Ti6Al4V表面氩弧熔覆Ti+BN复合涂层组织及耐磨性

目的 通过氩弧熔覆技术在Ti6Al4V钛合金表面制备陶瓷颗粒增强Ni基复合涂层,以改善其摩擦磨损性能。方法 将Ti粉、BN粉和Ni60A粉进行球磨混合,运用氩弧熔覆技术在Ti6Al4V钛合金表面原位合成多相陶瓷颗粒增强镍基熔覆层。通过X射线衍射分析仪、能谱分析仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜,分析熔覆层中陶瓷颗粒相的组成、形貌、尺寸、分布以及结构特点。用维氏硬度计和环-块式摩擦磨损试验机测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜对磨痕形貌进行分析。结果 熔覆层物相主要包括TiN、TiNi、TiB、TiB2和α-Ti。原位合成的陶瓷颗粒相弥散分布于熔覆层中,其中增强相TiN、TiB和TiB2的形貌分别以颗粒状、针状和棒状形式存在。熔覆层表面硬度可达1210~1250HV0.5。在相同磨损条件下,TC4合金基体与熔覆层的磨损量分别为34.23 mg和4.86 mg,熔覆层的磨损量明显降低。熔覆层的磨损表面无粘着痕迹,磨损机制为磨粒磨损。结论 与Ti6Al4V钛合金基体对比,熔覆层显微硬度值提高约4倍,多相陶瓷颗粒熔覆层可有效提高钛合金表面的耐磨性。     

Ti6Al4V合金表面火焰喷焊W_xC涂层耐磨性分析

采用"一步法"火焰喷焊技术在Ti6Al4V合金表面制备出由Ni60过渡层和W_xC+Ni60强化层组成的喷焊层。喷焊层在氩气气氛中冷却,避免了涂层的氧化。过渡层与基体结合良好,没有孔洞等缺陷;强化层中碳化钨颗粒呈弥散分布,与过渡层界面处存在大量的孔洞。喷焊层硬度为12. 3 GPa,相比基材,硬度提高了近3倍,摩擦系数降低60%以上。喷焊层与GCr15和Si_3N_4对磨后,对磨副GCr15和Si_3N_4磨损严重,而喷焊层无明显磨损,表现出优异的耐磨性。     

Ti6Al4V合金表面超音速火焰喷涂WC-12Co涂层组织及相分析

采用超音速火焰喷涂在Ti6Al4V合金表面制备WC-12Co涂层,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)对涂层的组织形貌、物相结构、成分进行试验分析。结果表明:涂层中无层状分布,涂层整体致密,孔隙率低,与基体结合良好;涂层中呈团聚状的粒子与粒子之间结合紧密,颗粒为弥散分布。这是因为超音速粒子的速度高能弥补堆垛不规则造成的孔隙,降低孔隙率,提高致密度;高速粒子变形充分,利于提高活性区域的面积,利于粒子与基体、粒子与涂层的结合。涂层中组成相除WC外,有少量Co3W3C和微量的W2C,未见金属Co,Co在涂层中变成非晶态。分析认为:W2C的产生是在喷涂过程中由于WC热分解,脱碳而生成的产物;Co3W3C是Co和WC在有氧环境下的反应产物,Co3W3C含量少是由于粉末在燃烧室中停留时间短。     

置氢对Ti6Al4V合金微观组织和硬度的影响

利用光学显微镜、X射线衍射和透射电镜研究了Ti6Al4V合金置氢后的微观组织变化,分析了氢化物的形成机制,通过硬度测试分析了置氢对Ti6Al4V合金硬度的影响.研究结果表明:置氢可以显著降低(á a)/a转变温度.置氢后的组织中存在斜方结构的马氏体á"和面心立方结构的氢化物?,氢化物?不仅可以从á相内析出,还可以从a相析出.文章认为,?在á相内的形成过程是基于氢元素扩散的相变过程,而a相内的?是共析反应aH→á ?的产物.硬度测试的结果显示:随着氢含量的增加,Ti6Al4V合金的硬度增加,这是氢化物析出强化、氢固溶强化、氢与位错的相互作用以及马氏体转变综合作用的结果.     

Ti6Al4V钛合金超声波冷锻/微弧氧化涂层的制备及耐磨性能

为了提高生物医用钛合金的耐磨性,利用超声波冷锻技术(UCFT)作为预处理,采用微弧氧化(MAO)技术制备出具有生物活性的MAO涂层。采用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)测量钛合金UCFT处理后表面纳米晶粒大小和表面粗糙度,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计测量涂层的微观形貌、相组成和显微硬度,并在高速往复摩擦磨损试验机上对试样进行摩擦学性能测试。结果表明:超声波冷锻后的钛合金表面晶粒得到细化,平均表面粗糙度仅为36.98nm;UCFT-MAO涂层的显微硬度从330HV0.05提高到518HV0.05,经超声波冷锻预处理后的微弧氧化涂层的摩擦因数降低,UCFT-MAO试样在仿生液中的磨损量仅为基体试样的1/3。超声波冷锻技术作为预处理,显著提高了钛合金微弧氧化涂层的耐磨性能。     

Ti6Al4V合金激光熔覆NiMoSi复合涂层的高温抗氧化性能

为提高Ti6Al4V合金的高温抗氧化性能,以Ni-48%Mo-32%Si混合粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备复合涂层,分析涂层物相、组织结构、高温抗氧化性能及抗磨损性能,并讨论相关机理。结果表明：复合涂层中无裂纹,与基体实现了良好的冶金结合;硬质相Ti₅Si₃、MoSi₂和Mo₅Si₃均匀分布于基体α-Ti、NiTi中。经恒温800 ℃氧化100 h后,复合涂层的氧化膜主要由TiO₂、SiO₂和NiO组成,结构连续致密,表现出较好的高温抗氧化性能。而Ti6Al4V合金氧化膜主要为疏松TiO₂,表面氧化严重;氧化后,复合涂层和基体的单位面积增重分别为1.31和23.38 mg/cm²;复合涂层和基体的摩擦因数分为0.44和0.52、磨损率分别为16.2×10^-5和22.6×10^-5mm³/Nm,复合涂层的摩擦学性能亦有明显提高。     

不同氢含量Ti6Al4V合金的磨损性能研究

利用M-200型摩擦磨损试验机对不同氢含量的Ti6Al4V合金板材进行了摩擦磨损试验,研究氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数和磨损率的影响,并利用材料分析测试技术研究了合金磨损表面的形貌及成分变化,分析了合金的磨损机制。结果表明,氢使钛合金的摩擦系数降低,但是氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数的影响不明显。随氢含量的增加,钛合金的耐磨性能逐渐变差。随着氢含量的增加,钛合金的氧化磨损特征逐渐变弱,磨粒磨损所起的作用逐渐增强。     

热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响

在873~1023 K保温10 h条件下对Ti6Al4V进行热氧化处理。采用X射线衍射仪,辉光光谱分析仪和光学显微镜分析热氧化层的特征。借助MFT-R4000往复式摩擦磨损试验机研究热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响。结果表明:Ti6Al4V表面的热氧化层均匀、连续;热氧化温度对氧化层的形成、表面硬度和耐磨性有显著影响;973 K获得的氧化层表面硬度最高,磨损失重最低,磨痕宽度最小,耐磨性能最好。     

水基凝胶注Ti-6Al-4V合金坯体

将凝胶注模工艺应用于金属Ti6Al4V合金粉末的成形,研究了高固相含量的Ti6Al4V合金粉末的料浆的制备,比较了金属浆料与陶瓷浆料的不同。结果表明粉末的颗粒形状是影响浆料固相含量的重要因素,浆料的固相含量随分散剂的增加而增加。最后制备出了固相含量为54%(体积分数,下同)的钛合金粉末浆料和形状复杂的坯体。坯体的抗弯强度随气雾化(GA)Ti6Al4V含量增加先增大后减小,随着坯体的固相含量增大而减小。当GA-Ti6Al4V含量为80%,固相含量为50%时生坯抗弯强度最大,为18.5 MPa。     

Ti6Al4V合金超声深滚层的组织结构特征

采用超声深滚技术对Ti6Al4V合金进行表面机械强化处理,使用扫描电镜、硬度分析、X射线衍射和透射电镜等分析手段研究超声深滚处理Ti6Al4V合金表面层的组织结构特征。结果表明：超声深滚处理后,材料表层组织严重细化,形成了纳米结构层,表面晶粒尺寸小于20 nm。晶粒细化层的深度约为0.15 mm,在0.15 mm深度处,虽然晶界结构保持完整但晶粒内部位错密度增加。分析了组织结构细化对于改善疲劳性能的意义     

锻造粉末冶金Ti6Al4V合金的性能和组织研究

摘 要: 本文对粉末冶金Ti6Al4V合金进行不同方式的锻造,并对锻造前后的性能和组织进行分析。研究表明,锻造是提高粉末冶金钛合金致密度、提高力学性能的有效手段。一方面,对粉末冶金Ti6Al4V合金在不同温度下进行一次锻造变形,发现960℃锻造后合金塑性最高,延伸率达到15.44%;随着锻造温度升高,组织中等轴α不断减少,逐渐向网篮组织转变,塑性有所降低,但是由于粉末的原始颗粒边界对晶粒长大的阻碍作用,在1150℃锻造后粉末冶金Ti6Al4V合金的晶粒没有明显长大,小于20μm的晶粒约占71%。晶粒尺寸小,有利于材料的塑性,其延伸率仍达到14.30%。因此,粉末冶金Ti6Al4V合金比传统熔铸钛合金具有更宽的锻造温度窗口。另一方面,对粉末冶金Ti6Al4V合金在不同温度下进行二次锻造变形,首先在高温锻造,利用小变形量的高温锻造来提高粉末钛合金的致密度,然后在低温进行二次锻造,获取需要的组织。经过两次锻造变形的Ti6Al4V合金的延伸率均大于17%,抗拉强度大于990MPa,屈服强度大于960MPa。     

激光修复TC4钛合金显微组织与力学性能

本文以低氧TC4粉末为熔覆材料,采用激光修复技术制备了TC4钛合金面修复试样,对比研究了锻件和修复试样(沉积态)的显微组织和力学性能。结果显示修复试样的组织宏观上分为锻件基材区,热影响区和激光沉积区,三个区域中热影响区的显微硬度最高,沉积区和锻件基材的显微硬度相当。锻件试样的强度及塑性均略高于修复试样,同时发现40%修复试样(即拉伸试样承受载荷部位横截面上沉积区所占的面积分数为40%)的强度略低于50%修复试样,塑性则高于后者。表明采用低氧TC4粉末为熔覆材料时,有利于修复试样沉积区和基材区强度和塑性的匹配,从而提高修复试样的综合性能。对拉伸断口进行扫描电镜观察发现,锻件试样拉伸失效后断口呈现出典型的韧性断裂特征,而修复试样的断口则表现复杂,从沉积区到锻件基材区呈现出解理台阶到韧窝的连续变化特征,同时断口形貌与显微组织呈现出很好的对应关系。     

Ti6Al4V合金渗镀Cr-Mo表面改性层组织结构及其耐磨特性研究

采用双层辉光离子渗技术在Ti6Al4V合金表面进行多元合金化,形成均匀致密的Cr-Mo合金渗层.通过GDOES、XRD等手段标定表层成分和相结构,借助显微硬度计和球盘磨损仪测试合金渗层的性能.结果表明:合金渗层中合金化元素Cr与Mo呈梯度分布,主要由化合物Cr_(1.93)Ti_(1.07)、Cr_2Ti、Cr_2Ti_4O_(11)等相构成;改性的Ti6Al4V合金表面硬度有较大程度的提高,抗磨损性能明显改善.     

Effects of Duplex Nitriding and TiN Coating Treatment on Wear Resistance,Corrosion Resistance and Biocompatibility of Ti6Al4V Alloy

Ti6Al4V alloy substrates were nitrided at 900 °C. TiN coatings were then deposited on the nitrided substrates using a closed-field unbalanced magnetron sputtering system. The microstructure, hardness and adhesion properties of the TiN-N-Ti6Al4V substrates were evaluated and compared with those of an untreated Ti6Al4V sample, a nitrided Ti6Al4V sample and a TiN-coated Ti6Al4V sample, respectively. The tribological properties of the various samples were investigated by means of reciprocating sliding wear tests performed in 0.9 wt.% NaCl solution against 316L, Si₃N₄ and Ti6Al4V balls, respectively. In addition, the corrosion resistance was evaluated using potentiodynamic polarization tests. Finally, the biocompatibility of the samples was investigated by observing the attachment and growth of purified mouse leukemic monocyte/macrophage cells (Raw 264.7) on the sample surface after culturing periods of 24, 72 and 120 h, respectively. Overall, the results showed that the duplex nitriding/TiN coating treatment significantly improved the tribological, anti-corrosion and biocompatibility properties of the original Ti6Al4V alloy.     

Ti6Al4V合金微弧氧化/Cr2O3复合膜的生长特征与摩擦学性能

在电解液中加入Cr2O3微粒,以共生沉积方式在Ti6Al4V表面制备微弧氧化/Cr2O3复合膜。利用SEM、XRD、EDS等研究复合膜的生长规律及Cr2O3微粒的沉积方式,通过摩擦试验分析不同生长阶段的复合膜的摩擦磨损性能。结果表明:在0~30min内,复合膜呈近线性增长,之后生长速率明显变缓,膜层表面也出现了大块Cr2O3团聚体。复合膜主要由金红石TiO2、锐钛矿TiO2及Cr2O3相组成。随氧化时间的延长,锐钛矿TiO2逐渐减少,金红石TiO2含量先增加后趋于稳定,而Cr2O3的衍射峰一直增强,复合膜的耐磨性也先增后降;氧化20min时,复合膜的耐磨性最好,摩擦系数最小,仅为0.05~0.2。在微弧氧化过程中,Cr2O3微粒或直接吸附在熔融态的氧化膜表面,或被捕捉、锁定到氧化膜的表面微孔中;也有部分Cr2O3微粒被高温放电产生的熔融物裹覆并一起遇冷凝固到氧化膜中。     

钛合金Ti6Al4V表面Mo-N改性层的摩擦性能研究

采用钼-氮离子共渗与离子渗钼后再氮化2种工艺,在钛合金Ti6Al4V表面形成均匀致密的钼氮合金渗层.实验结果表明,2种工艺形成的表面合金层表面硬度都有大幅度提高,其中渗钼后氮化的硬度Hk0.1为16 810 MPa,钼-氮共渗Hk0.1为18 040 MPa.渗钼后氮化合金层主要为MoN相,而钼-氮共渗合金层主要为Mo2N相. 干摩擦条件下,球盘磨损试验表明,渗钼后氮化工艺更好地改进了钛合金Ti6Al4V耐磨性,降低比磨损率3个数量级.     

钛合金PEO陶瓷膜的组成结构及其抗热震性能

在硅酸盐溶液中,采用类三角波形脉冲等离子体电解氧化电源,在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,利用XRD、SEM和能谱等研究了陶瓷膜层的组成和结构特点,利用热震实验研究了陶瓷膜层的抗热震性能.陶瓷膜层主要由金红石型和锐钛矿型TiO_2组成,反应时间增加,膜层增厚,表面放电孔道减少,孔径变大.能谱分析表明,陶瓷膜层中硅元素含量随着反应时间的增加而增多,钛元素含量的变化与之相反.在900～20 ℃热震条件下,膜层的抗热震性能随反应时间的增大而提高,在反应为25 min时,所制备的膜层抗热震性能最佳,继续延长反应时间,膜层的抗热震性能下降.热震试验使陶瓷膜层中晶相TiO_2含量增加,膜层表面出现裂纹.     

Ti6Al4V合金上类金刚石膜的摩擦学性能及腐蚀行为

采用离子束沉积技术在医用Ti6Al4V合金表面制备类金刚石薄膜(DLC),利用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)及UMT-2摩擦磨损试验机对薄膜的形貌、结构、摩擦学性能进行表征。采用动电位极化对涂层前后基底的耐腐蚀性能进行测试。结果表明:制备薄膜为类金刚石碳结构,基底偏压对薄膜形貌、结构有较大影响;偏压为-100V时制备的薄膜表面粗糙度低(6.5nm),sp3/sp2比值高,摩擦学性能优异;经DLC膜保护的合金基底耐腐蚀性能获得明显改善。     

Ti6Al4V合金上类金刚石膜的摩擦学性能及腐蚀行为

采用离子束沉积技术在医用Ti6Al4V合金表面制备类金刚石薄膜（DLC）,利用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱（XPS）及UMT-2摩擦磨损试验机对薄膜的形貌、结构、摩擦学性能进行表征。采用动电位极化对涂层前后基底的耐腐蚀性能进行测试。结果表明：制备薄膜为类金刚石碳结构,基底偏压对薄膜形貌、结构有较大影响;偏压为–100 V时制备的薄膜表面粗糙度低（6.5 nm）,sp3/sp2 比值高,摩擦学性能优异;经DLC膜保护的合金基底耐腐蚀性能获得明显改善。     

类金刚石薄膜改性钛合金的扭动摩擦磨损特性

以Ti6Al4V合金、类金刚石薄膜(DLC膜)改性Ti6Al4V合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副,模拟颈椎间盘的轴向旋转运动,并在改装后的多自由度磨损试验机上进行扭动摩擦试验。结果表明:随着循环周次的增加,两对摩擦副均呈现出摩擦扭转力矩、摩擦耗散能、磨损量相应增大的趋势。与Ti6Al4V合金相比,DLC薄膜改性后的Ti6Al4V合金摩擦副接触界面间摩擦扭转力矩降低了51.6%、摩擦耗散能降低了48%,进入完全滑移状态的时间缩短,具有更好的耐磨性。Ti6Al4V合金的磨损机制表现为严重的磨粒磨损,经DLC薄膜改性后的钛合金的磨损形式以应力集中产生的脆性剥落为主。DLC薄膜增大了对磨副UHMWPE的磨损,UHMWPE的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损综合作用的结果。