NiCr合金表面微弧氧化陶瓷膜的制备及性能研究

论文摘要

NiCr合金在口腔环境中会释放出Ni离子,引起使用安全性问题;为了提高NiCr合金的耐腐蚀性能,降低Ni离子的析出量,本论文采用微弧氧化技术在NiCr合金表面制备了低Ni含量的Al2O3膜层。利用SEM、EDS、XRD方法对膜层的表面形貌、截面形貌、元素含量以及相组成进行了研究,通过拉伸试验、电化学测试技术、Ni离子析出试验分别研究了膜层的结合强度、耐腐蚀性能和膜层对Ni离子析出量的影响。研究表明,在NaAlO2电解液中NaAlO2浓度对微弧氧化膜层表面形貌影响较大;膜层表面Ni元素含量为24at%;膜层主要以非晶态形式存在,含有少量的γ-Al2O3相组成,其衍射峰强度随NaAlO2浓度的增加而增强。在NaAlO2-Na5P3O10电解液体系中Na5P3O10浓度对微弧氧化膜层表面形貌有较大影响;随着反应时间的延长,膜层的表面微孔数量减少,孔径增大;膜层的厚度随着Na5P3O10浓度的增加、正向电压的升高和反应时间的延长而增加;膜层表面Ni元素含量在48at%;膜层主要由γ-Al2O3相组成,其衍射峰强度随Na5P3O10浓度的增加、正向电压的升高和反应时间的延长而增强。在NaAlO2电解液中制备的膜层与基体的结合强度随着NaAlO2浓度的增加而增大,最大为14.6MPa;在12.3g/L NaAlO2-1g/L Na5P3O10电解液体系中,正向电压为380V,反应时间为30min,所得膜层与基体的结合强度为21.5MPa,过低或过高的Na5P3O10浓度、正向电压,加载负向电压和过长的反应时间均使膜层与基体的结合强度降低。微弧氧化膜层提高了NiCr合金的腐蚀电位,对腐蚀电流密度影响不大,能够抑制Ni离子的释放。在12.3g/L NaAlO2-1g/L Na5P3O10电解液体系中,正向电压为380V,反应时间为30min,所得到的膜层与基体相比,其腐蚀电位提高了275mV,Ni离子析出量降低55%。过低或过高的Na5P3O10浓度、正向电压均使Ni离子的析出量增加;过长的反应时间使Ni离子的析出量增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属烤瓷冠的研究现状
• 1.2.1 金属烤瓷冠的结构及优点
• 1.2.2 金属烤瓷合金的应用现状
• 1.3 NiCr合金表面改性研究现状
• 1.3.1 除气预氧化法
• 1.3.2 阳极钝化法
• 1.3.3 溶胶-凝胶法
• 1.3.4 表面镀金法
• 1.4 微弧氧化技术研究现状
• 1.4.1 微弧氧化技术基本原理及特点
• 1.4.2 微弧氧化技术的影响因素
• 1.4.3 微弧氧化技术在生物医用领域的应用现状
• 1.5 选题目的、意义及研究内容
• 1.5.1 选题目的、意义
• 1.5.2 本课题的主要研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试剂及材料
• 2.2 微弧氧化装置
• 2.3 试验操作流程
• 2.4 分析测试方法
• 2.4.1 膜层的形貌与组织结构分析
• 2.4.2 膜层的结合强度测试
• 2.4.3 膜层的腐蚀性能测试
• 2.4.4 Ni离子析出试验
• 第3章 电解液对微弧氧化膜层显微组织的影响
• 3.1 电解液的选择
• 3.2 电解液对膜层表面形貌的影响
• 3.3 电解液对膜层元素含量的影响
• 3.4 电解液对膜层相组成的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 电源参数对微弧氧化膜层显微组织的影响
• 4.1 正向电压对微弧氧化膜层结构的影响
• 4.1.1 正向电压对膜层表面形貌的影响
• 4.1.2 正向电压对膜层元素含量的影响
• 4.1.3 正向电压对膜层相组成的影响
• 4.2 负向电压对微弧氧化膜层结构的影响
• 4.2.1 负向电压对膜层表面形貌的影响
• 4.2.2 负向电压对膜层元素含量的影响
• 4.2.3 负向电压对膜层相组成的影响
• 4.3 反应时间对微弧氧化膜层结构的影响
• 4.3.1 反应时间对膜层表面形貌的影响
• 4.3.2 反应时间对膜层元素含量的影响
• 4.3.3 反应时间对膜层相组成的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 膜层的性能研究
• 5.1 膜层与基体的结合强度研究
• 5.2 膜层的耐蚀性能及Ni离子析出试验研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢