輝光等離子體滲氮對純鈦鑄件名義性能的莫須有
運用NH3在氮化爐中對純鈦鑄件繼續輝光等離子體滲氮。別離利用X線衍射儀XRD、顯微硬度計、掃描電鏡、附著磨損試驗及電化學試驗鉆研等離子體滲氮對純鈦鑄件機械性能、附著學性能、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械力學性能,化學穩固性,極好的生物相容性,已在飛行航天、軍事及生物醫術畛域寬泛利用。純鈦在口腔醫術中重要利用于義齒支架、自動冠、生動橋、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,重要是因為名義有一層穩固而致密的鈍化膜。義齒鈦支架在口腔外行使性能時(如咀嚼靜止),受力負載,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鈍化膜亦有定然的磨損與侵蝕作用。磨損與侵蝕協同作用,招致純鈦名義狀態與構造產生改觀,離子析出,毛糙度增大,病菌黏附增多,涌現失澤與變色,莫須有其外觀與長期運用。
為克服上述問題,對一些名義工事步驟繼續了鉆研,如名義鍍硬質地膜(TiN,DLC),化學熱解決,離子注入等。因為鈦的硬度較低,而硬質地膜與鈦基底硬度差異較大,地膜受力負載時,地膜與基底產生相反的形變,易產生開裂,剝落。地膜與基底的熱收縮系數存在差距,招致地膜外存在熱應力,鍍膜時名義層成長變遷和構造變遷可產生本征應力,熱應力與本征應力獨特組成了地膜的內應力。過高的內應力升高了膜基聯合強度。等離子體滲氮是一種罕用的化學熱解決步驟,存在滲氮進度快,熱效率低等長處,且輝光尖端放電可勻稱遮蓋于作件名義,實用于形態簡單的作件名義解決。純鈦名義滲氮解決后,名義構成了含有TiN的氮化層,滲氮層與基底之間沒有不陸續界面,聯合強度高,普及了純鈦的硬度,耐磨性與耐侵蝕性。
本試驗鉆研齒科純鈦名義繼續輝光等離子體氮化解決后,對其名義硬度、耐磨性、疲勞強度和耐侵蝕性的莫須有,為普及義齒鈦支架的性能和運用壽數提供指點。1、試驗
利用LZ-2型真空壓力離心口腔科鑄鈦機,以正硅酸乙酯和鋯英石內包埋,氧化鐵掛砂,鹽酸鹽外包埋,制作10mm×10mm×3mm的純鈦鑄件。鈦鑄件順次繼續噴砂、機械拋光、鹽酸安非拉酮超聲蕩滌后,在輝光等離子體氮化爐中繼續滲氮解決,設置輝光電壓700V,輝光直流電13A～15A,爐內真空度為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,顯微硬度儀測量硬度,X射線衍射儀綜合滲氮層的相構造,磨擦磨損試驗機評估耐磨性,電化學探測儀綜合耐侵蝕性。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中中的“邊界效應”造成的。名義全體出現灰彩色,是因為在滲氮爐中涌現了碳的凈化。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,見圖3.
2.2、X線衍射綜合
利用XRD儀綜合滲氮層的相構造,見圖4。純鈦鑄件等離子體氮化解決后,名義為多相構造。鈦試件等離子體氮化內中中,氮率先向鈦基體放散構成間隙固溶體α-TiN,從而在鈦名義構成氮放散層。隨著滲氮工夫的延伸,當氮在鈦的晶格間隙達成飽和時,在含氮氣體與鈦基體的界面生成Ti-N相,Ti-N可產生相變,進一步轉化為TiN相。因而,等離子體氮化在鈦名義構成了滲氮復合層(蘊含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
以顯微硬度儀測量滲氮層硬度,而后從滲氮層名義向鈦基體測量硬度,載荷為200g,加載15s,測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,這重要是因為氮原子團進入鈦基省外部產生固溶強化,同聲氮原子團與鈦構成氮化物的彌散相,產生彌散強化。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預示:地鄰滲氮復合層的鈦基體硬度較高(>800HV),間隔滲氮復合層越遠,硬度越低。因為滲氫復合層由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型磨損試驗機上繼續滑行附著磨損嘗試。磨球為SiC球,直徑5mm,滑行間隔為141m,載荷別離為10N,20N,30N和40N,滑行進度為718cm·s-1。耐磨性能的評定采納稱重法,以試件在磨損嘗試前后的分量之差來示意耐磨性能,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,見圖7。純鈦鑄件等離子體滲氮后,名義構成滲氮復合層,硬度普及,且滲氮層與鈦基體的聯合強度較高,因此抗磨損性能顯著普及。
2.5、耐侵蝕性
在PAR273A電化學探測儀中繼續侵蝕試驗,試樣浸沒于盛有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,作業電極為鈦試樣。率先將試樣浸泡于人工唾沫中24h,使其達成穩固狀態。而后開啟恒電位儀,設置初始電位-500mV,終止電位2000mV,掃描進度為1mV·s-1。
經過陽極極化嘗試鉆研滲氮鈦試件在人工唾沫中的電化學行止,來綜合其在口腔條件下的耐侵蝕性。從陽極極化曲線圖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。因而,義齒鈦支架通過輝光等離子體氮化,可改良其名義性能,普及運用壽數。
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