医用钴基合金的组织结构及耐腐蚀性能

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1、摘要Y846090摘要针对近年来钴基合金在人工关节制造中的重新重视，本文按ASTMF75标准及ASTMF562标准分别配制了铸造CoCrMoC合金和两种成分的锻造合金：CoCrMo合金和CoNiCrMo合金。通过光学显微镜观察、X射线衍射和硬度试验研究了不同热处理工艺对合盒显微组织结构的影响；采用电化学阳极极化方法研究了合金在不同组织结构状态下的耐腐蚀性能，以及腐蚀液(模拟体液)成分对合金耐腐蚀性能的影响。研究结果表明，铸造CoCrMoC台金随着固溶温度的升高，枝晶组织逐渐消失，1200℃固溶处理1h后，枝晶组织完全溶解，800℃时

2、效处理发生等温FCC—HCP马氏体相变，24h后基本转变成HCP相。锻造CoCrMo合金和锻造CoNiCrMo合金基体均为奥氏体结构，1000℃再结晶退火O．5h基本完成再结晶，并且随着退火温度升高晶粒逐渐变大。锻造CoCrMo台金热轧试样与热处理试样均为奥氏体与马氏体两相共存状态，时效处理后马氏体进一步增加，而锻造CoNiCrMo合金时效过程中则不会发生马氏体相变。钴基合金典型的阳极极化曲线可分为三个阶段。电位小于O．5V的阳极极化初始阶段为自然钝化区，在这一过程中电流密度变化很小，金属受表面致密钝化膜的保护不易被腐蚀，钝化膜的主

3、要成分是cP+的氧化物和氢氧化物。当电位达到O．5V左右时，电流急剧升高，此时，Cr3+进一步被氧化为cr”，钝化膜开始溶解，金属腐蚀加剧，这一阶段为过钝化阶段。合会在电位达到0．8V左右以后，合金表面会发生H20氧化，这一阶段极化曲线斜率较小，腐蚀趋于稳定。三组合金在NaCI溶液中均为典型的钴基合金阳极极化曲线：在含柠檬酸三钠的盐溶液中也是钴基合金典型的阳极极化曲线，但过钝化电位明显降低，柠檬酸盐的存在降低了合金的耐腐蚀性能；在Hanks’溶液中则存在一个二次钝化阶段，Hanks’溶液中某些离子的存在对合金耐腐蚀性能产生了一定影响

4、。其中，锻造CoCrMo合金在Hanks’．溶液的二次钝化区域最宽，而锻造CoNiCrMo合金的最窄；同时，在三种溶液中的自腐蚀电位都是锻造CoCrMo合金最高，锻造CoNiCrMo合金最低。而热处理引起的合金组织结构变化：再结晶和晶粒尺寸大浙江大学硕士学位论文材料科学与工程系金属研究所史胜风小变化，马氏体含量变化及碳化物的溶解析出对三组合金的耐腐蚀性能影响不大。关键词：钴基合金；热处理；微观组织；耐腐蚀性能Abs仃actAbstractInrecentyearsartificialjointsmadeofcobalt-baseda

5、lloysaregainingrenewedinterestsduetotheirexcellentwearresistance．Inpresentpaper,weinvestigatedthecastCoCrMoCalloysandtwokindsofforgedcobalt—basedalloys：CoCrMoandCoNiCrMo．ThechemicalcompositionsofthesethreealloysarebasedonstandardsASTMF75andASTMF562．Bymeal-iSofopticalmi

6、croscopy,X—raydiffraction(XRD)andhardnesstest，theeffectsofvariotisheat—treatmentsonmicrostructurewerestudied．Then，westudiedsystematically,byelectrochemicalmethod，thecorrosionresistancepropertiesofthesealloyswithvarioustreatmentsandmicrostructures，andtheeffectsofelectro

7、lytes(withcompositionsimulatingbodyfluid)oncorrosionresistancepropertiesofthealloys．Theresultsshowedthatwiththeincreaseofheattreatmenttemperature．dendriticmicrostructureofas—castCoCrMoCalloyswashomogenizedgradually．Afterlhsolutiontreatmentat1200。C，ahomogenizedFCCmicros

8、tructurewasobtained．Isothermalagingat800℃promotedtheFCC—HCPmartensiticphasetransformation．Thear'flountofHCPphaseincre