(TiZrNbTa) 90 Mo 10 高熵合金的腐蝕與磨損行為
發(fā)布時間：2020-12-15 16:50
高熵合金（High-entropy alloy,HEA）在化學(xué)成分上具有多組元及等原子比的特點,為在前所未知的成分空間探索發(fā)現(xiàn)性能優(yōu)異的新型合金提供了機遇。同時,這類合金是否存在不同于傳統(tǒng)合金的力學(xué)和使役行為也亟待了解。由難熔金屬構(gòu)成的體心立方結(jié)構(gòu)（TiZrNbTa）90Mo10高熵合金具有高強度、高硬度等優(yōu)異的力學(xué)性能,且組成元素具有良好的生物相容性,可望在生物醫(yī)用領(lǐng)域得到應(yīng)用,亟待了解其在人體生理環(huán)境下的腐蝕和作為人工假體材料的摩擦磨損行為。本工作采用電化學(xué)、XPS表面分析和“球-板”式往復(fù)滑動摩擦等方法,研究了電弧熔煉態(tài)（TiZrNbTa）90Mo10合金在模擬生理介質(zhì)中的電化學(xué)行為、鈍化膜的化學(xué)組成,以及該合金與幾種陶瓷材料組成摩擦副的干摩擦磨損行為。主要發(fā)現(xiàn)與結(jié)論如下:（一）在模擬生理環(huán)境的Ringer’s溶液中,（TiZrNbTa）90Mo10合金的電化學(xué)響應(yīng)顯示,隨著溶液pH值的降低,開路電位向電位更正的方向移動。當(dāng)溶液酸度增加到pH=1時,極化電阻（Rp）和腐蝕電流密度（icorr）均表明鈍化膜的保護性明顯下降。盡管如此,icorr仍可保持在10-2μA·cm-2數(shù)量級...
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：130 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２?（Ａ）固定良好的右側(cè)髖關(guān)節(jié)假體，（Ｂ）同一患者體內(nèi)出現(xiàn)無菌性松動的左側(cè)人工??關(guān)節(jié)，（Ｃ）手術(shù)中測定ｐＨ值的位置Ｍ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?（Ａ）?Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｗｅｌｌ－ｆｉｘｅｄ?ｔｏｔａｌ?ｈｉｐ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｒｉｇｈｔ?ｓｉｄｅ，?（Ｂ）?ｈｉｐ??
植入體進入進入人體的??Ｓ?？?Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ??？ｎ?—？?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?／??／ｐａｓ?—一ｒ￣＾Ｎｉ，?Ｍｏ，?Ｃｕ?／??ｔ?Ｃ（??Ｓ?Ａｃｔｉｖｅ?／?Ｎｉ?＼?Ｐａｓｓｉｖｅ?／ｔｒａｎｓ：??Ｉ?／＾＼?｜??’ｐ?Ｌ?１?｜?５ｉ＜２％￣￣Ｊ??Ｉ?Ｃｒ＾－ｉ?Ｔ?Ｍ〇－＜?｜－＾Ｓｉ＞２％??▲?？?＾Ｃｒ．Ｎｉ．Ｗ．Ｔｉ?ｙ?士?＾??Ｅｒ?＾ｐａｓ?［ａｃｔ??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?Ｅ??圖１．３典型可鈍化金屬材料陽極極化曲線示意圖Ｐｉ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｎｏｄｉｃ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｆｏｒ?ｐａｓｓｉｖｅ?ｍｅｔａｌｌｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌ１?１??１．３．２．２局部腐蝕??生物醫(yī)用金屬材料的局部腐蝕是指在植入體表面某些局部區(qū)域的陽極溶??解速率遠大于其余表面區(qū)域的陽極溶解速率，其發(fā)生的必要條件有兩個，一是局??部區(qū)域的陰陽極電流密度不同，二是腐蝕過程本身的影響加劇植入體表面不同部??位的陽極溶解速率差異，即產(chǎn)生自催化效應(yīng)。常見的植入體局部腐蝕包括縫隙腐??蝕和點蝕剛。??在目前大量采用的模塊化人工關(guān)節(jié)中，各模塊之間可能會成為縫隙腐蝕的發(fā)??生處７７１。如Ｗａｎｇ等Ｗ分析了?Ｚｉｍｍｅｒ公司的Ｒｅｖｉｔａｎ髖關(guān)節(jié)假體失效行為，??該假體股骨柄由三部分組成，其中近端柄和遠端柄由Ｔｉ６Ａ１７Ｎｂ合金組成，中間??連接部分為ＣｏＣｒＭｏ合金，在２００８至２０１２年進行的２１４例該類型假體手術(shù)中，??隨后的四年內(nèi)發(fā)生３例斷裂，且其中兩例均在ＣｏＣｒＭｏ合金連接處發(fā)生，
?第一章緒論???（ａ）％，?＾９??１?－＾?／？??圖１．４?（ａ）回收的失效Ｒｅｖｉｔａｎ關(guān)節(jié)假體照片，（ｂ）模塊化股骨柄連接處縫隙與裂紋的??髙分辨照片１７８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?（ａ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ?ｆｒａｃｔｕｒｅｄ?Ｒｅｖｉｔａｎ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ，?（ｂ）?ｈｉｇｈ－??ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｒｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｃｒａｃｋ?ａｔ?ｔｈｅ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｏｄｕｌａｒ?ｆｅｍｏｒａｌ?ｓｔｅｍ?＾??在生理環(huán)境中，在模塊式股骨柄連接處形成縫隙之后，縫隙內(nèi)外的氧濃度隨??著電化學(xué)過程的進行產(chǎn)生差異，縫隙內(nèi)成為貧氧區(qū)，縫隙外為富氧區(qū)［６（）］。進而使??得縫隙內(nèi)部成為陽極反應(yīng)主導(dǎo)的區(qū)域，縫隙外部則成為陰極反應(yīng)區(qū)域�？p隙內(nèi)部??陽離子的聚集一方面使得氯離子等陰離子向縫隙內(nèi)擴散以滿足陰陽離子平衡，另??一方面陽離子的水解使得縫隙內(nèi)的氫離子濃度越來越高，即ｐＨ值上升，這就使??得縫隙內(nèi)的鈍化條件進一步惡化。這二者共同的結(jié)果是使得縫隙內(nèi)部植入體表面??的鈍化膜保護性下降，也就意味著縫隙內(nèi)外的金屬植入體陽極極化曲線形狀產(chǎn)生??了不同，而由于相接觸的植入體各部分處于相同的電位下，所以產(chǎn)生了陽極溶解??電流密度的差異，縫隙內(nèi)部腐蝕速率加快且由于自催化效應(yīng)，這種差異逐漸擴大。??最終，縫隙內(nèi)的加速腐蝕一方面會提高生理環(huán)境中的金屬離子濃度，另一方面也??成為植入體提前失效的根源。??點蝕又稱小孔腐蝕，在鈍化的植入體表面，同時發(fā)生著鈍化膜的增厚和鈍化??膜的陽極溶解，且在不同區(qū)域內(nèi)腐蝕電流密度存在起伏漲落，這種漲落會使得在??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Adhesive wear mechanisms uncovered by atomistic simulations[J]. Jean-Fran?ois MOLINARI,Ramin AGHABABAEI,Tobias BRINK,Lucas FRéROT,Enrico MILANESE. Friction. 2018(03)
[2]Effect of Niobium on Microstructure and Properties of the CoCrFeNb_xNi High Entropy Alloys[J]. Hui Jiang,Li Jiang,Dongxu Qiao,Yiping Lu,Tongmin Wang,Zhiqiang Cao,Tingju Li. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[3]新型人工關(guān)節(jié)仿生潤滑系統(tǒng)設(shè)計及滑液摩擦學(xué)特性研究[J]. 張建華,陶德華,付尚發(fā),李健,趙源. 摩擦學(xué)學(xué)報. 2003(06)
博士論文
[1]不同全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)微創(chuàng)入路中髖周圍重要肌群損傷實驗研究[D]. 王汀.重慶醫(yī)科大學(xué) 2019
[2]中國大陸地區(qū)股骨頭壞死病因?qū)W調(diào)查及危險因素初步分析[D]. 崔立強.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 2014
[3]國人髖關(guān)節(jié)解剖與行為學(xué)特性研究及在人工關(guān)節(jié)設(shè)計中的應(yīng)用[D]. 周海.上海交通大學(xué) 2014
本文編號：2918577
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：130 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２?（Ａ）固定良好的右側(cè)髖關(guān)節(jié)假體，（Ｂ）同一患者體內(nèi)出現(xiàn)無菌性松動的左側(cè)人工??關(guān)節(jié)，（Ｃ）手術(shù)中測定ｐＨ值的位置Ｍ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?（Ａ）?Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｗｅｌｌ－ｆｉｘｅｄ?ｔｏｔａｌ?ｈｉｐ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｒｉｇｈｔ?ｓｉｄｅ，?（Ｂ）?ｈｉｐ??
植入體進入進入人體的??Ｓ?？?Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ??？ｎ?—？?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?／??／ｐａｓ?—一ｒ￣＾Ｎｉ，?Ｍｏ，?Ｃｕ?／??ｔ?Ｃ（??Ｓ?Ａｃｔｉｖｅ?／?Ｎｉ?＼?Ｐａｓｓｉｖｅ?／ｔｒａｎｓ：??Ｉ?／＾＼?｜??’ｐ?Ｌ?１?｜?５ｉ＜２％￣￣Ｊ??Ｉ?Ｃｒ＾－ｉ?Ｔ?Ｍ〇－＜?｜－＾Ｓｉ＞２％??▲?？?＾Ｃｒ．Ｎｉ．Ｗ．Ｔｉ?ｙ?士?＾??Ｅｒ?＾ｐａｓ?［ａｃｔ??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?Ｅ??圖１．３典型可鈍化金屬材料陽極極化曲線示意圖Ｐｉ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｎｏｄｉｃ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｆｏｒ?ｐａｓｓｉｖｅ?ｍｅｔａｌｌｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌ１?１??１．３．２．２局部腐蝕??生物醫(yī)用金屬材料的局部腐蝕是指在植入體表面某些局部區(qū)域的陽極溶??解速率遠大于其余表面區(qū)域的陽極溶解速率，其發(fā)生的必要條件有兩個，一是局??部區(qū)域的陰陽極電流密度不同，二是腐蝕過程本身的影響加劇植入體表面不同部??位的陽極溶解速率差異，即產(chǎn)生自催化效應(yīng)。常見的植入體局部腐蝕包括縫隙腐??蝕和點蝕剛。??在目前大量采用的模塊化人工關(guān)節(jié)中，各模塊之間可能會成為縫隙腐蝕的發(fā)??生處７７１。如Ｗａｎｇ等Ｗ分析了?Ｚｉｍｍｅｒ公司的Ｒｅｖｉｔａｎ髖關(guān)節(jié)假體失效行為，??該假體股骨柄由三部分組成，其中近端柄和遠端柄由Ｔｉ６Ａ１７Ｎｂ合金組成，中間??連接部分為ＣｏＣｒＭｏ合金，在２００８至２０１２年進行的２１４例該類型假體手術(shù)中，??隨后的四年內(nèi)發(fā)生３例斷裂，且其中兩例均在ＣｏＣｒＭｏ合金連接處發(fā)生，
?第一章緒論???（ａ）％，?＾９??１?－＾?／？??圖１．４?（ａ）回收的失效Ｒｅｖｉｔａｎ關(guān)節(jié)假體照片，（ｂ）模塊化股骨柄連接處縫隙與裂紋的??髙分辨照片１７８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?（ａ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ?ｆｒａｃｔｕｒｅｄ?Ｒｅｖｉｔａｎ?ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ，?（ｂ）?ｈｉｇｈ－??ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｒｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｃｒａｃｋ?ａｔ?ｔｈｅ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｏｄｕｌａｒ?ｆｅｍｏｒａｌ?ｓｔｅｍ?＾??在生理環(huán)境中，在模塊式股骨柄連接處形成縫隙之后，縫隙內(nèi)外的氧濃度隨??著電化學(xué)過程的進行產(chǎn)生差異，縫隙內(nèi)成為貧氧區(qū)，縫隙外為富氧區(qū)［６（）］。進而使??得縫隙內(nèi)部成為陽極反應(yīng)主導(dǎo)的區(qū)域，縫隙外部則成為陰極反應(yīng)區(qū)域�？p隙內(nèi)部??陽離子的聚集一方面使得氯離子等陰離子向縫隙內(nèi)擴散以滿足陰陽離子平衡，另??一方面陽離子的水解使得縫隙內(nèi)的氫離子濃度越來越高，即ｐＨ值上升，這就使??得縫隙內(nèi)的鈍化條件進一步惡化。這二者共同的結(jié)果是使得縫隙內(nèi)部植入體表面??的鈍化膜保護性下降，也就意味著縫隙內(nèi)外的金屬植入體陽極極化曲線形狀產(chǎn)生??了不同，而由于相接觸的植入體各部分處于相同的電位下，所以產(chǎn)生了陽極溶解??電流密度的差異，縫隙內(nèi)部腐蝕速率加快且由于自催化效應(yīng)，這種差異逐漸擴大。??最終，縫隙內(nèi)的加速腐蝕一方面會提高生理環(huán)境中的金屬離子濃度，另一方面也??成為植入體提前失效的根源。??點蝕又稱小孔腐蝕，在鈍化的植入體表面，同時發(fā)生著鈍化膜的增厚和鈍化??膜的陽極溶解，且在不同區(qū)域內(nèi)腐蝕電流密度存在起伏漲落，這種漲落會使得在??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Adhesive wear mechanisms uncovered by atomistic simulations[J]. Jean-Fran?ois MOLINARI,Ramin AGHABABAEI,Tobias BRINK,Lucas FRéROT,Enrico MILANESE. Friction. 2018(03)
[2]Effect of Niobium on Microstructure and Properties of the CoCrFeNb_xNi High Entropy Alloys[J]. Hui Jiang,Li Jiang,Dongxu Qiao,Yiping Lu,Tongmin Wang,Zhiqiang Cao,Tingju Li. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[3]新型人工關(guān)節(jié)仿生潤滑系統(tǒng)設(shè)計及滑液摩擦學(xué)特性研究[J]. 張建華,陶德華,付尚發(fā),李健,趙源. 摩擦學(xué)學(xué)報. 2003(06)
博士論文
[1]不同全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)微創(chuàng)入路中髖周圍重要肌群損傷實驗研究[D]. 王汀.重慶醫(yī)科大學(xué) 2019
[2]中國大陸地區(qū)股骨頭壞死病因?qū)W調(diào)查及危險因素初步分析[D]. 崔立強.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 2014
[3]國人髖關(guān)節(jié)解剖與行為學(xué)特性研究及在人工關(guān)節(jié)設(shè)計中的應(yīng)用[D]. 周海.上海交通大學(xué) 2014
本文編號：2918577
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