人工关节材料纯钽的表面氧化工艺及硬度

使用低压真空表面渗氧技术、扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱技术和纳米压痕技术等手段研究了不同工艺下人工关节材料纯钽的表面渗氧产物及硬度。结果表明,在500℃渗氧2 h、273 mL(通氧量,下同)的条件下可以在纯钽表面制备出物相为钽氧化合物Ta_(4)O、平均厚度约为3.6μm的渗层。在550℃×2 h/273 mL、550℃×5 h/1.3 mL、550℃×10 h/0.013 mL以及650℃×3 h/0.013 mL条件下可以制备出δ-(Ta,O)化合物。通过调整渗氧温度、时间和通氧量可以实现δ-(Ta,O)化合物渗层厚度的改变。在550℃渗氧1 h、273 mL通氧量的条件下可制备出平均厚度约为60μm的渗层,其物相为多价态钽的钽氧化合物;经渗氧处理后试样的硬度为(160.27±2.80)HV5,其最大纳米压痕硬度为7.92 GPa,显著地高于纯钽原始试样,该工艺可提高用于人工关节的钽基材料耐磨性,进而提高其使用寿命。