生体用ハイドロキシアパタイト被覆処理チタニウム材の腐食疲労強度特性

生物用羟基磷灰石涂层钛材料的腐蚀疲劳强度特性

• 批准号: 19920004
• 负责人: 佐竹 忠昭
• 金额: $ 0.4万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19920004/
• 关键词: Ti-6A1-4V合金; ハイドロキシアパタイト被覆; 腐食疲労

1.研究目的繰返し荷重下におけるチタニウム材の生体適合性と腐食疲労強度の改善を目的とし、アンダーコートに純チタニウムをトップコートにハイドロキシアパタイト(HAP)を被覆処理したTi-6Al-4V合金について37℃の生理食塩水中で疲労試験を実施した。2.研究方法基材金属にはTi-6Al-4Vを用いた。試験片は、φ16の納入材から試験片長さの丸棒を採取し、熱処理として溶体化処理(1223K1h水冷)と時効処理(813K4h空冷)を施した。その後,機械加工にてゲージ部径6mmの丸棒疲労試験片に加工した。アルミナ破砕粒によるグリットブラスト処理後,コールドスプレー法により純Tiを200μm被覆した。その後プラズマ溶射法によりHAPを20μm被覆し、37℃の生理食塩水を滴下しながら回転曲げ疲労試験を実施した。3.研究成果基材と皮膜の接合状態は良好であり、疲労試験後も顕著な剥離は認められなかった。しかしながら、被覆処理材の疲労強度は全応力振幅域で非処理材よりも低くなった。10^6回の耐久限度は非処理材で760MPa,被覆処理材で600MPaと得られた。この結果については3つの原因が考えられる。一つはグリットブラスト処理で生じた凹部(Rmax=80μm)への応力集中である。二つ目は、ブラスト処理による加工硬化層の形成が認められずピーニング効果が得られなかったことである。さらに、コールドスプレー法により生成される基材表面の引張残留応力が考えられる。以上の結果は、グリットブラスト処理が腐食疲労強度を低下させる主因であることを示している。このため、腐食疲労強度の改善には、拡散接合等、グリットブラスト処理以外の接合法を採用する必要がある。

1. Objective: To study the improvement of biological suitability and corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy under cyclic loading. Objective: To study the corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy under cyclic loading. 2. Research Methods Base metal Ti-6Al-4V was used. The test piece is prepared from φ16 composite material, test piece length and shot rod, heat treatment, solution treatment (1223K1h water cooling) and time treatment (813K4h air cooling). After that, the mechanical processing of 6mm diameter shot rod fatigue test pieces was carried out. After treatment, the pure Ti particles were coated with 200μm. The HAP 20μm coating and the physiological water at 37℃ were applied to the solution. 3. Results The bonding state of the substrate film is good, and the test results are good. The fatigue strength of the coated material is lower than that of the untreated material in the full force amplitude domain. The durability limit of 10^6 cycles is 760MPa for untreated materials and 600MPa for coated materials. The result of this is that there are three reasons for this. A concave part (Rmax=80μm) is formed in the surface of the body. Second, the formation of the work hardening layer is recognized as the result of the treatment. The tensile residual force on the surface of the substrate is considered to be generated by the method. The above results show that the main reason for the decrease of corrosion intensity is that the corrosion intensity is low. It is necessary to adopt bonding methods other than corrosion resistance improvement, diffusion bonding, etc.