表面改性鎳鈦合金的微動(dòng)性能與純鐵納米壓痕尺寸效應(yīng)研究.pdf

1、本文在水平液壓伺服微動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)上，采用球/平面接觸模式，在不同循環(huán)次數(shù)和位移幅值條件下，對(duì)表面改性前后的NiTi形狀記憶合金在模擬人體體液中進(jìn)行了微動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究。利用原子吸收光譜儀(AAS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、納米壓痕儀、原子力顯微鏡(AFM)與表面輪廓儀等設(shè)備對(duì)鎳離子析出濃度及樣品表面磨斑微觀形貌進(jìn)行了測(cè)試分析，詳細(xì)地研究了不同的表面改性方法對(duì)鎳離子析出的抑制程度以及對(duì)NiTi合金微動(dòng)摩擦學(xué)性能的影響。同時(shí)，利用材料拉扭試驗(yàn)機(jī)

2、(MTS)、納米壓痕儀和透射電子顯微鏡(TEM)等儀器，實(shí)驗(yàn)研究了拉伸預(yù)應(yīng)變對(duì)純鐵的納米壓痕硬度尺寸效應(yīng)的影響。本論文的主要結(jié)論如下： 1.表面改性可以有效地抑制NiTi合金中鎳離子析出，減輕鎳離子析出對(duì)人體產(chǎn)生的生理毒性，進(jìn)而提高NiTi合金的生物相容性。另一方面，相對(duì)硬度而言，表面改性層與基體的結(jié)合強(qiáng)度對(duì)表面改性NiTi合金抗微動(dòng)磨損性能起著更為重要的作用。 2.NiTi合金應(yīng)力誘發(fā)的馬氏體重取向可導(dǎo)致NiTi/1C

3、r13摩擦副的切向剛度在微動(dòng)過程中發(fā)生改變。而表面改性層可以屏蔽NiTi合金的馬氏體重取向，使得表面改性NiTi合金與1Cr13接觸副的切向剛度在微動(dòng)過程中基本不變。另外，表面改性層的這種屏蔽作用進(jìn)一步減小了NiTi合金的彈性變形協(xié)調(diào)能力，擴(kuò)展了NiTi/1Cr13摩擦副的微動(dòng)滑移區(qū)，并將其微動(dòng)混合區(qū)和部分滑移區(qū)調(diào)整到一個(gè)相對(duì)較小的位移幅值范圍。 3.高溫氧化改性(700℃/0.5h，650℃/1h)后的NiTi合金表面主要生成

4、金紅石晶型(Rutile)的TiO2，盡管它有著比NiTi合金基體更高的硬度，但由于表面改性層與NiTi合金基體的結(jié)合強(qiáng)度比較弱，改性層的剝落使其抗微動(dòng)磨損性能比NiTi合金基體更差。而低溫氧化改性(400℃/50h)后的NiTi合金表面主要生成銳鈦礦晶型(Anatase)的TiO2，它與NiTi合金基體的結(jié)合強(qiáng)度較高，盡管降低了NiTi合金的彈性變形協(xié)調(diào)能力，但卻能有效地提高NiTi合金的抗腐蝕和微動(dòng)磨損性能。 4.純鐵的預(yù)塑