輝光等離子體滲氮對(duì)純鈦鑄件名義性能的莫須有
運(yùn)用NH3在氮化爐中對(duì)純鈦鑄件繼續(xù)輝光等離子體滲氮。別離利用X線衍射儀XRD、顯微硬度計(jì)、掃描電鏡、附著磨損試驗(yàn)及電化學(xué)試驗(yàn)鉆研等離子體滲氮對(duì)純鈦鑄件機(jī)械性能、附著學(xué)性能、耐侵蝕性的莫須有。熔鑄純鈦名義氮化解決后,色彩呈暗金色色,名義由TiN、Ti-N相及氮在鈦中的固溶體α-Ti(N)組成,顯微硬度、耐磨性顯著普及,在人工唾沫中的耐侵蝕性亦顯然普及。
鈦及鈦合金存在良好的機(jī)械力學(xué)性能,化學(xué)穩(wěn)固性,極好的生物相容性,已在飛行航天、軍事及生物醫(yī)術(shù)畛域?qū)挿豪谩＜冣佋诳谇会t(yī)術(shù)中重要利用于義齒支架、自動(dòng)冠、生動(dòng)橋、栽植體及正畸托槽等。但純鈦硬度偏低,耐磨性較差。鈦存在良好的耐侵蝕性,重要是因?yàn)槊x有一層穩(wěn)固而致密的鈍化膜。義齒鈦支架在口腔外行使性能時(shí)(如咀嚼靜止),受力負(fù)載,名義的鈍化膜輕易擦傷,破損。口腔條件下,含氟牙膏中的磨擦劑顆粒與氟化物成份對(duì)鈍化膜亦有定然的磨損與侵蝕作用。磨損與侵蝕協(xié)同作用,招致純鈦名義狀態(tài)與構(gòu)造產(chǎn)生改觀,離子析出,毛糙度增大,病菌黏附增多,涌現(xiàn)失澤與變色,莫須有其外觀與長(zhǎng)期運(yùn)用。
為克服上述問(wèn)題,對(duì)一些名義工事步驟繼續(xù)了鉆研,如名義鍍硬質(zhì)地膜(TiN,DLC),化學(xué)熱解決,離子注入等。因?yàn)殁伒挠捕容^低,而硬質(zhì)地膜與鈦基底硬度差異較大,地膜受力負(fù)載時(shí),地膜與基底產(chǎn)生相反的形變,易產(chǎn)生開(kāi)裂,剝落。地膜與基底的熱收縮系數(shù)存在差距,招致地膜外存在熱應(yīng)力,鍍膜時(shí)名義層成長(zhǎng)變遷和構(gòu)造變遷可產(chǎn)生本征應(yīng)力,熱應(yīng)力與本征應(yīng)力獨(dú)特組成了地膜的內(nèi)應(yīng)力。過(guò)高的內(nèi)應(yīng)力升高了膜基聯(lián)合強(qiáng)度。等離子體滲氮是一種罕用的化學(xué)熱解決步驟,存在滲氮進(jìn)度快,熱效率低等長(zhǎng)處,且輝光尖端放電可勻稱遮蓋于作件名義,實(shí)用于形態(tài)簡(jiǎn)單的作件名義解決。純鈦名義滲氮解決后,名義構(gòu)成了含有TiN的氮化層,滲氮層與基底之間沒(méi)有不陸續(xù)界面,聯(lián)合強(qiáng)度高,普及了純鈦的硬度,耐磨性與耐侵蝕性。
本試驗(yàn)鉆研齒科純鈦名義繼續(xù)輝光等離子體氮化解決后,對(duì)其名義硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐侵蝕性的莫須有,為普及義齒鈦支架的性能和運(yùn)用壽數(shù)提供指點(diǎn)。1、試驗(yàn)
利用LZ-2型真空壓力離心口腔科鑄鈦機(jī),以正硅酸乙酯和鋯英石內(nèi)包埋,氧化鐵掛砂,鹽酸鹽外包埋,制作10mm×10mm×3mm的純鈦鑄件。鈦鑄件順次繼續(xù)噴砂、機(jī)械拋光、鹽酸安非拉酮超聲蕩滌后,在輝光等離子體氮化爐中繼續(xù)滲氮解決,設(shè)置輝光電壓700V,輝光直流電13A～15A,爐內(nèi)真空度為300Pa,滲氮熱度為700℃,氣體為NH3,滲氮工夫別離為1h～4h。
純鈦鑄件等離子體滲氮解決后,別離以掃描電鏡視察滲氮層名義、斷面形貌,顯微硬度儀測(cè)量硬度,X射線衍射儀綜合滲氮層的相構(gòu)造,磨擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)估耐磨性,電化學(xué)探測(cè)儀綜合耐侵蝕性。2、后果與探討
2.1、滲氮層名義形貌視察
鈦試件滲氮后,呈暗金色色,色彩不勻稱,地鄰邊界全體色彩變淺,這是由輝光等離子體氮化內(nèi)中中的“邊界效應(yīng)”造成的。名義全體出現(xiàn)灰彩色,是因?yàn)樵跐B氮爐中涌現(xiàn)了碳的凈化。掃描電鏡可視察到滲氮層名義有一大批氮化鈦晶粒,能譜綜合(圖2)證實(shí)了這一后果。
鈦名義等離子體氮化后,掃描電鏡視察斷面形貌,鈦名義可見(jiàn)一層勻稱而致密的的滲氮層。滲氮層薄厚隨滲氮工夫的延伸逐步增厚,等離子體氮化4h后,滲氮層薄厚約40μm～50μm,見(jiàn)圖3.
2.2、X線衍射綜合
利用XRD儀綜合滲氮層的相構(gòu)造,見(jiàn)圖4。純鈦鑄件等離子體氮化解決后,名義為多相構(gòu)造。鈦試件等離子體氮化內(nèi)中中,氮率先向鈦基體放散構(gòu)成間隙固溶體α-TiN,從而在鈦名義構(gòu)成氮放散層。隨著滲氮工夫的延伸,當(dāng)?shù)阝伒木Ц耖g隙達(dá)成飽和時(shí),在含氮?dú)怏w與鈦基體的界面生成Ti-N相,Ti-N可產(chǎn)生相變,進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為TiN相。因而,等離子體氮化在鈦名義構(gòu)成了滲氮復(fù)合層(蘊(yùn)含Ti-N和TiN相)和氮放散層(氮在鈦中的固溶體)。
圖1 鈦試件名義形貌×2000(a)未滲氮鈦試件(b)滲氮2h后名義形貌
圖2 滲氮層晶粒EDS能譜綜合后果
2.3、滲氮層的顯微硬度
以顯微硬度儀測(cè)量滲氮層硬度,而后從滲氮層名義向鈦基體測(cè)量硬度,載荷為200g,加載15s,測(cè)出距名義相反間隔的顯微硬度散布值。
鈦滲氮前顯微硬度為198HV-240HV,滲氮后為630HV-870HV。等離子體滲氮后,鈦名義顯微硬度顯然普及,這重要是因?yàn)榈訄F(tuán)進(jìn)入鈦基省外部產(chǎn)生固溶強(qiáng)化,同聲氮原子團(tuán)與鈦構(gòu)成氮化物的彌散相,產(chǎn)生彌散強(qiáng)化。從圖5能夠看出,隨著滲氮工夫的延伸,鈦名義的硬度逐步增大,重要起因是隨著滲氮工夫的延伸,滲氮層薄厚逐步增厚。圖6預(yù)示:地鄰滲氮復(fù)合層的鈦基體硬度較高(>800HV),間隔滲氮復(fù)合層越遠(yuǎn),硬度越低。因?yàn)闈B氫復(fù)合層由TiN和Ti2N相組成,氮放散層由氮在α-Ti中的固溶體α-Ti(N)組成,TiN和Ti2N硬度大于氮在α-Ti中的固溶體α-TiN,氮的固溶強(qiáng)化作用使得放散層硬度大于基體純鈦,因此硬度從滲氮層名義到鈦基體逐步減小。
圖3 鈦滲氮4h后斷面形貌SEM×500 圖4 鈦等離子體滲氮2h后的X線衍射圖
圖5 鈦名義顯微硬度與滲氮工夫的關(guān)系 圖6 鈦滲氮4h后斷面的硬度散布
2.4、耐磨損性能
在MM200型磨損試驗(yàn)機(jī)上繼續(xù)滑行附著磨損嘗試。磨球?yàn)镾iC球,直徑5mm,滑行間隔為141m,載荷別離為10N,20N,30N和40N,滑行進(jìn)度為718cm·s-1。耐磨性能的評(píng)定采納稱重法,以試件在磨損嘗試前后的分量之差來(lái)示意耐磨性能,磨損量采納高精度綜合天平稱量。
圖7 相反載荷下的磨損量 圖8 鈦等離子體滲氮后陽(yáng)極極化曲線
鈦試件等離子體氮化后,在10N,20N,30N和40N載荷下,磨損量均顯著低于純鈦,見(jiàn)圖7。純鈦鑄件等離子體滲氮后,名義構(gòu)成滲氮復(fù)合層,硬度普及,且滲氮層與鈦基體的聯(lián)合強(qiáng)度較高,因此抗磨損性能顯著普及。
2.5、耐侵蝕性
在PAR273A電化學(xué)探測(cè)儀中繼續(xù)侵蝕試驗(yàn),試樣浸沒(méi)于盛有500mL人工唾沫的玻璃電解池中,試樣裸露面積為0.25cm2,電解池放入37℃候溫水浴箱中。參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑電極,作業(yè)電極為鈦試樣。率先將試樣浸泡于人工唾沫中24h,使其達(dá)成穩(wěn)固狀態(tài)。而后開(kāi)啟恒電位儀,設(shè)置初始電位-500mV,終止電位2000mV,掃描進(jìn)度為1mV·s-1。
經(jīng)過(guò)陽(yáng)極極化嘗試鉆研滲氮鈦試件在人工唾沫中的電化學(xué)行止,來(lái)綜合其在口腔條件下的耐侵蝕性。從陽(yáng)極極化曲線圖8能夠看出,鈦名義等離子體滲氮后,侵蝕電位普及,陽(yáng)極直流電Icorr升高,極化電阻增大,同氮化前相比,耐侵蝕性顯然普及,重要起因是鈦名義生成的勻稱致密的氮化層含有一大批氮化鈦相,而氮化鈦存在良好的耐侵蝕性。隨著滲氮工夫的延伸,鈦名義的氮化層逐步增厚,因此耐侵蝕性逐步普及。3、論斷
純鈦鑄件名義等離子體氮化后,名義呈淺黃色,重要有TiN相、Ti-N相以及氮在鈦中的固溶體α-Ti(N),顯微硬度與耐磨性均顯著普及,在人工唾沫中的耐侵蝕性亦顯然普及,且耐磨性、耐侵蝕性隨著滲氮工夫的增多逐步加強(qiáng)。因而,義齒鈦支架通過(guò)輝光等離子體氮化,可改良其名義性能,普及運(yùn)用壽數(shù)。
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