研究目的
通过在Ti-6Al-4V合金基体上利用高压扭转(HPT)加工实现应变诱导β相溶解以获得单α相微观结构,从而制备出具有更高结合强度和耐腐蚀性的均匀阳极氧化TiO2纳米管(TNT)层。
研究成果
HPT加工技术通过细化晶粒尺寸、提高位错密度以及溶解β相,能够在Ti–6Al–4V合金表面制备均匀的纳米管层(TNT)。与传统工艺基体上生长的非均匀层相比,这些均匀TNT层展现出显著提升的结合强度和耐腐蚀性能,使其在生物医学植入物应用中极具前景。
研究不足
该研究聚焦于Ti–6Al–4V合金,未经进一步探究可能不直接适用于其他钛合金。虽已评估高压扭转处理样品三年后的长期稳定性,但仍需开展更多体内或长期生物医学性能测试。增强粘附强度的确切机制有待更深入的研究。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用高压扭转(HPT)工艺细化Ti-6Al-4V合金微观结构,继而通过电化学阳极氧化制备TNT层。选择HPT因其能引发剧烈塑性变形,实现晶粒细化和相溶解。阳极氧化在不同条件下进行以获得不同形貌的TNT(一步法纳米多孔、一步法纳米管状、两步法纳米多孔)。
2:样品选择与数据来源:
以Ti-6Al-4V ELI圆盘为基体,样品标记为Ti-64(HPT处理前)和Ti-64-UFG(HPT处理10转后)。数据来自微观结构分析、电化学测试及力学测试。
3:实验设备与材料清单:
设备包括HPT装置、电源(IT6123B)、扫描电镜(Zeiss Supra55)、电子背散射衍射(牛津EBSD分析仪)、透射电镜(Tecnai G2 F20 S-TWIN)、X射线衍射仪(D8 ADVANCE)、电化学工作站(CHI660D)及纳米划痕仪(Keysight Nano Indenter G200)。材料包含Ti-6Al-4V合金、含NH4F和H2O的甘油电解液、Hank's溶液及多种抛光材料。
4:5)、电子背散射衍射(牛津EBSD分析仪)、透射电镜(Tecnai G2 F20 S-TWIN)、X射线衍射仪(D8 ADVANCE)、电化学工作站(CHI660D)及纳米划痕仪(Keysight Nano Indenter G200)。材料包含Ti-6Al-4V合金、含NH4F和H2O的甘油电解液、Hank's溶液及多种抛光材料。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:HPT在室温下以3.0 GPa压力、1 rpm转速处理1/4/10转。阳极氧化在双电极池中采用特定电解液和电压进行。阳极氧化后通过SEM、EBSD、TEM、XRD、电化学测试(动电位极化与EIS)及纳米划痕测试表征样品。
5:0 GPa压力、1 rpm转速处理1/4/10转。阳极氧化在双电极池中采用特定电解液和电压进行。阳极氧化后通过SEM、EBSD、TEM、XRD、电化学测试(动电位极化与EIS)及纳米划痕测试表征样品。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:微观结构数据使用Nano Measurer、ImageJ及Maud软件(XRD分析)处理;电化学数据经计算获取腐蚀电流密度与阻抗值;纳米划痕数据通过临界载荷测量评估结合强度。
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SEM
Supra55
Zeiss
Used for observing the morphology of Ti alloy substrates and TNT layers.
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Electrochemical Workstation
CHI660D
CH Instruments, Inc.
Used for electrochemical tests including potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy.
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Nano Indenter
G200
Keysight
Used for nanoscratch tests to measure adhesion strength of TNT layers.
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Power Supply
IT6123B
Used for applying constant direct-current voltage during anodization.
暂无现货
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EBSD Analyzer
Oxford
Used for electron backscatter diffraction analysis to determine grain orientation and size.
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TEM
Tecnai G2 F20 S-TWIN
Used for transmission electron microscopy to observe microstructures at high resolution.
暂无现货
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XRD Diffractometer
D8 ADVANCE
Used for X-ray diffraction analysis to identify phases and measure microstrain.
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