氦离子注入对Ti6Al4V合金组织和力学性能的影响

在室温和400～700℃条件下,采用 1×1017ions/cm2注入剂量和200keV加速电压对 Ti6Al4V合金进行了氦离子注入.分别采用纳米硬度仪和X射线衍射方法对Ti6Al4V合金的氦离子注入表面层(≤700nm)进行了纳米硬度、弹性模量测试和物相分析.结果表明:在室温至600℃范围内,氦离子注入温度越高,Ti6Al4V合金注入层的硬度也越高,而其弹性模量则变小.氦离子注入温度为700℃时,Ti6Al4V合金发生了软化,其弹性模量也有所提高.氦离子注入引起的硬化现象与点缺陷和Ti6Al4V合金中β相的析出有关,而软化现象则与β相的粗化和γ-TiH相的形成有关.     

Ti-6Al-4V合金氮离子注入后在Tyrode’s体液中的耐蚀耐磨性能

Ti-6Al-4V合金注入氮离子后,生物相容性、抗磨损性、抗疲劳性及抗腐蚀性均有所提高,其植入人体后在体液中的耐蚀耐磨性能尤为重要,目前对此研究较少。对Ti-6Al-4V合金进行氮离子注入,并在人工模拟体液Tyrode’s溶液中进行摩擦磨损和电化学试验,研究了注氮Ti-6Al-4V合金的耐蚀耐磨性能。采用扫描电镜观察腐蚀形貌,用其自带的能谱仪分析注氮层的元素组成,采用X射线衍射仪分析注氮层的结构。结果表明:Ti-6Al-4V氮离子注入后表面形成主要由TiC,Ti及少量TiO2组成的膜层,硬度提高,在Tyrode’s溶液中的腐蚀电位升高、极化电阻增大,阳极极极化电流密度降低;在Tyrode’s溶液中摩擦后的注氮Ti-6Al-4V合金的阳极极化电流密度大于未摩擦的,极化电阻减小;Ti-6Al-4V合金氮离子注入后的摩擦系数明显降低,比磨损率减少。     

氮离子注入纯铁在人工模拟体液中的腐蚀性能研究

采用40kV的氮等离子体离子注入工业纯铁,注入剂量为7×1017ions/cm2,X射线光电子能谱(XPS)研究表面注入层元素的成分和价态,X射线衍射(XRD)分析注入层的物相转变,采用恒电位极化腐蚀试验研究了离子注入后材料在人工模拟体液中腐蚀行为.试验结果表明,氮离子注入能有效的改善纯铁在模拟体液中的耐蚀性,XRD和XPS分析发现,在试样表层形成较多的γ'-Fe4N化合物,有效的提高了材料表面的耐蚀性.     

Ti6Al4V微弧氧化膜的生物相容性

采用微弧氧化(MAO)手段在Ti6Al4V表面制备TiO2陶瓷膜层,结合水热处理(HS)方法诱发膜层内生成羟基磷灰石(HA);以抗凝血性能、抗溶血性能、抗血小板黏附和材料的细胞毒性为指标,对Ti6Al4V基体合金、具有微弧氧化陶瓷膜层的Ti6Al4V合金和经水热合成处理后的Ti6Al4V微弧氧化膜层样品进行生物相容性综合评定。结果表明,经微弧氧化和水热合成处理后样品表现出优异的抗溶血性,良好的抗凝血性和血小板黏附以及无毒性,说明Ti6Al4V合金表面生成的羟基磷灰石复合薄膜赋予材料表面良好的生物相容性。     

Ti/TiB2多层膜在Hank’s模拟体液中耐蚀性研究

采用磁控溅射法在医用钛合金Ti6Al4V和硅基体上沉积了Ti/TiB2多层膜。通过X射线衍射仪分析了薄膜的相结构,采用扫描电镜观察了薄膜的表面形貌和断面多层结构,利用电化学法研究了Ti/TiB2多层膜在Hank’s模拟体液中的抗腐蚀性能。研究结果表明:Ti层的引入有利于TiB2获得多晶结构,同时降低了薄膜表面的粗糙度,抑制了基体中Al3+的释放。沉积Ti/TiB2多层膜试样的自腐蚀电位,较单层膜相比有显著提高,达到13.2 mV,自腐蚀电流密度降低了4个数量级。分析认为这是由于Ti/TiB2多层结构增加了界面,降低了贯穿至基体表面的针孔等缺陷的数量,导致腐蚀介质经过针孔等缺陷与基体接触的机会变少,薄膜的耐蚀性得到改善。     

Ag、Cu离子先后注入SiO_2玻璃后形成纳米颗粒的光学性质研究

采用由金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA)引出的强束流脉冲Ag、Cu离子,先后注入到SiO2玻璃。注入的剂量均为5×1016ions/cm2,Ag的加速电压为43kV,Cu的加速电压为30kV。光学吸收谱显示吸收峰的位置在442nm,可以推测Ag、Cu在SiO2玻璃表层形成了纳米合金。借助X射线光电子能谱仪(XPS)考察注入样品的价态分布,观察到Ag、Cu仍大多以金属态形式存在。对样品进行退火后,发现光学透射率发生了明显的变化。     

钛合金Ti6Al4V表面离子注入铜的阻燃性研究

针对钛合金在一定条件下易发生钛火的问题,对钛合金的阻燃性能进行优化研究.在Ti6Al4V表面进行离子注铜,采用金相显微镜对表面形貌进行观察和分析,使用X射线衍射仪分析改性层中的物相组成,利用飞秒激光烧蚀研究阻燃性能,并用扫描电子显微镜对烧蚀区域的形貌与成分进行分析.注铜处理后Ti6Al4V表面形成了含有Ti2Cu合金相...     

氮离子注入对纯铁表面显微形貌的影响

铁基材料由于其可降解性和无毒性,在血管支架材料领域具有潜在的应用前景.采用40kV的氮离子注入工业纯铁,注入剂量为1×1017～7×1017ions/cm2, X射线衍射表征了材料表面的物相结构,采用原子力显微镜研究了离子注入剂量对材料表面形貌的影响,并用Ra、RMS和Rz定量研究了离子注入后的表面粗糙度.结果表明,氮离子注入对纯铁表面形貌产生了一定的影响,随着注入离子剂量的增加,材料表面的粗糙度也随之增加.     

喷砂酸蚀处理促进Ti6Al7Nb表面钙磷沉积

研究了Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛基材料在喷砂酸蚀处理后成骨细胞在其表面生长的生物活性。通过Al2O3喷砂和盐酸、硫酸混合物酸蚀的表面改性方法,在Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb3种钛基材料表面进行喷砂酸蚀处理,通过SEM观察样品的表面形貌,样品的表面呈现出微米级多孔形貌;将样品浸入模拟体液(simulated body fluid,SBF)中浸泡7,14和21 d后通过SEM、X射线衍射仪(XRD)分析样品表面沉积物的形貌、物相,样品浸入SBF 14 d后,Ti6Al7Nb表面最先观察到表面覆盖的羟基磷灰石涂层;样品浸入SBF 21 d后,Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面都观察到羟基磷灰石涂层。羟基磷灰石涂层有利于促进钛基植入体与体内骨组织的骨结合,喷砂酸蚀处理的Ti6Al7Nb表现出良好的生物活性。     

Ti6Al4V钛合金表面Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多涂层的制备与性能研究

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪 (XPS),分析了涂层的微观结构、物性组成和化学价态;通过划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站,检测了涂层的结合强度、力学性能、摩擦系数和耐腐蚀性。研究结果表明,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层表面由峰型颗粒组成,粒径大小均匀,涂层结构致密。与Ti6Al4V相比,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层试样具有较小的摩擦系数,较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,表现出良好的耐磨和耐腐蚀性能,能对Ti6Al4V合金植入材料起到较好的保护作用。     

Ti6Al4V钛合金渗碳层在HF中的腐蚀行为

用真空感应渗碳方法对Ti6Al4V钛合金进行高速渗碳,研究了渗碳层在HF溶液中的腐蚀行为。对腐蚀前后渗碳层的相结构和形貌的分析发现：对Ti6Al4V钛合金高速渗碳后,在表面生成一层TiC和CTi_0.42V_1.58复合化合物相的渗碳层。因为表面有渗碳层,Ti6Al4V钛合金在浓度为0.2%的HF中?泡其腐蚀速率从4.65×10^-10 g·m^-2·h^-1降低到3.3×10^-10 g·m^-2·h^-1。电化学腐蚀测试结果表明,其自腐蚀电位从未渗碳时的-0.94 V升高到-0.68 V,腐蚀电流密度从4.10 mA·cm^-2降至1.65 mA·cm^-2,极化电阻从6.36 Ω·cm²增大到15.8 Ω·cm²,R_t从0.2 Ω·cm²增大到5.7 Ω·cm²。渗碳层具有n型半导体特性,未渗碳样品具有p型半导体特性。Ti6Al4V钛合金渗碳后,在腐蚀过程中电子转移的阻力增大,使耐蚀性提高。F^-对Ti6Al4V钛合金渗碳层的腐蚀机理,主要是析氢腐蚀。     

Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb对成骨细胞生物活性影响的研究

研究Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛金属表面经喷砂酸蚀处理后的表面形貌、亲水性及对成骨细胞生物活性的影响。在Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb 3种钛金属表面进行Al2O3喷砂和盐酸、硫酸混合物酸蚀的表面改性处理(SLA),通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察样品的表面形貌,通过接触角测量仪在显微镜下测量接触角的大小;将SD大鼠成骨细胞以1×104cells/m L密度接种于Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面后通过MTT活性实验观察成骨细胞在样品表面的增殖,通过SEM观察细胞在样品表面生长的形态,通过碱性磷酸酶(AKP)活性实验,检测成骨细胞的分化能力。Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb在经过喷砂酸蚀处理后,表面均呈现出微米级多孔形貌,3种样品均为亲水性表面;细胞在SLA处理后的Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb表面增殖良好,细胞伸展显著;其中在Ti6Al7Nb表面细胞的增殖、黏附、分化能力最强。大颗粒喷砂酸蚀技术的表面处理方法能够促进Ti、Ti6Al4V和Ti6Al7Nb的生物活性;经SLA处理的Ti6Al7Nb比Ti和Ti6Al4V表现出更好的生物学活性,成骨细胞在其表面呈现出更好的增殖、黏附及分化能力。     

离子注入对氮化硅结构和性能的影响

热压氮化硅陶瓷样品在金属离子注入机上进行高剂量、高束流密度的Ti离子注入。注入剂量为1×1017～3×1018at／cm2。利用卢瑟福背散射（RBS）、扫描俄歇微探针（SAM）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术对注入层的结构进行了研究。对注入后氨化硅的表面硬度和抗弯强度等力学性能进行了测试分析。结果表明，Ti离子注入对氯化硅性能影响很大，在合适的实验条件下，可以使其力学性能得到较大的改善。     

Ag、Cu离子先后注入SiO2玻璃后形成的米题粒的光学性质研究

采用由金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA)引出的强束流脉冲Ag、Cu离子,先后注入到SiO2玻璃.注入的剂量均为5×1016ions/cm2,Ag的加速电压为43kV,Cu的加速电压为30kV.光学吸收谱显示吸收峰的位置在442nm,可以推测Ag、Cu在SiO2玻璃表层形成了纳米合金.借助X射线光电子能谱仪(XPS)考察注入样品的价态分布,观察到Ag、Cu仍大多以金属态形式存在.对样品进行退火后,发现光学透射率发生了明显的变化.     

钛合金表面离子束增强沉积NiCr膜的耐腐蚀磨损性能

钛合金是难镀材料,采用离子束增强沉积法(IBED),在Ti6Al4V钛合金表面制备NiCr膜,以期改善其耐腐蚀磨损性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、辉光放电光谱仪、显微硬度计、划痕仪、静态压入和动态循环压法表征其形态、结构、成分分布、硬度、膜基结合强度和膜的韧性;通过电化学极化曲线、交流阻抗测试和电偶腐蚀试验评价改性层的耐蚀性和接触相容性;利用球-盘磨损试验研究了改性层在空气中和3.5%NaCl溶液中腐蚀磨损性能。结果表明:IBED膜基结合强度高、膜层致密、晶粒细小,具备优异的强韧综合性能,良好的耐NaCl溶液腐蚀性能;IBED NiCr膜在NaCl溶液中磨损量仅为Ti6Al4V合金的1/4.5,磨损明显减轻,呈磨粒磨损机制,且其在水溶液中的耐磨性能优于在空气环境中。     

Ti6Al4V磁控溅射沉积Ti-Ag-(N)薄膜及其抗菌性的研究

利用磁控溅射法在医用钛合金Ti6Al4V表面制备Ti-Ag、Ti-Ag-N薄膜。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、X射线光电子能谱分析薄膜的表面形貌、微观结构、化学成分和化学价态。采用平板计数法测试薄膜对大肠杆菌的抗菌性。研究结果表明:薄膜主要由Ti、Ag、(N)组成,且Ag是以Ag~0形式存在;与基材相比,两种薄膜对大肠杆菌(E.coli)均有抗菌性,且Ti-Ag-N薄膜表现出更优越的抗菌性能。     

阳极氧化对镁合金在仿生溶液中降解性能影响的研究

利用电化学测试技术和浸泡试验研究了几种电压下的阳极氧化工艺对镁合金在Hank’s仿生溶液中降解性能的影响,同时对Hank’s溶液浸泡前后的氧化膜的形貌和成分进行了比较分析,以探讨氧化膜在仿生溶液中的降解行为。研究表明,随阳极氧化电压增大,阳极氧化膜表面的孔隙增大,电压升至110V时,试样表面烧蚀,阳极氧化膜疏松,平整度较差。阳极氧化提高了镁合金的耐蚀性,100V下的阳极氧化试样具有最大的涂层电阻,90V下阳极氧化试样具有最大电荷转移电阻和极化电阻。阳极氧化处理后的试样在Hank’s仿生溶液中可延缓镁合金降解1周左右,随后析氢速率有所增高。其中110V电压下生成的阳极氧化试样自腐蚀电位降低,浸泡1周后的析氢量明显高于其它试样。浸泡过程中,随着阳极氧化层的溶解,Hank’s溶液中的磷酸根和钙离子沉积在氧化层表面形成磷酸钙盐,其产物进入氧化膜的小孔内,形成无孔表面。     

Ti6Al4V高速干滑动摩擦磨损特性研究

对Ti6Al4V合金在高速干滑动摩擦条件下进行了系统的磨损性能测试,研究了载荷和速度对Ti6Al4V合金的摩擦磨损机制的影响,对Ti6Al4V合金的磨损表面、纵剖面进行了显微分析及X-衍射分析,实验结果表明,Ti6Al4V合金的磨损率和摩擦表面温度随着载荷和速度的升高而增加,摩擦表面的温度最高达到1044℃,磨损表面出现"蘑菇头"的磨损现象,表面出现裂纹及剥落坑,表层及次表层出现裂纹,组织变得粗大,磨损纵剖面析出Ti3O,Ti6O,VO0.53,VN等化合物.     

Hank′s溶液中注碳Ti6Al4V合金缝隙试样的电化学行为

为探索碳离子注入Ti-6Al-4V合金在人工模拟体液Hank's溶液中的性能,采用电化学方法、扫描电子显微镜和X射线衍射对其缝隙试样在人工模拟体液Hank's溶液中的电化学行为进行了研究.结果表明:碳离子注入后,Ti-6Al-4V合金缝隙试样的腐蚀电位升高、电荷转移电阻增大,阳极极极化电流密度降低,改善了电化学性能;碳离子注入后,Ti-6Al-4V合金表面形成主要由TiC组成的无序层膜,该膜层阻滞了合金元素的溶解,提高了合金的耐缝隙腐蚀性能.     

铜离子注入AISI 304不锈钢的抗菌性能研究

铜离子由金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子注入机引出注入AISI 304不锈钢,采用100keV的能量、(1.0~8.0)×1017ions/cm2的注入剂量。抗菌实验结果表明,铜离子注入试样具有良好的抗大肠杆菌的效果,抗菌处理使得试样具有优良的抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的效果,且注入量接近饱和注入量时,样品具有最佳的抗菌性能。用小掠射角X射线衍射(GXRD)和透射电镜(TEM)分析了注入层相组成和微观组织,结果表明铜离子注入样品经特殊抗菌处理后,注入层生成了细小分散的富铜相,析出的富铜相使得试样具有优良的抗菌效果。