激光直接沉积成形Co--Cr基复合材料的组织结构和性能研究

摘要

随着生活节奏加快，生活压力不断增大，人类的健康水平不断趋近于亚健康状态，一旦人体器官组织产生病变，则会需要修复或者更换。牙齿作为人体最坚硬的器官，往往因为使用不当、护理不周或者意外伤害等因素而以外脱落，而引发健康问题，而人工义齿的市场需求越来越大。近年来，随着激光直接沉积成形技术的飞速发展，利用激光直接沉积成形技术制备人工义齿成为了全球范围内的研究热点之一。因此，激光直接沉积成形医用Co-Cr基复合材料的组织结构与性能研究具有重要的科学研究意义及应用价值。 本研究选择医用CoCrMo、CoNiCrMo合金粉末，通过添加适量的CeO2、ZrO2粉末形成复合合金粉末，利用激光直接沉积成形技术制备Co-Cr基复合材料样品。主要应用OM、SEM、XRD、TEM、显微硬度测试、摩擦磨损实验、电化学实验等分析手段，对实验制备的样品的组织结构、性能及其制备机理进行了系统研究。研究结果表明: (1)在实验激光直接沉积成形参数条件下，在Q235基体上成功制备了CoNiCrMo合金材料和CoCrMo，成形材料内部组织由等轴晶、柱状晶和枝晶组织组成，主要成分为α-Co、ε-Co和Cr23C6，平均硬度分别为519.9HV和594.05HV，磨损量均匀。(2)加入1wt.％CeO2的CoCrMo合金材料的平均硬度为601.5HV，发现晶界及亚晶界富Cr区域沿扫描方向片层排布。(3)实验制备的1wt.％CeO2和1wt.％ZrO2的Co-Cr基复合材料组织由等轴晶、枝晶和柱状晶组成，主要相为α-Co、ε-Co和Cr23C6，硬度为619.3HV，平均磨损量为0.0622g，具有最优的耐磨性能。(4)Co-Cr基复合材料电化学腐蚀的自腐蚀电流密度最小，浸泡于pH=6.8的中性人工模拟唾液中七天，Cr离子的浓度稍高于标准浓度值0.01mg/L，初步证明激光直接成形的Co-Cr基复合材料具有较好的耐腐蚀性能。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2生物材料的分类与应用

1．2．1根据材料生物性能分类

1．2．2根据材料属性分类

1．2．3根据用途分类

1．3义齿材料的种类及研究

1．3．1钴铬合金

1．3．2贵金属合金

1．3．3镍铬合金

1．3．4钛及钛合金

1．3．5复合树脂材料

1．3．6全瓷材料

1．4常用钻铬合金的制作方法

1．5激光直接沉积成形钴铬合金义齿材料的研究现状与发展

1．5．1激光快速成型原理

1．5．2激光快速成形的优缺点

1．5．3钴铬合金激光快速成形的国内外研究现状

1．6本文研究的内容

2．1．1基体材料

2．1．2激光直接沉积成形材料

2．2．1实验设备

2．2．2预处理

2．3检测分析方法

2．3．1显微组织观察

2．3．2 X射线衍射分析

2．3．3显微硬度分析

2．3．4摩擦磨损实验

2．3．5电化学分析

2．3．6唾液浸泡实验

2．3．7拉伸实验

2．3．8 TEM分析

第3章激光直接沉积成形CoNiCrMo合金

3．1激光直接沉积成形样品组织结构分析

3．1．1成形样品金相显微组织

3．1．2成形样品SEM显微组织

3．1．3成形样品能谱分析

3．2激光直接沉积成形样品X射线结构分析

3．3激光直接沉积成形样品显微硬度分析

3．4激光直接沉积成形样品摩擦磨损测试

3．5本章小结

第4章激光直接沉积成形CoCrMo合金

4．1前言

4．2 CoCrMo合金的激光直接沉积成形

4．2．1成形样品组织结构分析

4．2．2 XRD物相分析

4．2．3显微硬度分析

4．2．4摩擦磨损性能分析

4．3稀土氧化物元素对成形CoCrMo合金的影响

4．3．1新型湿法混粉

4．3．2组织结构分析

4．3．3 XRD物相分析

4．3．4显微硬度分析

4．3．5摩擦磨损性能分析

4．4陶瓷颗粒对激光直接沉积成形CoCrMo复合材料的影响

4．4．1组织结构分析

4．4．2 XRD物相分析

4．4．3显微硬度分析

4．4．4摩擦磨损性能分析

4．4．5成形样品的耐蚀性能与分析

4．5本章小结

第5章激光直接沉积成形Co-Cr复合材料

5．1前言

5．2成形复合材料的组织结构分析

5．2．1金相组织分析

5．2．2 SEM显微组织分析

5．2．3能谱分析

5．2．4 XRD物相分析

5．2．5 TEM分析

5．3性能分析

5．3．1显微硬度分析

5．3．2摩擦磨损性能分析

5．3．3拉伸实验及弹性模量分析

5．3．4耐腐蚀性能分析

5．3．5浸泡实验

5．4本章小结

第6章结论

参考文献

致谢