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采用模具挤压成型的方法制备了氧化锌晶须填充尼龙1010复合材料,使用纳米力学测试系统测试了不同含量氧化锌晶须复合材料的硬度和弹性模量,在UMT试验机上考察了复合材料的摩擦磨损性能,然后对磨损表面进行了SEM观察.结果表明:复合材料的硬度和弹性模量随氧化锌晶须含量的增加而增大;ZnOw在保持尼龙1010摩擦性能的同时,可使其耐磨性能提高60%左右.纯尼龙的主要磨损机制为粘着磨损和熔融,填充ZnOw后复合材料的磨损机制转变为疲劳剥层.

关键词: 尼龙1010 , ZnO晶须 , 摩擦磨损 , 磨损机理

医用316L不锈钢表面改性的研究进展

孙建华 , 刘金龙 , 王庆良 , 吴高峰

材料导报

316L不锈钢作为生物医用材料在近20年内被广泛应用在矫形外科植入物、牙种植体和冠状动脉支架等领域.分析了目前医用316L不锈钢在临床应用中存在的主要问题.指出生物相客性、耐腐蚀性和耐磨损性有待提高和表面改性是改善上述问题的有效途径.综述了医用316L不锈钢表面改性的各种途径及研究成果,并展望了316L不锈钢表面改性的研究趋势.

关键词: 316L不锈钢 , 表面改性 , 生物相容性

316L不锈钢表面沉积类金刚石膜的拉曼光谱分析及润湿性研究

孙建华 , 刘金龙 , 王庆良 , 吴高峰

表面技术 doi:10.3969/j.issn.1001-3660.2011.02.017

采用等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法,在316L不锈钢基体表面以不同的沉积气压和射频功率制备出类金刚石(DLC)薄膜.拉曼光谱分析结果表明:所沉积的DLC膜具有典型的类金刚石膜结构,薄膜中sp#键含量随工艺参数的不同而不同,射频功率100 W时,sp#键含量随沉积气压增高而降低.接触角测试结果表明:DLC膜沉积后,316L不锈钢表面与生理盐水和去离子水的接触角均变大,润湿性降低.

关键词: 316L不锈钢 , 类金刚石膜 , 拉曼光谱 , 润湿性

类金刚石薄膜改性钛合金的扭动摩擦磨损特性

许林敏 , 张德坤 , 陈凯 , 杨雪晖 , 王庆良 , 亓健伟

中国表面工程 doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2010.04.009

以Ti6Al4V合金、类金刚石薄膜(DLC膜)改性Ti6Al4V合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副,模拟颈椎间盘的轴向旋转运动,并在改装后的多自由度磨损试验机上进行扭动摩擦试验.结果表明:随着循环周次的增加,两对摩擦副均呈现出摩擦扭转力矩、摩擦耗散能、磨损量相应增大的趋势.与Ti6Al4V合金相比,DLC薄膜改性后的Ti6Al4V合金摩擦副接触界面间摩擦扭转力矩降低了51.6％、摩擦耗散能降低了48％,进入完全滑移状态的时间缩短,具有更好的耐磨性.Ti6Al4V合金的磨损机制表现为严重的磨粒磨损,经DLC薄膜改性后的钛合金的磨损形式以应力集中产生的脆性剥落为主.DLC薄膜增大了对磨副UHMWPE的磨损,UHMWPE的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损综合作用的结果.

关键词: Ti6Al4V合金 , DLC薄膜 , 扭动 , 磨损机理

钛合金表面微弧氧化/水热处理复合陶瓷层的性能研究

史兴岭 , 王庆良 , 葛世荣

表面技术 doi:10.3969/j.issn.1001-3660.2007.06.006

对微弧氧化后的Ti6Al4V合金表面进行了水热处理,对处理后涂层的成分、形貌及其在Hank's模拟体液中的腐蚀性能进行了研究.试验结果表明:水热处理后,微弧氧化层中以无定形态钙磷酸盐存在的Ca、P元素转化为针状羟基磷灰石,厚度约为5μm,并在微弧氧化膜微孔边缘和底部优先生长.与微弧氧化层相比,水热处理后涂层的粗糙度明显下降,同时显微硬度下降约1/3.电化学腐蚀试验表明:微弧氧化显著改善了钛合金在模拟体液中的耐腐蚀性能;水热处理钛合金自腐蚀电位低于纯钛合金,但当处于人体电位0.4～0.6V(vs.SCE)范围时,微弧氧化/水热处理钛合金的腐蚀电流比纯钛合金低1个数量级.

关键词: 钛合金 , 微弧氧化 , 水热合成 , 羟基磷灰石涂层 , 电化学腐蚀

微弧氧化钛合金的电化学腐蚀行为

黄传辉 , 王庆良 , 史兴岭

稀有金属材料与工程

采用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备了多孔陶瓷层,研究了其在Hank's模拟体液中的电化学腐蚀行为,利用SEM和XRD分析了其表面形貌和物相组成.结果表明,微弧氧化合金的自腐蚀电位升高约0.3 V,提高了TC4钛合金在生物体液环境下的化学稳定性.在钛合金植入体电位范围内,微弧氧化处理可明显提高极化电阻,减少腐蚀电流1～2个数量级.随腐蚀时间的延长,TC4钛合金表面钝化膜逐渐发生腐蚀,而微弧氧化膜浸泡初期HA的形核及生长是电极反应中最活跃部分,2周后表面形成均匀的HA薄膜,表现出良好的抗电化学腐蚀性能.

关键词: 钛合金 , 微弧氧化 , 电化学 , 羟基磷灰石

柠檬酸和EDTA-2Na对钛合金微弧氧化膜性能的影响

史兴岭 , 王庆良 , 孟云君

材料保护

为研究柠檬酸(CA)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对钛合金微弧氧化膜性能的影响,在含有Ca,P元素的溶液中对钛合金进行微弧氧化处理,对添加配位剂前后陶瓷膜的化学成分、微观形貌、润湿性能和显微硬度进行了研究.结果表明,CA和EDTA-2Na均能促进微弧氧化膜中羟基磷灰石的形成,其中CA使氧化膜中Al的比例降低至2.7%;EDTA-2Na则促进CaTiO3的形成,并使氧化膜表面Ca/P原子百分比提高至1.83.加入上述两种配位剂后,微弧氧化膜均能保持良好的润湿性能.虽然加入配位剂后氧化膜的显微硬度有所下降,但仍接近Ti6Al4V合金基体硬度的2倍.

关键词: 微弧氧化 , 钛合金 , 配位剂 , 润湿性 , 显微硬度

PECVD法制备类金刚石薄膜的摩擦学性能

王庆良 , 孙彦敏 , 张磊

材料研究学报

采用射频等离子体增强化学气相沉积法(rf-PECVD),在45钢表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜,借助激光拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM),分析了DLC膜的键结构、表面形貌和结构特征,用原位纳米力学测试系统测定了薄膜的硬度.以GCr15钢为摩擦副材料,用UMT-Ⅱ摩擦磨损实验机考察了不同载荷和滑行速度条件下DLC膜的摩擦膺损性能,并分析了磨损机理.结果表明,在45钢表面沉积的薄膜具有典型的类金刚石薄膜的结构特征,薄膜表面由致密的纳米级颗粒组成,具有较高的硬度.在各种摩擦蘑损实验条件下DLC薄膜表现出良好的抗磨损性能,摩擦系数均明显比45钢的低,尤其在高速低载下摩擦系数低至0.008.

关键词: 材料表面与界面 , 等离子增强化学气相沉积 , 类金刚石膜 , XPS , 摩擦磨损

CHA/UHMWPE复合关节材料的生物摩擦学研究

王庆良 , 张德坤 , 葛世荣

复合材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2008.02.015

采用热压成型工艺制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/珊瑚羟基磷灰石(CHA)复合关节材料,利用人工髋关节模拟磨损试验系统,研究了该类复合材料与CoCrMo合金组合关节在小牛关节液润滑条件下的摩擦磨损性能.实验结果表明,添加CHA能有效提高UHMWPE关节材料的表面硬度,降低其磨损率.当CHA添加量为20 wt%时,可获得表面硬度与抗磨损性能的良好匹配.小牛关节液润滑条件下,UHMWPE及其复合材料的磨损机理主要表现为研磨磨损和疲劳磨损,磨损颗粒尺寸随CHA粉体添加量的增加而增大.

关键词: 超高分子量聚乙烯 , 珊瑚羟基磷灰石 , 复合材料 , 生物摩擦学