论文部分内容阅读
本文采用等离子体基离子注入方法在Ti6Al4V合金表面进行氮氟离子复合注入改性研究。系统地研究了不同参数对Ti6Al4V合金氮/氟离子复合注入层的表面结构、抗氧化和耐腐蚀性能、硬度、摩擦磨损性能以及生物相容性的影响。利用原子力显微镜（AFM）观察了改性层的表面粗糙度和形貌；X-ray光电子能谱（XPS）分析改性层表面成分和结构；利用恒电位仪研究样品在生理盐水中的电化学腐蚀行为；力学显微探针测量硬度和弹性模量，测量磨痕轮廓；采用球盘式摩擦磨损实验仪测试摩擦性能；利用扫描电子显微镜（SEM）分析氧化层形貌、腐蚀形貌、模拟体液浸泡形貌、磨痕形貌；EDS能谱分析氧化层元素含量、经模拟体液浸泡后的表面沉积物元素等。研究结果表明，样品表面粗糙度较低，粗糙度呈非单调性变化。氮氟复合注入样品表面以钛（Ti）、氧（O）、碳（C）、氮（N）和氟（F）元素为主，其成分为TiO2、TiF3、TiF4、TiN、CN和N-N键结合以及Al2O3。改性样品氧化裂纹均较基体短、浅，集中在表层，没有像基体一样深入内部的裂纹。氮氟复合注入改性样品的腐蚀电位较基体降低，腐蚀电流较基体升高，当注氟偏压与注氮偏压相等时耐蚀性能下降较轻微，改性样品均沿晶界腐蚀。氮氟复合注入和单一注氟样品表面沉积物质分布均匀，其钙磷比值接近羟基磷灰石，比基体和单一注氮样品生物相容性明显改善，注氟偏压高于注氮偏压的样品生物相容性相对较差。氮氟复合注入样品弹性模量较基体、单一注氟、单一注氮样品升高。注氟偏压大于或等于注氮偏压的复合注入样品硬度值较基体和单一注氮样品降低，注氟偏压低于注氮偏压的样品硬度值较基体升高。单一注氮样品硬度较基体显著升高但弹性模量降低，单一注氟样品的硬度和弹性模量都比基体降低。氮氟复合注入和单一注氮样品摩擦系数和磨损体积都较基体下降，耐磨性改善，而单一注氟样品摩擦系数较基体升高。未处理基体试样的磨损方式是以粘着和氧化磨损为主，改性样品以磨粒磨损为主，同时伴随着氧化磨损，磨痕形貌中出现分散的磨屑颗粒，滑动时间100s时均没有基体的较严重的粘着和凸起，500s时伴随着磨屑和犁沟形貌。