王涛等：MA-SPS制备超细晶Ti8Mo-Fe合金的摩擦磨损性能 ·431 面上还出现了少量的黏着痕迹和尺寸较大的片状磨 chemical behaviour of TiMo alloys in simulated physiological solu- 屑，说明表面还存在轻微的黏着磨损过程.而经机械 tions.Electrochim Acta,2013,113:470 合金化+放电等离子烧结工艺制备的超细晶T8Mo一 [5]Gu G Y,Chen F,Zhang Q,et al.Influence of heat treatment on microstructure and mechanical properties of Ti30Nb5Ta6Zr alloy. 3Fe合金的晶粒尺寸细小，其强度和硬度得到了提高， Rare Metal Mater Eng,2010.39(4):678 在磨损试验中的塑性变形较小，产生的裂纹难以萌生 (顾桂月，陈锋，张强，等.热处理对T30Nh5Ta6Zx合金组织 和扩展，结合其较少的磨损体积，可认为其磨粒磨损的 和力学性能的影响.稀有金属材料与工程，2010,39(4)： 程度较小.因此，相较于微米晶粒的Ti一8Mo一3Fe合 678) 金，超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩擦磨损性能得到了 Ninomi M.Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for bi- omedical applications.J Mech Behar Biomed Mater,2008,1(1): 显著提高 30 综上所述，铸造纯T主要发生以黏着磨损为主， [7]Wang T,Zhang YQ,Jiang Y H,et al.Mechanical properties of 磨粒磨损为辅的磨损过程：铸造纯TC4则发生磨粒磨 Ti-35Nb-7Zr-XCPP biomedical composites prepared by spark 损和黏着磨损并存的混合磨损过程：微米晶粒T一 plasma sintering.Rare Met Mater Eng,2015,44(4):1030 8Mo-3Fe主要发生以磨粒磨损为主，黏着磨损为辅的 (王海，张玉勤，蒋业华，等.Ti-35Nb-7Z一XCPP生物复合 材料的放电等离子烧结制备及其力学性能研究.稀有金属材 磨损过程：而超细晶Ti-8Mo一3Fe合金主要发生以磨 料与工程，2015,44(4)：1030) 粒磨损为主的磨损过程 8] Sathish S,Geetha M,Pandey N D,et al.Studies on the corrosion 3结论 and wear behavior of the laser nitrided biomedical titanium and its alloys.Mater Sci Eng C,2010,30(3):376 (1)以元素粉末为原料，采用机械合金化+放电 9]Tian L,Ma M,He Q.Friction and wear properties of Til3Nb13Zr 等离子烧结(MA一放电等离子烧结)，可制备出超细晶 alloy by surface mechanical attrition treatment.Sci Technol Eng, 2014,14(8):141 的Ti-8Mo-3Fe合金，平均晶粒尺寸为1.5um,显微组 (田龙，马铭，何强.T3Nh3Zr合金机械研磨处理摩擦磨损 织由B相及少量相组成，表面硬度达到448HV,其 性能研究.科学技术与工程，2014,14(8)：141) 硬度值远高于微米晶粒的同成分合金以及铸态纯T [10]Cvijovic-Alagic I,Cvijovic Z,Mitrovic S,et al.Wear and corro- 及TC4合金 sion behaviour of Ti-13Nb-13Zr and Ti-6Al-4V alloys in simu- (2)相同摩擦磨损条件下，超细晶Ti-8Mo-3Fe合 lated physiological solution.Corros Sci,2011,53(2):796 1] 金的摩损程度低于微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态的纯 Wang M,Yang YQ,Luo X.Research status in preparation and properties of ultra-fine grained Ti alloys.Mater Rev,2013,27 Ti及TC4合金，其具有最低的磨损体积和较稳定的摩 (7):94 擦系数，表明超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的耐磨性能优 (王苗，杨延清，罗贤.超细品钛合金的制备及性能研究现 于其他3种材料 状.材料导报，2013,27(7)：94) (3)微米晶粒Ti-8Mo-3Fe合金和铸态纯Ti及 [12]Lin Z J,Wang L Q,Lii W J,et al.Research progress of fabrica- TC4合金都发生了磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨 ting ultrafine-grained biomedical titanium alloys by severe plastic deformation (SPD).J Mater Metall,2014,13(3):206 损过程，而超细晶Ti-一8Mo一3Fe合金的磨损机制是磨 (林正捷，王立强，吕维洁，等.大塑性变形制备超细品生物 粒磨损 医用钛合金的研究进展.材料与治金学报，2014,13(3)： 206) 参考文献 [13]Zhang T Y,Liu Y,Liu B,et al.Superplastic deformation be- [1]Atapour M,Pilchak A L.Frankel GS,et al.Corrosion behavior havior and microstructure evolution of fine-grained Ti-6Al-4V of B titanium alloys for biomedical applications.Mater Sci Eng C, alloy.Mater Sci Eng Powder Metall,2014,19(2):184 2011,31(5):885 (张拓阳，刘咏，刘彬，等.细品T6A4V合金的超塑性变 Zhang H Y,Zhu Y M,Wang W Y,et al.Effect of Cr element 形行为与组织演变.粉末治金材料科学与工程，2014,19 addition on microstructure and mechanical properties of powder (2):184) metallurgy TCA alloy.Mater Sci Eng Pouder Metall,2015,20 D4] Webster T J,Ejiofor J U.Increased osteoblast adhesion on (3):383 nanophase metals:Ti,Ti6Al4V,and CoCrMo.Biomaterials, (张豪胤，祝要民，王文焱，等.元素Cr含量对粉末治金TC4 2004,25(19):4731 合金组织与性能的影响.粉末治金材料科学与工程，2015， [15]La PQ,Ma J Q,Zhu Y T,et al.Dry-sliding tribological proper- 20(3):383) ties of ultrafine-grained Ti prepared by severe plastic deforma- B3]Geetha M,Singh A K,Asokamani R,et al.Ti based biomateri- tion.Acta Mater,2005,53(19)5167 als,the ultimate choice for orthopaedic implants:a review.Prog [16]Long Y,Guo W J,Li Y.Bimodal-grained Ti fabricated by high- Mater Sci,,2009,54(3):397 energy ball milling and spark plasma sintering.Trans Nonferrous 4]Bolat G,Mareci D,Chelariu R,et al.Investigation of the electro- Met Soc China,2016,26(4):1170王 涛等: MA--SPS 制备超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金的摩擦磨损性能 面上还出现了少量的黏着痕迹和尺寸较大的片状磨 屑，说明表面还存在轻微的黏着磨损过程． 而经机械 合金化 + 放电等离子烧结工艺制备的超细晶 Ti--8Mo-- 3Fe 合金的晶粒尺寸细小，其强度和硬度得到了提高， 在磨损试验中的塑性变形较小，产生的裂纹难以萌生 和扩展，结合其较少的磨损体积，可认为其磨粒磨损的 程度较小． 因此，相较于微米晶粒的 Ti--8Mo--3Fe 合 金，超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金的摩擦磨损性能得到了 显著提高． 综上所述，铸造纯 Ti 主要发生以黏着磨损为主， 磨粒磨损为辅的磨损过程; 铸造纯 TC4 则发生磨粒磨 损和黏 着 磨 损 并 存 的 混 合 磨 损 过 程; 微 米 晶 粒 Ti-- 8Mo--3Fe 主要发生以磨粒磨损为主，黏着磨损为辅的 磨损过程; 而超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金主要发生以磨 粒磨损为主的磨损过程． 3 结论 ( 1) 以元素粉末为原料，采用机械合金化 + 放电 等离子烧结( MA--放电等离子烧结) ，可制备出超细晶 的 Ti--8Mo--3Fe 合金，平均晶粒尺寸为 1. 5 μm，显微组 织由 β 相及少量 α 相组成，表面硬度达到 448 HV，其 硬度值远高于微米晶粒的同成分合金以及铸态纯 Ti 及 TC4 合金． ( 2) 相同摩擦磨损条件下，超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合 金的摩损程度低于微米晶粒 Ti--8Mo--3Fe 和铸态的纯 Ti 及 TC4 合金，其具有最低的磨损体积和较稳定的摩 擦系数，表明超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金的耐磨性能优 于其他 3 种材料． ( 3) 微米晶粒 Ti--8Mo--3Fe 合 金 和 铸 态 纯 Ti 及 TC4 合金都发生了磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨 损过程，而超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金的磨损机制是磨 粒磨损． 参 考 文 献 ［1］ Atapour M，Pilchak A L，Frankel G S，et al． Corrosion behavior of β titanium alloys for biomedical applications． Mater Sci Eng C， 2011，31( 5) : 885 ［2］ Zhang H Y，Zhu Y M，Wang W Y，et al． Effect of Cr element addition on microstructure and mechanical properties of powder metallurgy TC4 alloy． Mater Sci Eng Powder Metall，2015，20 ( 3) : 383 ( 张豪胤，祝要民，王文焱，等． 元素 Cr 含量对粉末冶金 TC4 合金组织与性能的影响． 粉末冶金材料科学与工程，2015， 20( 3) : 383) ［3］ Geetha M，Singh A K，Asokamani Ｒ，et al． Ti based biomateri￾als，the ultimate choice for orthopaedic implants: a review． Prog Mater Sci，2009，54( 3) : 397 ［4］ Bolat G，Mareci D，Chelariu Ｒ，et al． Investigation of the electro￾chemical behaviour of TiMo alloys in simulated physiological solu￾tions． Electrochim Acta，2013，113: 470 ［5］ Gu G Y，Chen F，Zhang Q，et al． Influence of heat treatment on microstructure and mechanical properties of Ti30Nb5Ta6Zr alloy． Ｒare Metal Mater Eng，2010，39( 4) : 678 ( 顾桂月，陈锋，张强，等． 热处理对 Ti30Nb5Ta6Zr 合金组织 和力学性能的影响． 稀有金属材料与工程，2010，39 ( 4) : 678) ［6］ Niinomi M． Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for bi￾omedical applications． J Mech Behav Biomed Mater，2008，1( 1) : 30 ［7］ Wang T，Zhang Y Q，Jiang Y H，et al． Mechanical properties of Ti--35Nb--7Zr--XCPP biomedical composites prepared by spark plasma sintering． Ｒare Met Mater Eng，2015，44( 4) : 1030 ( 王涛，张玉勤，蒋业华，等． Ti--35Nb--7Zr--XCPP 生物复合 材料的放电等离子烧结制备及其力学性能研究． 稀有金属材 料与工程，2015，44( 4) : 1030) ［8］ Sathish S，Geetha M，Pandey N D，et al． Studies on the corrosion and wear behavior of the laser nitrided biomedical titanium and its alloys． Mater Sci Eng C，2010，30( 3) : 376 ［9］ Tian L，Ma M，He Q． Friction and wear properties of Ti13Nb13Zr alloy by surface mechanical attrition treatment． Sci Technol Eng， 2014，14( 8) : 141 ( 田龙，马铭，何强． Til3Nbl3Zr 合金机械研磨处理摩擦磨损 性能研究． 科学技术与工程，2014，14( 8) : 141) ［10］ Cvijovic-Alagi ＇ c I ＇ ，Cvijovic Z＇ ，Mitrovic S＇ ，et al． Wear and corro￾sion behaviour of Ti--13Nb--13Zr and Ti--6Al--4V alloys in simu￾lated physiological solution． Corros Sci，2011，53( 2) : 796 ［11］ Wang M，Yang Y Q，Luo X． Ｒesearch status in preparation and properties of ultra-fine grained Ti alloys． Mater Ｒev，2013，27 ( 7) : 94 ( 王苗，杨延清，罗贤． 超细晶钛合金的制备及性能研究现 状． 材料导报，2013，27( 7) : 94) ［12］ Lin Z J，Wang L Q，Lü W J，et al． Ｒesearch progress of fabrica￾ting ultrafine-grained biomedical titanium alloys by severe plastic deformation ( SPD) ． J Mater Metall，2014，13( 3) : 206 ( 林正捷，王立强，吕维洁，等． 大塑性变形制备超细晶生物 医用钛合金的研究进展． 材料与冶金学报，2014，13 ( 3) : 206) ［13］ Zhang T Y，Liu Y，Liu B，et al． Superplastic deformation be￾havior and microstructure evolution of fine-grained Ti--6Al--4V alloy． Mater Sci Eng Powder Metall，2014，19( 2) : 184 ( 张拓阳，刘咏，刘彬，等． 细晶 Ti--6Al--4V 合金的超塑性变 形行为与组织演变． 粉末冶金材料科学与工程，2014，19 ( 2) : 184) ［14］ Webster T J，Ejiofor J U． Increased osteoblast adhesion on nanophase metals: Ti，Ti6Al4V，and CoCrMo． Biomaterials， 2004，25( 19) : 4731 ［15］ La P Q，Ma J Q，Zhu Y T，et al． Dry-sliding tribological proper￾ties of ultrafine-grained Ti prepared by severe plastic deforma￾tion． Acta Mater，2005，53( 19) : 5167 ［16］ Long Y，Guo W J，Li Y． Bimodal-grained Ti fabricated by high￾energy ball milling and spark plasma sintering． Trans Nonferrous Met Soc China，2016，26( 4) : 1170 · 134 ·