钛合金表面Ti/TiB2仿生多层膜的断裂韧性

稀有金属, 2016, 45(9): 2297-2302.

钛合金表面Ti/TiB2仿生多层膜的断裂韧性

周广宏 ^1, , 丁红燕 ^2, , 印凤 ^3, , 王湘鸣 ^4, , 庄国志 ^5, , 夏木建 ^6,

1.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室,江苏淮安,223003

2.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室,江苏淮安,223003

3.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室,江苏淮安,223003

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6.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室,江苏淮安,223003

基金项目: 江苏省介入医疗器械研究重点实验室开放基金(JR1206) 国家自然科学基金(51175212)

关键词：钛合金 , Ti/TiB2多层膜 , 压痕法 , 断裂韧性 , 仿生

Fracture Toughness of Ti/TiB2 Bionic Multilayers on the Surface of Titanium Alloy

Keywords： titanium alloy , Ti/TiB2 multilayers , indentation technique , fracture toughness , bionic

根据贝壳珍珠层的结构特点,以金属Ti层为软质层,对TiB2陶瓷薄膜进行仿生增韧处理,并通过压痕法研究了Ti/TiB2仿生多层膜的断裂韧性.结果表明:随着调制比A(tTiB2∶tTi)的增大,多层膜的断裂韧性先增大而后减小,当Λ为5时,多层膜的断裂韧度达到最大值(KIC=2.68 MPa.m1/2).对于相同厚度的TiB2单层膜而言,断裂韧度值仅为0.76MPa.m1/2,也就是说,Ti/TiB2仿生多层膜可有效提高陶瓷层的断裂韧性.沉积在Ti6Al4V基体上的多层膜在断裂过程中进行能量释放以径向裂纹为主,以环形裂纹为辅.由于多层膜中Ti子层的周期性引入,有效缓解了TiB2薄膜的内应力;当裂纹扩展至Ti子层时,Ti层可对裂纹尖端起到很好的钝化作用,使裂纹扩展方向发生偏转.此外,多层膜的界面增多,也相应增大了裂纹扩展的阻力,提高了多层膜的断裂韧性.

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