性模量跃变，造成应力集中和开裂。加Cu/Ni双层过渡材料能实现Be,Cu,Ni与不锈钢间的互扩散，其结合强度为50MPa，是实现铍与不锈钢扩散连接和提高接头质量的可选方法。     

超音速火焰喷涂316L不锈钢涂层性能研究

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在高强钢表面制备了316L不锈钢涂层,利用扫描电镜、显微硬度仪、电化学测试系统等设备对涂层金相组织、硬度、结合性能和抗腐蚀性能等进行了测试,并分析了WC-CoCr中间层对316L不锈钢粉末涂层结合强度及涂层界面的影响。结果表明:超音速火焰喷涂316L不锈钢粉末颗粒在喷涂中变形充分,形成较致密的涂层,并具有超过400 HV0.1的显微硬度;涂层具有较高自腐蚀电位,耐蚀性优于高强钢;涂层结合强度随着涂层厚度的减小、基体硬度的增加而提高;WC-CoCr底层可改善涂层界面结合,从而改善316L不锈钢涂层的结合性能。     

Functionally gradient (YSZ-20% Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript>)−SUS422 composites

Functionally gradient materials (FGMs) were prepared by mixing 5 layers comprised of different ratios of (YSZ-20%Al₂O₃) and 422 stainless (SUS422) powders, followed by hot pressing for densification. Two design concepts were proposed: One as a FGM with a monotonic change of the CTE (coefficient of thermal expansion) for each layer, and is designated as the monotonic mode, and the other was a FGM with a change of CTE that is not monotonic for each layer, and is termed the non-monotonic mode. The FGM with a monotonic CTE mode cracked at the ceramic surface after it was removed from the hot pressing furnace. In contrast, the FGM with a non-monotonic CTE mode survived after hot pressing. Based on ABAQUS simulation results, a non-monotonic change in CTE resulted in a decrease of residual stress on the ceramic side but an increase inside the metal-rich layers of the FGMs. The induced change in the stress distribution inside the FGMs was compromised by the deformation of the metal-rich ingredient (SUS422) in the FGM. Thermal shock tests of FGMs were performed between 25°C and 600°C. The non-monotonic FGM endured up to 100 thermal cycles with only slight bending, and was free of delamination and cracking. The use of composition-adjusted layers to manipulate thermal expansion coefficients of each layer greatly changed the stress contour of the FGM. It is noted that a modified functional-gradient FGM can be fabricated with a hard ceramic surface on one side to resist high temperature, and a ductile metallic surface on the other side to provide toughness.     

不锈钢表面羟基磷灰石涂层的溶胶凝胶法制备

在316L不锈钢基体表面采用溶胶-凝胶法和多次提拉法涂覆羟基磷灰石(HA)涂层并对涂层进行了物相、形貌、结合力和耐腐蚀性能的表征,研究了退火温度对涂层性能的影响.结果表明,经400～500℃退火处理,能形成晶化程度不高、晶粒细小的多孔结构羟基磷灰石涂层;升高退火温度可提高HA晶化程度和界面结合力;HA涂层提高了不锈钢的抗侵蚀能力.     

热加工对复合板不锈钢表层晶间腐蚀的影响

对压力容器用低合金钢/不锈钢复合板在热加工后的晶间腐蚀行为进行研究,主要针对三种常用表层不锈钢304,321及316L热加工后的晶间腐蚀特性进行探讨。结果表明:表层不锈钢中,321钢存在少量阶梯组织,接近凹坑组织,过多的热处理工序会引起其晶间腐蚀,但程度上轻于316L钢;304钢为明显的晶间腐蚀类型,受热处理的影响较大,严格控制热加工工艺可使其晶间腐蚀的倾向相对最轻;316L钢热加工过程中的晶间腐蚀倾向最为严重,应尽量减少热处理。合金元素较多的钢种(321和316L)在敏化温度热处理后,晶间腐蚀特征改变不大;低碳不锈钢(304)经热处理后,晶间腐蚀所受影响较大。     

AZ91D镁合金电偶腐蚀的扫描Kelvin探针研究

利用扫描Kelvin探针技术(SKP)研究AZ91D镁合金与316L不锈钢偶接件在盐雾试验中电偶腐蚀规律。通过在中性盐雾试验不同周期的表面腐蚀形貌的观察和伏打电位分布图的测量结果分析表明,AZ91D镁合金电偶腐蚀效应与偶接阴阳极的伏打电位差密切相关,AZ91D镁合金与316L不锈钢偶接件存在较大的电位差(约为–1.28V),其电偶腐蚀效应非常显著。在盐雾试验初始阶段,腐蚀主要发生在偶接界面AZ91D镁合金一侧,该腐蚀区域的伏打电位增加幅度较大,而316L不锈钢受到保护没有发生明显腐蚀。随着盐雾试验时间的延长,AZ91D镁合金腐蚀加快,腐蚀产物覆盖区域不断扩大,24h盐雾试验后,偶接件的平均伏打单位差由原始的–1.29V增加到–1.53V,AZ91D镁合金的电偶腐蚀效应加大。由于AZ91D镁合金在盐雾中生成的腐蚀产物对基体具有一定的保护作用,当腐蚀产物不断增加并覆盖表面,偶接件的电位差减小导致AZ91D镁合金的电偶腐蚀效应降低。     

选区激光熔化316L不锈钢的各向组织与性能

对采用选区激光熔化(SLM)制备的316L不锈钢增材制造试样进行了横向、纵向力学性能与微观组织分析。结果表明,增材制造SLM试件亚结构组织由尺寸为0.4 μm左右的胞状组织所构成,组织之间无明显的成分偏析,纵向与横向拉伸强度分别达到808和713 MPa,在经过1050 ℃热处理后,原组织中部分胞状组织消失,纵向及横向强度分别下降到673 MPa及579 MPa,增材制造试样相对传统热轧试样(550 MPa)具有明显的强度优势。SLM试样组织中存在未熔合缺陷,缺陷几何形状的方向性对其在拉应力作用下连接成裂纹有显著影响。热处理后缺陷长度方向与拉伸应力平行的纵向试样伸长率达到47.5%,横向试样伸长率为20%,伸长率指标均显著低于热轧316L钢试样,未熔合缺陷是导致3D打印试件塑性指标降低的主要因素之一。     

Characterization, Corrosion Resistance, and Cell Response of High-Velocity Flame-Sprayed HA and HA/TiO2 Coatings on 316L SS

The main aim of this study is to evaluate corrosion and biocompatibility behavior of thermal spray hydroxyapatite (HA) and hydroxyapatite/titania bond (HA/TiO₂)-coated 316L stainless steel (316L SS). In HA/TiO₂ coatings, TiO₂ was used as a bond coat between HA top coat and 316L SS substrate. The coatings were characterized by x-ray diffraction and scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy, and corrosion resistance determined for the uncoated substrate and the two coatings. The biological behavior was investigated by the cell culture studies using osteosarcoma cell line KHOS-NP (R-970-5). The corrosion resistance of the steel was found to increase after the deposition of the HA and HA/TiO₂ bond coatings. Both HA, as well as, HA/TiO₂ coatings exhibit excellent bond strength of 49 and 47?MPa, respectively. The cell culture studies showed that HA-coated 316L SS specimens appeared more biocompatible than the uncoated and HA/TiO₂-coated 316L SS specimens.