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目的:
研究不同热氧化温度对Ti-12Zr合金耐腐蚀性能以及表面硬度的影响,观察合金表面氧化膜形貌,分析获得合适加热温度,为Ti-12Zr合金的临床工艺提供参考。
材料和方法:
材料为湖南省稀土金属研究所提供的实验组Ti-12Zr合金(wt.%)和由陕西省宝鸡市庆源有色金属加工厂提供的对照组Ti-6Al-4V合金(wt.%),按照常温组、200℃、400℃、500℃、600℃和800℃随机分为六组,其中每组四个样品,每组在所设定的温度下加热45分钟后随炉冷却至常温。
借助场发射扫描电镜(FESEM)和X射线能谱仪(EDS)分别观察每组样品氧化膜表面形貌和分析主要成分变化,运用数显显微硬度计测定表面氧化层维氏硬度值,以及在ISO/TR10271标准人工唾液中应用CHI660B电化学工作站测定电化学腐蚀的极化曲线,分析得出腐蚀电位(Ecorr)。
通过比较不同温度下各组合金的耐腐蚀性能和表面硬度变化,分析相应氧化膜形貌,得出Ti-12Zr合金具有参考价值的热氧化温度。
结果:
从两组合金表面颜色变化了解到通过热氧化处理可以得到不同厚度的钛合金氧化膜。SEM观察和EDS能谱分析结果显示Ti-12Zr合金在不高于500℃的热处理后表面氧含量缓慢增加,可获得致密均匀的氧化膜,而在600℃和800℃时氧化膜变得疏松,附着性差,稳定性下降,肉眼观察光泽度丧失。
电化学实验中,Ti-12Zr合金的耐腐蚀性能最初随着热氧化温度的增加而逐渐加强,在500℃时腐蚀电位达到最大值,后随着温度的升高腐蚀电位下降,且下降趋势大,耐腐蚀性能降低,比Ti-6AL-4V合金差。高于500℃的热氧化处理对Ti-12Zr合金表面硬度有增强作用(P<0.05),且相同温度下的热处理后Ti-12Zr合金的表面硬度弱于Ti-6Al-4V合金(P<0.05)。
结论:
新型医用Ti-12Zr合金在不高于于500℃的热氧化处理可获得性能优异的氧化膜,在人工唾液中的耐腐蚀性能随温度的增加而加强,强于相同温度处理后的Ti-6Al-4V合金。高于500℃的热氧化处理对Ti-12Zr合金表面硬度有增强作用。推荐500℃为Ti-12Zr合金的临床工艺加热温度。