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文檔簡介
1、鈦在高溫條件下能與周圍環(huán)境的氧、氫、氮等元素發(fā)生反應(yīng),形成結(jié)構(gòu)疏松、與基底結(jié)合強度低的氧化膜,從而降低了鈦與瓷的結(jié)合強度。微弧氧化表面處理方法是一種在基底金屬上原位生長陶瓷化膜的新技術(shù),形成與基底結(jié)合強度高,表層多孔、內(nèi)層致密的氧化膜,同時可通過改變膜內(nèi)的元素成份,形成與瓷層的過渡層,加強鈦與瓷的化學結(jié)合強度和機械結(jié)合強度。 微弧氧化的能量參數(shù)決定了鈦表面的氧化膜的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。本論文將微弧氧化技術(shù)引入鈦瓷結(jié)合界面,觀察鈦表面經(jīng)微
2、弧氧化預(yù)處理后對鈦瓷結(jié)合強度的影響,并且進一步研究了微弧氧化不同能量參數(shù)對鈦瓷結(jié)合強度的影響,以期篩選出適合鈦瓷結(jié)合的最佳的微弧氧化能量參數(shù)。 目的:探討微弧氧化表面處理技術(shù)能否增加鈦瓷結(jié)合強度,并觀察不同微弧氧化處理參數(shù)對氧化膜結(jié)構(gòu)的影響以及對鈦瓷結(jié)合強度的影響,為選擇合適的微弧氧化處理參數(shù)提供實驗依據(jù)。 方法:首先將試驗分為光滑組和噴砂組,然后隨機地抽取兩組中的各一半試件進行微弧氧化處理,電解液由去離子水和Na2Si
3、O3溶液組成,然后對各組鈦試件表面進行瓷粉燒結(jié)。根據(jù)ISO9693標準,采用三點彎曲法對鈦瓷間的結(jié)合強度進行測試,并對鈦瓷結(jié)合界面和瓷剝脫面進行掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)觀察,分析微弧氧化處理鈦表面后對鈦瓷結(jié)合強度影響的機理。 通過改變微弧氧化的占空比和脈沖頻率、電壓和時間等參數(shù),研究不同微弧氧化參數(shù)的組合對鈦表面氧化膜的影響。采用SEM觀察鈦表面氧化膜的形貌,并對不同組別試件進行瓷粉燒結(jié),再用三點彎曲試驗觀察其對鈦
4、瓷結(jié)合強度的影響。最后根據(jù)鈦瓷結(jié)合強度篩選出最佳的微弧氧化的能量參數(shù)。 同時通過界面分析,對不同的參數(shù)對鈦瓷結(jié)合強度的影響機理進行分析。 結(jié)果:經(jīng)噴砂和微弧氧化技術(shù)表面處理后,結(jié)果顯示:微弧氧化處理后的鈦試樣掃描電鏡發(fā)現(xiàn),表面呈粗糙多孔狀,烤瓷后膜層間及膜層與瓷間并沒有明顯的界線,說明瓷層與膜層間有良好的潤濕性和相容性,鈦瓷界面結(jié)合緊密,熔合良好;光滑組鈦瓷界面間可見有約5μm的裂隙;噴砂組的鈦瓷界面只有在局部區(qū)域存在著
5、少量的孔隙。不同表面處理鈦瓷三點彎曲結(jié)合強度測試結(jié)果顯示:微弧氧化處理鈦試樣與瓷熔附后結(jié)合強度高于未經(jīng)處理的鈦試樣,達到1.45倍;同時,經(jīng)噴砂后的鈦試樣與瓷熔附后結(jié)合強度高于光滑處理組,約為1.25倍。 微弧氧化能量參數(shù)的不同,對鈦瓷結(jié)合強度影響的結(jié)果顯示:隨頻率的增加,膜層表面的微孔直徑變小,孔的數(shù)量增多,表面較平整, 膜層厚度增加,鈦瓷結(jié)合強度降低;隨占空比的增加,氧化膜表面分布的微孔直徑無明顯變化,但表面粗糙度增加,鈦瓷
6、結(jié)合強度降低;隨電壓的升高, 鈦試件表面形貌變化較大, 微孔直徑增大, 微孔的數(shù)量減少,表面變得粗糙, 氧化膜的厚度也隨之增加,從5μm左右增加到10μm,鈦與瓷的結(jié)合強度隨電壓增大逐漸降低;隨著微弧氧化時間的延長, 試件表面變化較大, 微孔直徑增大, 微孔數(shù)量明顯減少,表面變得粗糙,氧化層膜的厚度也隨之增加,從5μm左右增加到12μm,鈦與瓷的結(jié)合強度逐漸降低。 結(jié)論:鈦表面微弧氧化處理后可有效地提高鈦瓷的結(jié)合強度,同時表面噴
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