超聲場對316L耐磨板表面磷化組織和性能的影響

  在(zai)生(sheng)物(wu)醫用(yong)材(cai)料(liao)中,奧(ao)氏體耐(nai)(nai)磨板以(yi)其(qi)良好的力學性(xing)能、耐(nai)(nai)蝕性(xing)以(yi)及低(di)廉(lian)的價格(ge)而得到廣泛(fan)應用(yong)。但醫用(yong)耐(nai)(nai)磨板表面(mian)硬度(du)較低(di),耐(nai)(nai)磨性(xing)較差,使用(yong)后期(qi)植(zhi)入體容易(yi)產(chan)生(sheng)松(song)動且有Ni、Cr、Mo等有害金(jin)屬離子溢出,影(ying)響使用(yong)性(xing)能,故必(bi)須對其(qi)進行(xing)表面(mian)改性(xing)處理(li)。

  目前常用的表面處理方法主要是涂鍍技術及氣相沉積等,處理成本高、批量小,其應用存在極限性。磷化處理作為一種成熟的表面技術,經濟實用,可滿足大批量生產要求。常用的磷化處理一般包括鋅系磷化和鈣系磷化,鋅和鈣都是人體骨骼生產所需要的元素,對人體無害,因此生成的磷化膜層具有生物活性,能促進骨骼生長。但是316L耐磨板由于鈍化(hua)膜的(de)(de)存在,導致磷(lin)化(hua)膜形成困難。本工(gong)作通過引入(ru)超聲波,借助超聲波提(ti)供的(de)(de)能(neng)量及(ji)空(kong)化(hua)作用來(lai)促進磷(lin)化(hua)反應的(de)(de)進行,考(kao)察(cha)了所(suo)得磷(lin)化(hua)膜的(de)(de)摩擦(ca)磨損性能(neng)及(ji)耐(nai)蝕性能(neng),以為(wei)316L耐(nai)磨板表面磷(lin)化(hua)提(ti)供技術(shu)支撐。

  基材(cai)為(wei)316L奧氏體耐磨板板材(cai),試樣(yang)尺寸為(wei)10mm×10mm×1mm,試樣(yang)上方打孔(kong),以方便懸掛。磷化(hua)處理工藝(yi)流(liu)程:化(hua)學除(chu)油→水(shui)洗→活化(hua)(去除(chu)自然(ran)鈍化(hua)膜)→水(shui)洗→超聲輔助磷化(hua)→干(gan)燥→檢測。

  耐磨(mo)板表面鈍化膜的(de)(de)存在(zai)是(shi)影響磷化效果關(guan)鍵的(de)(de)因(yin)素,采用的(de)(de)活化溶液組成:98~102g/L(NH4)2SO4,85~90g/LH2SO4,活化溫度為(wei)50~60℃,時(shi)間為(wei)20min。硫酸銨(an)作為(wei)促進劑,可以提(ti)高酸液對(dui)耐磨(mo)板鈍化膜的(de)(de)去除(chu)能力,加快(kuai)酸洗速度,提(ti)高酸洗效率。

  針對醫用316L耐磨板磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)處理(li),改(gai)進了已有(you)的(de)磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)配方,去除了磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)液中對人(ren)體的(de)有(you)害元素,添加了對人(ren)體無害的(de)Ca2+,旨在(zai)改(gai)善磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)性能,并提高其表面的(de)生物活性,磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)液組成及(ji)工藝條件(jian)為(wei):4g/LZnO,0.1mol/LHNO3,0.12~0.15mol/LCa(NO3)2,0.035~0.050mol/LZn(H2PO4)2;磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)溫度為(wei)75℃,磷(lin)化(hua)(hua)(hua)(hua)時間為(wei)1h;選用KQ-200KDE型高功(gong)率(lv)(lv)數控超(chao)聲(sheng)清洗器(qi),超(chao)聲(sheng)功(gong)率(lv)(lv)為(wei)200W。結果表明(ming):

  (1)超聲場能明顯加速316L耐磨板表面(mian)磷(lin)化(hua)速度,且形成的(de)磷(lin)化(hua)膜(mo)更加致密、完(wan)整、均勻。

  (2)316L耐磨板(ban)磷(lin)化(hua)處理(li)后,耐蝕性(xing)得到提高,其中(zhong),超聲場(chang)下磷(lin)化(hua)處理(li)的(de)試樣耐蝕性(xing)提高更明顯,其自腐(fu)(fu)蝕電位(wei)明顯正移,由(you)基材的(de)-0.813V提高至(zhi)-0.246V,自腐(fu)(fu)蝕電流降(jiang)低了1個數量(liang)級(ji)。

  (3)316L耐磨板磷(lin)化處理(li)后(hou),試樣表面的摩擦系數顯著(zhu)降低,由基材的0.574下(xia)降至0.122,進(jin)一步提高了(le)316L耐磨板的耐磨性能。