医用316L不锈钢表面改性的研究进展

316L不锈钢作为生物医用材料在近20年内被广泛应用在矫形外科植入物、牙种植体和冠状动脉支架等领域。分析了目前医用316L不锈钢在临床应用中存在的主要问题,指出生物相容性、耐腐蚀性和耐磨损性有待提高和表面改性是改善上述问题的有效途径。综述了医用316L不锈钢表面改性的各种途径及研究成果,并展望了316L不锈钢表面改性的研究趋势。     

316L不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究

采用激光微加工技术在316L不锈钢光滑表面上进行沟槽型织构化处理。在往复式摩擦磨损试验机上利用柱-平面接触方式对沟槽型织构和光滑表面进行摩擦磨损对比实验,重点考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电子显微镜对磨斑形貌进行了分析。结果表明,与未织构试样相比,织构化表面的摩擦因数均有不同程度减小且表现得更为稳定、磨损相对轻微,这是由于所制备的表面微坑起到了储存润滑介质并捕获磨屑的作用;织构条纹的结构参数对摩擦磨损有重要影响,随着沟槽宽度和沟槽间距的增大,摩擦因数均呈先下降后上升的趋势,而当沟槽宽度为100μm和沟槽间距为200μm时减摩抗磨性能最佳;此外,研究表明接触载荷对织构化表面摩擦因数的影响较小,织构化处理对高负载环境下的减摩抗磨性能影响更加显著。     

激光快速成形316L不锈钢研究

介绍激光快速成形316L不锈钢的有关情况，研究了不同激光和扫描速度情况下，单道激光熔覆层及多道搭接的组织及宏观形貌，研究了不同工艺条件下所制备薄壁墙的组织及性能，在此基础上进行了简单外形块体材料及复杂外形薄壁零件的制备。研究表明，采用激光快速成形制备的316L不锈钢零件组织致度，成分均匀，具有快速凝固组织特征，力学性能与铸造及锻造退火态相当，可满足直接使用要求。     

表面纳米化对316L不锈钢性能的影响

对316L不锈钢进行表面机械研磨处理(SMAT),研究表面组织变化对其硬度和在0.5 mol/LNaCl介质中腐蚀性能的影响.结果表明:通过SMAT可以在316L不锈钢表面制备出纳米结构层,随着处理时间的增加,表面纳米晶组织逐渐由单一的奥氏体相过渡到奥氏体与马氏体两相共存;表面纳米化和马氏体相变能够明显地提高316L不锈钢的表层硬度,使表面粗糙度略有下降;表面机械研磨处理降低了316L不锈钢在0.5mol/L NaCl腐蚀介质中的耐蚀性能.因为316L不锈钢表面纳米晶组织容易钝化,形成的钝化膜不稳定,提高了溶解速度.     

搪瓷涂层对316L不锈钢表面润湿性的研究

为进一步降低316L不锈钢在核反应堆中使用过程中氢和氢同位素渗透所导致的危害，欲通过制备致密的与基体结合良好的搪瓷涂层进行保护，介绍了涂层的制备过程。涂层的质量及其保护效应与涂层高温熔体对基体的润湿性能有密切的关系，本试验通过不同方式往搪瓷釉浆中加入一定量的低表面能氧化物A，结果表明涂层高温熔体对不锈钢基体的润湿性能得到不同程度的改善，且作为玻璃组份直接加入比后续磨加的效果要好。     

316L不锈钢等离子弧焊接工艺研究

针对12 mm厚316L不锈钢对接接头进行等离子弧焊接(PAW)工艺试验,确定了等离子弧焊接参数。试验表明,316L不锈钢等离子弧焊接接头常规力学性能、弯曲工艺性能及晶间腐蚀试验符合相关标准要求。该工艺成功应用于某厂废水汽提塔项目,效果良好。     

表面纳米化对316L不锈钢抗点蚀性能的影响

分别对未表面纳米化、表面纳米化和表面纳米化后退火处理的316L不锈钢的样品进行点蚀试验,在3.5%NaCl水溶液中分别测出它们的极化曲线.结果表明,316L不锈钢表面纳米化后抗点蚀性能下降;表面纳米化后经退火处理的316L不锈钢随退火温度的升高和退火时间的延长抗点蚀性能会重新恢复.     

韩国产316L不锈钢容器的焊接

介绍了韩国产316L不锈钢的焊接工艺和方法。     

316L不锈钢表面聚氨酯多孔涂层的制备及其生物性能研究

利用湿法相转化原理在316L不锈钢表面制备聚氨酯涂层时，空气湿度和溶液浓度是影响涂层形貌的两个主要因素．涂层表面形貌的观察结果表明：空气湿度增大或者溶液浓度减少，都有增大涂层表面孔径的趋势，而且可以加深孔的深度．通过控制空气湿度和溶液浓度，孔径可以在几个微米到30多个微米的范围内变化．通过亲疏水性测量、血小板粘附试验和动态凝血试验考察了涂层的血液相容性．以316L不锈钢作为参照组进行对比分析，结果可知：PU多孔涂层表面为超疏水性，明显降低了血小板在材料表面的粘附，延长了动态凝血时间，表现出良好的血液相容性．     

叶片用316L不锈钢表面激光合金化铬涂层性能及参数优化

采用激光合金化方法在叶片用316L不锈钢表面制备铬涂层性能,并进行组织性能测定以及参数优化。研究结果表明:铬涂层合金化层为月牙状的结构,是一种网状的柱状晶形态。在中形成了具有较大宽度的枝状晶组织形态。在X射线衍射谱图上形成了Fe-Cr与Cr_xFe_y对应的各个衍射峰。硬度表现为由合金化层往基体方向具有明显梯度分布的特征。当激光功率增大后,将会引起铬合金层硬度与厚度的上升;当增大激光扫描速率后,铬合金层发生了硬度先增大后减小的现象,而厚度表现为持续减小的情况;当涂层的厚度增大后,将会引起铬合金层的硬度发生减小的现象,厚度开始增大。确定316L不锈钢表面激光合金化铬涂层最优工艺:激光功率5.5 kW,扫描速率8.5 mm/s,涂层厚度0.15 mm。     

应用纳米压痕技术研究表面纳米化后316L不锈钢力学性能

316L不锈钢经表面纳米化(SNC)处理后,表面形成一层纳米层。样品表面晶粒细化至纳米级大约12nm左右,随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。该文应用纳米压痕技术分析了纳米层力学性能,结果表明:纳米层的纳米硬度和弹性模量分别为6.05GPa和227GPa,是基体硬度和弹性模量的1.4倍和1.2倍。随距表面距离的增加而降低,并逐步趋近于一个稳定值。同时测得纳米层的应变硬化指数为0.44为基体的1.5倍。     

EFFECT OF LASER SURFACE TREATMENT ON HIGH CYCLE FATIGUE OF AISI 316L STAINLESS STEEL

Abstract— The effect of a laser surface treatment on the high-cycle fatigue behaviour of the austenitic stainless steel AISI 316L was investigated. The specimens were subjected to a surface melting using a CO₂-laser. Although this treatment introduced tensile residual stresses in the melted and resolidified surface layer and intensified the surface roughness, the fatigue limit could be increased by 20% with respect to the as-received specimens. It is suggested that grain refinement in the rapidly resolidified surface layer is mainly responsible for this improvement.     

真空烧结制备316L不锈钢纤维/HA复合生物材料及其理化性能

用真空烧结成功制备了不同成分316L不锈钢纤维/HA复合生物材料和316L不锈钢纤维/HA-ZrO₂ (CaO) 复合生物材料,并通过金相显微镜、SEM、EDXA分析了材料的微观结构、断裂性能和微区元素含量。结果表明:不锈钢纤维和纳米ZrO₂ (CaO) 粒子对复合材料具有增强和增韧的作用。综合考虑认为,20% 316L不锈钢纤维/HA-ZrO₂ (CaO) 复合材料的性能最优,其抗弯强度和抗压强度分别为140.1MPa和348.9MPa。316L不锈钢纤维/HA-ZrO₂ (CaO) 复合材料抗弯强度随316L 不锈钢纤维直径和长度减小而增大,且纤维长度对抗弯强度的影响略大于纤维直径的影响。复合材料微观组织随HA粉末和316L不锈钢纤维成分变化呈规律性变化,没有出现明显的裂纹或孔隙,HA和316L不锈钢纤维结合紧密,界面平整,两相融合程度较高。5% 316L不锈钢纤维复合材料表现为脆性断裂,而10%、20%、40% 316L不锈钢纤维复合材料均表现为韧性断裂,且韧性程度随316L不锈钢纤维含量依次增加。基体与韧化相均相对独立,二者之间不发生任何化学反应,基体HA中发生微量的Fe元素扩散,但在316L不锈钢中不发生基体的扩散。      

316L不锈钢表面纳米化后腐蚀性能研究

对表面纳米化和未经表面纳米化处理的316L不锈钢的样品分别进行点蚀实验和应力腐蚀对比实验,在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中分别测出它们的极化曲线.结果表明,316L不锈钢表面纳米化后抗点蚀性能下降,抗应力腐蚀性能提高.对应力腐蚀断口的SEM 分析发现,316L不锈钢应力腐蚀断口有明显分区现象,断裂形式为韧性断裂,开裂通道既有穿晶型也有沿晶型.     

耐热不锈钢管锈蚀原因分析

采用扫描电镜和X射线能谱分析等方法,对一批进口的耐热不锈钢管表面锈蚀原因进行了分析.结果表明,管子表面锈蚀是由海水浸入所致,同时该批管子部分焊缝区存在缩孔和裂纹等焊接缺陷,这些焊接缺陷降低了其耐腐蚀性能,从而加速了腐蚀过程的发生.     

316L纤维尺寸和含量对HA-ZrO2(CaO)/316L纤维复合生物材料性能的影响

研究了316L纤维的长度、直径与含量对HA-ZrO_2（CaO）/316L纤维生物复合材料的力学性能的影响规律.结果表明：纤维直径为40μm的复合材料力学性能优于纤维直径为50μm的复合材料;纤维长度为0.8～1.2mm的复合材料力学性能优于纤维长度为2～3mm的复合材料;随着纤维体积分数增大,纤维之间相互接触而导致在复合材料中形成的微孔增多,并成为微裂纹源,导致材料力学性能下降.含20vol%直径为40μm、长度为0.8～1.2mm的316L纤维的HA-ZrO_2（CaO）/316L纤维生物复合材料的综合力学性能最佳,其抗弯强度、杨氏模量、断裂韧性和相对密度分别为140.1MPa、117.8GPa、5.81MPa·m~（1/2）和87.1%.复合材料微观组织随HA粉末和316L纤维成分的变化呈规律性变化,没有出现明显的裂纹或孔隙,316L纤维与HA-ZrO_2（CaO）基体紧紧地咬合在一起,其结合主要靠基体对316L纤维的物理附着力所致.基体中发生微量Fe元素扩散,但在316L纤维中不发生基体Ca、P元素的扩散.含5%316L纤维复合材料表现为脆性断裂,而含10%、20%、40%316L纤维复合材料均表现为韧性断裂,且韧性程度随316L纤维含量的增加而增大.     

316L不锈钢表面液相沉积TiO2薄膜的耐蚀性研究

采用液相沉积法在316L不锈钢表面制备TiO2薄膜。运用电化学方法对不同时间和不同热处理温度下制备的薄膜在Tyrode’s模拟体液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明，随沉积时间的增加．膜层增厚，抗腐蚀性能增强，而且热处理后薄膜的性能更佳。原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)发现膜由均匀的纳米粒子堆积而成，膜层光滑。沉积96h．然后经过500℃、1h热处理后得到的TiO2薄膜的性能最佳。     

Microstructural creep damage in welded joints of 316L stainless steel

The present work has been undertaken to study creep damage in welded joints. The complex dual phase microstructure of 316L welds are simulated by manually filling a mould with longitudinally deposited weld beads. Most of the moulded specimens were then aged for 2000 hours at 600°C. High resolution scanning electron microscopy was extensively used to examine the microstructure of the welded material before and after ageing. Columnar grains of austenite constitute a matrix in which thin dendrites of δ-ferrite can be found. The ageing generates the precipitation of carbides, resulting in less transformation in the material. Smooth and notched creep specimens were cut from the mould and tested at 600°C under different stress levels. The creep life of the simulated welded material is shown to be lower than that of the base material. Microstructural observations reveal that creep cavities are preferentially located along the austenite grain boundaries. This analysis of intergranular damage on test specimens is conducted to obtain a predictive damage law which could be used to calculate the lifetime of welded joints.