超聲場(chǎng)對(duì)316L耐磨板表面磷化組織和性能的影響

  在生物醫(yī)用材料中,奧氏體耐磨板以其良好的力學(xué)性能、耐蝕性以及低廉的價(jià)格而得到廣泛應(yīng)用。但醫(yī)用耐磨板表面硬度較低,耐磨性較差,使用后期植入體容易產(chǎn)生松動(dòng)且有Ni、Cr、Mo等有害金屬離子溢出,影響使用性能,故必須對(duì)其進(jìn)行表面改性處理。

  目前常用的表面處理方法主要是涂鍍技術(shù)及氣相沉積等,處理成本高、批量小,其應(yīng)用存在極限性。磷化處理作為一種成熟的表面技術(shù),經(jīng)濟(jì)實(shí)用,可滿足大批量生產(chǎn)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(chǎn)所需要的元素,對(duì)人體無(wú)害,因此生成的磷化膜層具有生物活性,能促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)。但是316L耐磨板由于鈍化膜的存在,導(dǎo)致磷化膜形成困難。本工作通過(guò)引入超聲波,借助超聲波提供的能量及空化作用來(lái)促進(jìn)磷化反應(yīng)的進(jìn)行,考察了所得磷化膜的摩擦磨損性能及耐蝕性能,以為316L耐磨板表面磷化提供技術(shù)支撐。

  基材為316L奧氏體耐磨板板材,試樣尺寸為10mm×10mm×1mm,試樣上方打孔,以方便懸掛。磷化處理工藝流程:化學(xué)除油→水洗→活化(去除自然鈍化膜)→水洗→超聲輔助磷化→干燥→檢測(cè)。

  耐磨板表面鈍化膜的存在是影響磷化效果關(guān)鍵的因素,采用的活化溶液組成:98~102g/L(NH4)2SO4,85~90g/LH2SO4,活化溫度為50~60℃,時(shí)間為20min。硫酸銨作為促進(jìn)劑,可以提高酸液對(duì)耐磨板鈍化膜的去除能力,加快酸洗速度,提高酸洗效率。

  針對(duì)醫(yī)用316L耐磨板磷化處理,改進(jìn)了已有的磷化配方,去除了磷化液中對(duì)人體的有害元素,添加了對(duì)人體無(wú)害的Ca2+,旨在改善磷化膜的性能,并提高其表面的生物活性,磷化液組成及工藝條件為:4g/LZnO,0.1mol/LHNO3,0.12~0.15mol/LCa(NO3)2,0.035~0.050mol/LZn(H2PO4)2;磷化溫度為75℃,磷化時(shí)間為1h;選用KQ-200KDE型高功率數(shù)控超聲清洗器,超聲功率為200W。結(jié)果表明:

 ?。?)超聲場(chǎng)能明顯加速316L耐磨板表面磷化速度,且形成的磷化膜更加致密、完整、均勻。

 ?。?)316L耐磨板磷化處理后,耐蝕性得到提高,其中,超聲場(chǎng)下磷化處理的試樣耐蝕性提高更明顯,其自腐蝕電位明顯正移,由基材的-0.813V提高至-0.246V,自腐蝕電流降低了1個(gè)數(shù)量級(jí)。

  (3)316L耐磨板磷化處理后,試樣表面的摩擦系數(shù)顯著降低,由基材的0.574下降至0.122,進(jìn)一步提高了316L耐磨板的耐磨性能。