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钛合金Ti13Nb13Zr具有良好的耐腐蚀性、生物相容性、弹性模量低等优点,是人体骨骼替代的首选材料,然而耐磨性差,严重制约着钛合金应用。为了提高钛合金的耐磨性能,本课题采用激光冲击微造型方法对医用钛合金Ti13Nb13Zr耐磨性能进行研究,主要工作如下:(1)基于单点激光微冲击Ti13Nb13Zr实验,研究工艺参数对钛合金Ti13Nb13Zr表面冲击变形及力学性能的影响。结果表明:随着激光能量和冲击次数的增加,凹坑的深度、纳米硬度及弹性模量、微观组织的影响层深度逐渐增大,但增幅减小;在凹坑中心处表层晶粒细化程度最大,随着深度的增加,晶粒细化程度逐渐降低。(2)建立激光冲击钛合金Ti13Nb13Zr的数值模型,并结合实验结果验证数值模型的正确性;进行多点激光冲击微造型数值模拟,研究激光能量、凹坑间距、凹坑位错对表面形貌、残余应力的影响,为后续微造型减摩耐磨机理提供支撑。(3)为了获得工艺参数对摩擦系数、磨损量影响及最优工艺参数,基于Box-benhken实验设计进行多点激光冲击微造型表面摩擦系数、磨损量拟合分析。研究结果显示:光斑直径0.8 mm表面微造型摩擦系数和磨损质量随着激光能量的增大而增大,而凹坑位错从0 mm增大到0.4 mm,摩擦系数和磨损量逐渐减小;随着凹坑间距的增大,磨损量及摩擦系数先减小后缓增,在间距1.5 mm左右摩擦系数和磨损量最小;对响应值优化分析得出摩擦系数最小时激光能量、凹坑间距、凹坑位错工艺参数为(1.2 J,1.5 mm,0.4 mm),磨损量最小时所对应的工艺参数为(1.2 J,1.49 mm,0.4 mm)。光斑直径0.5 mm表面微造型摩擦系数和磨损量随激光能量、凹坑位错的增大而减小,随着凹坑间距的增大先减小后增大;对响应值进行优化分析得出摩擦系数、磨损量的最优工艺参数一致为(1.57 J,1.27 mm,0.37 mm)。(4)通过改变转速、载荷、磨损时间,探究工作条件对表面摩擦性能的影响。研究结果显示:激光冲击微造型表面摩擦系数、磨损量、磨痕深度及宽度随着转速增大而减小,随载荷及磨损时间的增大而增大。对磨痕表面SEM分析得出表面未处理磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损、基体堆积及接触疲劳损坏;光斑直径0.8 mm表面微造型磨损行为主要为轻微的磨粒磨损;光斑直径0.5 mm微造型有轻微的粘着磨损。综上所述激光冲击微造型有效提高Ti13Nb13Zr耐磨性能。