PDF《表面改性对医用奥氏体不锈钢微动磨损性能的影响1》

5 所示.图5示出了一万次微动循环后磨斑的轮廓曲线及磨痕深度, 改性前样品 MU 的磨痕最深,约2.99 ?m.改性后样品的磨痕深度大大降低,MNC430 约为 1.64?m,MC500 和MN430 分别为 1.93 ?m 和2.17 ?m.另外,对比表

1 的结果可以看出, 三种改性样品的最大磨痕深度均远低于其改性层厚度, 改性层未被磨穿, 改性层厚度的差异 对微动磨损的实验结果没有明显影响.结合图

4 的结果可知,三种改性样品中 MNC430 的 耐微动磨损性能最好. 316LVM 500?m MNC430 MN430 MC500 MU 不锈钢球 http://www.paper.edu.cn -

5 - 0.0 0.5 1.0 -5 -4 -3 -2 -1

0 Depth (mm) Displacement (mm) MC500 MN430 MNC430 MU

0 1

2 3 Depth ( ? m)

10000 cycles MU MC500 MNC430 MN430 图5(a) 一万次微动循环后的磨斑轮廓 (b) 316LVM 不锈钢表面改性前后的磨痕深度 3.3 磨斑中心 EDX 能谱图

0 2

4 6

8 10

0 8

16 24

32 40 Cps Ni Ni Ni Fe Fe Fe Cr Cr Cr Energy (kev) MU MC500 MNC430 MN430 O Cl Cr Fe Ni 图6316LVM 不锈钢表面改性前后样品的微动磨斑中心 EDX 能谱图 为了研究表面改性对 316LVM 不锈钢微动腐蚀性能的影响,采用 EDX 分析了改性前后 样品的微动磨斑中心 EDX 能谱图,结果如图

6 所示.可见,改性前样品 MU 的磨斑中增加 了体液中的 O 和Cl 元素,而其他样品的 EDX 能谱图在磨损前后基本相同.由于模拟体液 中的 O 和Cl 均属于强氧化性元素, 它们的存在表明 MU 样品可能在微动磨损过程中发生了 氧化和腐蚀[10] .而改性后样品耐腐蚀性能的增强则源于其表面硬度的显著提高. 综上所述, 低温等离子体表面改性在提高奥氏体不锈钢的硬度和弹性模量的同时, 也改 善了其微动磨损性能. 其原因在于, 在低于450℃和550℃分别对奥氏体不锈钢进行渗氮和渗 碳,即会在表面形成一个单相组织,即扩展奥氏体相 S相 [11] .该相中无氮化物、碳化物沉 淀,为氮、碳的过饱和固溶体,使原来的奥氏体的面心立方晶格(fcc)转变成面心四方晶体结 构(fct),引起奥氏体晶格发生畸变,位错密度增加,进而提高了渗层的硬度和耐磨性能[4] . 在临界温度以下碳离子扩散和热扩散随着注入温度的提高而增强[12] ,导致500℃渗碳形成的 改性层厚度最厚,同时渗层中硬度逐渐降低和分布使其具有更高的承载能力和更好的韧性 [11] .经过低温等离子体表面渗氮后,在表面形成的 氮S相 具有更高的硬度和耐腐蚀性能. 而经过碳氮共渗双重复合处理后, 由于渗层内的最大含氮量位于渗层的外表面, 最大含碳量 位于渗层较深的部位, 因而碳氮共渗后奥氏体不锈钢的表面既有离子渗氮处理的高硬度, 又 有离子渗碳处理后高的渗层厚度和较好的硬度梯度等特点[4] .从本实验结果及以上分析来 看,MNC430具有最佳的耐微动磨损性能. http://www.paper.edu.cn -

6 - 4. 结论 低温等离子体表面改性在提高奥氏体不锈钢的硬度和弹性模量的同时, 也大大改善了其 微动腐蚀磨损性能.在这三种改性方法中,430°C渗氮与430°C碳氮共渗的摩擦学性能相似. 尽管500°C渗碳样品的摩擦系数最低,但430°C碳氮共渗的耐磨性最好,是医用奥氏体不锈 钢316LVM抗微动磨损性能最优的表面改性工艺.在本项体外研究的基础上,继续综合体内 研究,将有望研制出用于临床应用的表面........