基于噴丸強(qiáng)化的生物醫(yī)用鎂合金腐蝕和摩擦學(xué)特性研究.pdf

1、為了解決生物醫(yī)用鎂及鎂合金在生物體內(nèi)腐蝕過快的問題，并且保持良好的生物相容性，本文以醫(yī)用WE43鎂合金為研究對象，以高能噴丸表面處理技術(shù)為強(qiáng)化手段，對噴丸強(qiáng)化前后WE43鎂合金試樣的腐蝕和摩擦磨損行為進(jìn)行了深入的研究。
　　(1)對不同噴丸參數(shù)下強(qiáng)化的試樣進(jìn)行殘余應(yīng)力場數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，彈丸直徑、入射速度對試樣表面的殘余應(yīng)力場分布及等效應(yīng)變的影響最大，彈丸入射角度的影響次之，直徑為0.8mm和1.0mm、入射速度為90m/s、入射

2、角度為90°的試樣表面噴丸效果最優(yōu)。對試樣分別進(jìn)行了60s、90s和120s的噴丸強(qiáng)化處理，試樣表面的微觀組織分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噴丸強(qiáng)化使WE43鎂合金表面產(chǎn)生了約120～150μm的晶粒細(xì)化層，晶粒細(xì)化機(jī)制為孿晶-位錯堆積-亞晶形成-動態(tài)再結(jié)晶。試樣的硬度從處理表面至心部呈梯度分布，表面硬度達(dá)基體硬度的兩倍。殘余壓應(yīng)力測試結(jié)果與數(shù)值模擬分析結(jié)果一致性良好，噴丸強(qiáng)化120s試樣表面的綜合特征良好。
　　(2)對噴丸強(qiáng)化前后的WE43鎂

3、合金試樣分別進(jìn)行了模擬體液（簡稱SBF）浸泡實驗和鹽霧腐蝕實驗，研究了試樣的腐蝕降解行為。腐蝕速率結(jié)果顯示，SBF浸泡中，未噴丸強(qiáng)化試樣的腐蝕速率最大，3組噴丸試樣的腐蝕速率相仿，在腐蝕后期由于強(qiáng)化層逐漸失效導(dǎo)致腐蝕速率上升;鹽霧腐蝕過程中，4組試樣的腐蝕速率相差不大，腐蝕速率逐漸減小直到穩(wěn)定，噴丸強(qiáng)化對試樣耐鹽霧腐蝕性能的提高較小。溶液的PH值變化結(jié)果顯示，噴丸試樣的溶液PH值均小于未噴丸處理試樣的溶液，噴丸強(qiáng)化能夠有效減小試樣在SB

4、F中的腐蝕速率，并且噴丸強(qiáng)化時間越長，強(qiáng)化效果越好。試樣腐蝕后的形貌分析得出，噴丸處理試樣的表面狀態(tài)較未噴丸試樣好，表面均有磷酸鹽的沉積。綜合而言，噴丸強(qiáng)化對WE43鎂合金的SBF浸泡腐蝕性能提高較明顯，耐鹽霧腐蝕性能次之，且噴丸強(qiáng)化120s的試樣耐腐蝕性能最好。
　　(3)分別對噴丸前后的WE43鎂合金試樣進(jìn)行了SBF和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％ NaCl溶液中的電化學(xué)測試，結(jié)果顯示，試樣在兩種電解液中的自腐蝕電位均正移，自腐蝕電流密度

5、均減小，試樣的電化學(xué)腐蝕特性增強(qiáng)。未噴丸試樣的開路電位曲線較噴丸試樣的波動更加劇烈，噴丸試樣能夠有效改善試樣表面的缺陷。但試樣在NaCl溶液中的電化學(xué)曲線均比在SBF中的曲線變化小，試樣在SBF中電化學(xué)行為優(yōu)于NaCl溶液中的試樣。
　　(4)開展了生物醫(yī)用鎂合金的摩擦磨損實驗。在定載荷、定轉(zhuǎn)速的條件下，噴丸處理試樣的干摩擦系數(shù)和磨損量較未噴丸試樣的明顯減小，干摩擦下的磨損機(jī)理為磨粒磨損為主;在SBF潤滑條件下，噴丸120s試樣的

6、潤滑摩擦系數(shù)明顯降低，且所有試樣的質(zhì)量損失均大于干摩擦下的試樣，潤滑條件下試樣表面的磨損是磨粒磨損、腐蝕磨損和剝落磨損共存。對于噴丸120s試樣，定轉(zhuǎn)速、動載荷條件下，鎂合金試樣的干摩擦系數(shù)隨載荷的增加而增加，潤滑摩擦系數(shù)先減小后增加，試樣的潤滑摩擦系數(shù)始終小于干摩擦系數(shù);定載荷、動轉(zhuǎn)速的條件下，鎂合金試樣在低速下的摩擦系數(shù)比高速下的大，這是由于低速下試樣表面的微凸體未被完全磨掉的原因;所有試樣的磨損量隨著載荷和速度的增加而增加，且SB