Ti6A17Nb和Ti6A14V醫(yī)用鈦合金的熱氧化對比研究.pdf

1、本文對Ti6Al7Nb(TAN)和Ti6AL4V(TAV)兩種鈦合金的熱氧化行為進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，通過不同的熱氧化條件，對比兩種鈦合金在空氣氣氛下表面氧化層的生長規(guī)律和性質(zhì)。采用金相顯微鏡、X射線衍射法以及維氏硬度計等測試和分析手段對合金的氧化層的厚度、致密度、相組成和表面硬化效果進(jìn)行表征。利用XPS表面測試方法對合金氧化層最外層(1—5nm)的化學(xué)組分和合金元素的價態(tài)進(jìn)行分析，探討氧化層的形成機理及合金添加元素對氧化層的重要影響。

2、r>　　 研究表明，熱氧化的溫度和時間對氧化層的厚度和致密度有重要影響。通常隨溫度的升高和時間的延長，氧化層的厚度增加但致密度下降。從氧化增重曲線可知，相同條件Ti6Al7Nb表面形成的氧化層更薄，致密度更好，與基體的結(jié)合力更強。在800℃及以下溫度氧化時，Ti6Al7Nb遵循拋物線氧化動力學(xué)規(guī)律，而Ti6Al4V在700℃氧化超過36h時其表面氧化速率由直線氧化動力學(xué)規(guī)律主導(dǎo)。
　　 表面硬度測試表明，表面硬度值隨加載載荷增

3、加而下降，氧化層對合金有明顯的硬化效應(yīng)，硬化效果隨著氧化溫度的升高和氧化時間的延長而明顯增強。Ti6Al4V表面硬化效果略強于Ti6Al7Nb，但是900℃氧化時，Ti6Al4V合金的表面硬度反而有所下降，二者的表面硬度最大值都是在600℃氧化72h時獲得。
　　 通過XRD對1h氧化的合金氧化層的相組成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩種合金的表面氧化層主要是由金紅石型TiO2組成，不同的是Ti6Al4V合金在600℃氧化時表面出現(xiàn)了銳鈦礦型T

4、iO2，而在900℃氧化時則出現(xiàn)了Al2O3相。兩種合金在800℃氧化24h時，Al2O3均出現(xiàn)在氧化層中，隨著氧化溫度的提高和氧化時間的延長，兩種合金的氧化層都由金紅石型TiO2和Al2O3兩相組成。
　　 XPS對外層氧化層(1～5nm)分析表明，Ti、Al、Nb均是以最高價態(tài)存在，V除了最高價態(tài)外還有4價V(穩(wěn)態(tài))出現(xiàn)。另外Al元素由于擁有最低的氧化還原電勢，具有優(yōu)先氧化性，并主要覆蓋在氧化層的最外層。Nb元素有降低氧化層