納米晶Ta2O5和TaON涂層在模擬生理溶液環(huán)境中的性能研究.pdf

1、近年來，鈦及其合金由于其較低的密度、高比強(qiáng)度以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)已被大量應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)以及醫(yī)療設(shè)備的制造。但是，鈦合金在使用過程中出現(xiàn)的種種問題，諸如作為生物材料在長期使用過程中，合金元素離子可能會(huì)滲入血液或是在材料的表面形成血栓，都會(huì)對(duì)使用者造成巨大傷害；鈦合金自身摩擦系數(shù)大、耐磨性差以及在惡劣條件下耐蝕性能差等固有的缺點(diǎn)都阻礙了它們的應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。眾所周知，材料的磨損和腐蝕性能是材料表面控制的降解過程，因此表

2、面改性技術(shù)是提高鈦合金表面相關(guān)性能的最有效手段之一。
　　鉭系材料具有生物無毒性，耐磨耐蝕性能優(yōu)越等特點(diǎn)，鉭及其氧化物（Ta-O）、氮化物（Ta-N）以及其他化合物薄膜/涂層材料已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械等行業(yè)得到了廣泛的關(guān)注。本課題提出采用雙陰極等離子濺射沉積技術(shù)在光滑的Ti-6A1-4V合金表面制備出了Ta2O5和TaON兩種涂層。所制備涂層橫截面SEM表明涂層微觀組織連續(xù)、致密，無孔洞、裂紋等明顯缺陷，涂層厚度均為~25μm且與基

3、體良好結(jié)合；TEM分析表明所制備納米晶涂層微觀結(jié)構(gòu)由15nm左右大小的等軸晶粒組成的；納米壓入測(cè)試表明兩種涂層都極大提高Ti-6Al-4V的硬度及彈性模量；劃痕測(cè)試分析表明所制備納米晶涂層與基體具有良好的結(jié)合力。干摩擦條件下，兩種涂層在載荷從2.3N至5.3N下比磨損率約在10-6 mm3 N-1 m-1范圍內(nèi)，較Ti-6A1-4V合金降低約2個(gè)數(shù)量級(jí)。采用電化學(xué)測(cè)試方法分別研究了兩種涂層在模擬人體體液（0.9 wt.％NaCl和Rin

4、ger’s溶液）和3.5 wt.%NaCl中不同浸泡時(shí)間條件下的耐腐蝕性能。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明：無論是在模擬人體體液中還是在3.5 wt.%NaCl溶液中，所制備的兩種涂層的耐腐蝕性能較Ti-6Al-4V有顯著的提高，且隨著浸泡時(shí)間的延長他們的耐腐蝕性能基本保持不變。通過Mott-Schottky理論計(jì)算和PZC分析表明，兩種涂層材料相比較Ti-6Al-4V而言，具有更低的載流子密度和更強(qiáng)的抑制吸附Cl-的能力。最后，兩種納米晶涂層