论文题目: 激光气体氮化提高Ti6Al4V合金/生物陶瓷界面结合强度的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 王嫒
导师: 崔振铎
关键词: 合金,激光氮化处理,生物活性玻璃,结合强度,热膨胀系数,润湿效果
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 制备金瓷修复体成功的关键是要获得良好的界面结合,以保证其在植入人体后的运动过程中能承受各个方面的力而不致瓷脱落。本文采用激光氮化处理对Ti6Al4V合金进行表面改性处理,形成一层TiN层,并通过侵蚀剂的侵蚀使其表面形成突出的TiN枝晶;之后利用涂敷烧结法在枝晶表面烧结一层生物活性玻璃陶瓷涂层。本文通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）及原子力显微镜（AFM）等设备对经激光氮化后的Ti6Al4V合金试样的表面形貌、成分及物相组成等进行了分析研究;并通过垂直拉伸试验、剪切试验和压痕试验方法来测试金属基体与陶瓷涂层的界面结合强度,并对提高金瓷间结合强度的有效途径及影响因素进行了讨论;通过电化学测试和电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）研究了金瓷修复体的腐蚀特性及有害离子析出特性。研究结果表明,经激光氮化过后的钛合金基体表面生成一层致密TiN层,具有一定的耐磨性及抗腐蚀性能。涂敷烧结生物玻璃涂层后的结合强度测试显示,经激光氮化后的Ti6Al4V合金与陶瓷涂层的结合强度明显高于未经激光氮化的钛合金与陶瓷的结合强度。这是因为:1.经激光氮化后钛合金表面形成的TiN,经侵蚀剂腐蚀后将形成突出的TiN枝晶,增加了基体表面的粗糙度,有利于涂敷烧结过程中瓷粉的嵌入;2.在烧结过程中,于烤瓷粉的软化温度保温一定时间,是为了让瓷粉浆釉充分软化并平铺于基体表面,提高烤瓷粉对金属的润湿效果,增加其界面结合强度;3.TiN层的存在阻碍了基体中的Ti在烧结过程中与空气中的氧反应生成过厚的氧化层,使金瓷间的结合强度下降;4.TiN与陶瓷涂层中的SiO2发生氧化还原反应又引入了化学键合,生成了强度较高的Ti5Si3,并构成了涂层与基体组分的相互扩散反应或化学反应,实现成分的连续过渡,从而显著提高了界面的结合强度;5.由于金瓷间热膨胀系数相差较大,TiN层作为金属与陶瓷之间的过渡层被加入其中,可实现金属——过渡层——陶瓷（玻璃）三者之间热膨胀系数的渐变。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 引言
1.2 TI 合金的性能及应用
1.2.1 良好的力学相容性
1.2.2 高耐腐蚀性
1.2.3 比较理想的生物相容性
1.3 TI 合金的表面改性
1.3.1 激光表面处理
1.3.2 涂敷——烧结法
1.3.3 生物化学法
1.3.4 仿生液相沉积
1.4 TI 合金与陶瓷之间的结合
1.4.1 影响金瓷之间结合强度的因素
1.4.2 改善金瓷结合强度的有效途径
1.5 界面结合强度的表征与评价
1.5.1 拉张法
1.5.2 划痕法
1.5.3 弯曲法
1.5.4 压痕法
1.6 课题背景及论文主要内容
第二章 T16AL4V 合金表面激光氮化层组织及特性
2.1 引言
2.2 实验材料及方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验方法
2.3 试样表面测试与表征
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.2 X-射线衍射(XRD)
2.3.3 原子力显微镜(AFM)
2.3.4 显微硬度仪
2.4 实验结果与讨论
2.4.1 样品表面形貌分析
2.4.2 显微硬度分析
2.4.3 Ti6A14V 及LGN-Ti6A14V 衍射谱图分析
2.4.4 样品表面AFM 分析
2.5 本章小结
第三章 T16AL4V 合金表面涂敷——烧结生物玻璃陶瓷工艺研究
3.1 引言
3.2 实验材料及方法
3.2.1 实验材料
3.2.2 实验所用化学试剂
3.2.3 实验设备
3.2.4 生物陶瓷制备工艺
3.2.5 生物陶瓷的涂烧工艺
3.3 试样表面测试与表征
3.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
3.3.2 X-射线衍射(XRD)
3.3.3 垂直拉伸试验
3.4 实验结果与讨论
3.4.1 金属与陶瓷层结合强度测试结果
3.4.2 SEM 表面形貌及EDX 能谱分析
3.4.3 X 射线衍射分析结果
3.5 本章小结
第四章 激光表面氮化处理对金瓷结合强度的影响
4.1 引言
4.2 实验材料方法
4.2.1 实验材料
4.2.2 实验方法
4.3 表面烤瓷层与基体界面结合分析
4.3.1 烤瓷层与基体结合强度的测量
4.3.2 基体/陶瓷界面SEM 形貌分析
4.3.3 界面XRD 衍射分析
4.4 本章小结
第五章 金瓷修复体的腐蚀特性
5.1 引言
5.2 实验材料方法
5.2.1 耐蚀性分析
5.2.2 Al，V 离子溶出速度测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 极化阻力的测定
5.3.2 Al，V 离子溶出速度
5.3.3 SEM 表面形貌分析
5.4 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
发表论文情况
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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