FSP制備醫(yī)用鈦合金表面載銀層組織和性能的研究.pdf

1、本文采用攪拌摩擦加工技術(shù)（Friction Stir Processing）成功制備了TC4（Ti-6Al-4V）表面載銀抗菌層，通過光學(xué)顯微鏡，掃描電鏡（SEM），透射電鏡（TEM）研究載銀層銀顆粒分布，形貌等顯微組織特點(diǎn)，采用顯微硬度，納米壓痕等測試手段，研究了載銀層的彈性模量，硬度等表面力學(xué)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了攪拌摩擦加工（FSP）對(duì)載銀層組織及表面力學(xué)性能的影響，并著重分析和討論了銀顆粒在攪拌區(qū)的形成機(jī)制和強(qiáng)化機(jī)理，最后通過生物

2、實(shí)驗(yàn)測試了試樣的抗菌性和細(xì)胞毒性。
　　顯微組織觀察結(jié)果可以表明，轉(zhuǎn)速從300rpm提高到375rpm時(shí)，材料組織和銀分布狀態(tài)區(qū)別不大，槽深度變化對(duì)組織的影響比較明顯，可能是因?yàn)楦邔?dǎo)熱性的銀能增加熱輸出的原因。槽深為1mm時(shí)，攪拌區(qū)組織為完全的β相轉(zhuǎn)變組織。槽深為2mm，攪拌區(qū)組織為等軸α晶粒，夾有部分α/β層狀組織。宏觀上來觀察，銀在只在攪拌區(qū)靠近表面處呈帶狀分布，有比較嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，含銀層厚度能達(dá)到500μm以上。當(dāng)在高倍電

3、鏡下觀察局部區(qū)域時(shí)，能夠看到銀顆粒均勻的分布于母材基體，并且部分顆粒有沿晶界或相界分布的現(xiàn)象。電鏡下觀察到不同深度處由于變形情況不同，銀的形貌也有所不同：在離表面70μm內(nèi)，只發(fā)現(xiàn)納米銀的存在，這是由于此處是與軸肩直接作用的地方，塑性變形最為劇烈，存在機(jī)械納米晶化；70μm-700μm內(nèi)則沒有發(fā)現(xiàn)納米晶存在，則是以納米銀顆粒為主，銀顆粒與基體界面清晰，屬于共格或半共格的連接。由于復(fù)雜的塑性流動(dòng)，還存在著晶界上團(tuán)聚納米銀被擠壓成帶狀，β-

4、Ti中過飽和固溶析出形成的針狀等。700μm以后則沒有觀察到銀的存在。
　　載銀層力學(xué)性能測試和生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過FSP在TC4表面摻入銀后表層硬度均有所提高，尤其是對(duì)于375-2(375rpm,2mm槽深)銀含量高，表面團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重的情況下，硬度的提升幅度遠(yuǎn)大于375-1（375rpm，1mm槽深）。在納米壓痕測試結(jié)果中，大量銀顆粒均勻分布的情況下，能夠提高基體硬度，而對(duì)于模量的影響較小。試樣表面摻入銀后，殺菌效果明顯。但是