生物醫(yī)用TiNi和超細晶TiNi合金微弧氧化-水熱處理表面改性研究.pdf

1、先進生物醫(yī)用材料及材料的表面改性是一個備受關注的課題。TiNi合金以其形狀記憶效應、超彈性、良好的生物相容性、耐磨性及耐腐蝕性而被廣泛用于牙科、骨科和介入治療等領域。對常規(guī)TiNi合金通過等通道轉(zhuǎn)角擠壓制備出的超細晶TiNi合金具有更高的超彈性和更低的彈性模量等性能，因此被認為是一種有前景的新型生物醫(yī)用金屬材料。本論文通過在含有0.04mol/L的磷酸二氫鈉和0.02mol/L乙酸鈣的電解液中對TiNi合金和超細晶TiNi合金進行微弧氧

2、化處理，同時通過后續(xù)水熱處理對微弧氧化涂層進行表面改性，所開展的工作和取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　 研究了在恒定電壓、Ca/P、脈沖頻率和占空比分別為420V、5∶1、60Hz和45％時，不同處理時間下微弧氧化-水熱處理對常規(guī)TiNi合金表面的形貌、膜-基結(jié)合力、耐腐蝕性能和抗微動摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明:(1)微弧氧化時間從5min增加到10min時，TiNi合金表面微孔數(shù)量明顯增加，出現(xiàn)明顯的微弧氧化涂層多孔特征，Ca/

3、P比也從0.61增到大0.928。當達到15min時，Ca/P比降低為0.374;(2)微弧氧化涂層表面均有較好的微動摩擦磨損性能，較低平均摩擦系數(shù)(0.0264、0.0209和0.028)、較窄的磨痕寬度(0.21mm、0.12mm和0.28mm)、高的膜-基結(jié)合力(約為9N、13N和11N)以及好的耐腐蝕性能(自腐蝕速率0.00089756mm/a、0.00060784mm/a和0.00062747mm/a);(3)常規(guī)TiNi合金

4、微弧氧化表面在高溫高壓反應釜中經(jīng)過48h后，其表面均產(chǎn)生了形態(tài)各異的羥基磷灰石晶體(HA)，微弧氧化涂層表面Ca/P比為1.37、1.43和1.17。其中，反應時間為10min時，Ca/P比為1.43，更接近標準HA的Ca/P比1.67。
　　 研究了在反應時間、脈沖頻率、溶液中Ca/P比和占空比分別為10min、60Hz、5∶1和45％時不同電壓下微弧氧化-水熱處理對常規(guī)TiNi合金表面的形貌、膜-基結(jié)合力、耐腐蝕性能、微動摩

5、擦磨損性能的影響。結(jié)果表明:隨著電壓的逐漸升高，(1)當電壓達到420V時，出現(xiàn)了明顯的微弧氧化多孔特征;(2)微弧氧化涂層的Ca/P比也隨電壓的升高而變大，分別為0.37、0.496和0.928，因此可以通過調(diào)節(jié)微弧氧化的電壓來實現(xiàn)對涂層中鈣磷比的控制;(3)增大微弧氧化的輸出電壓能夠明顯的提高TiNi合金的抗腐蝕性能，420V時涂層的腐蝕速率和腐蝕電位比370V時小了兩個數(shù)量級;(4)在370V～420V之間，電壓的變化對微弧氧化涂

6、層好的摩擦磨損性能，低的平均摩擦系數(shù)（0.0218、0.0247和0.0209）、較窄的磨痕寬度(0.24mm、0.21mm和0.2mm)、高的膜-基結(jié)合力(10N、15N和13N)(5)常規(guī)TiNi合金微弧氧化表面在高溫高壓反應釜中經(jīng)過48h后，其表面均產(chǎn)生了形態(tài)各異的羥基磷灰石晶體(HA)，電壓越大，沉積的羥基磷灰石晶體(HA)越多，Ca-P層的相組成都主要為磷灰石。
　　 研究了在恒定電壓、脈沖頻率、Ca/P比、反應時間和

7、占空比分別為370V、60Hz、5∶1、5min、45％時，微弧氧化-水熱處理對常規(guī)TiNi合金和超細晶TiNi合金表面形貌、膜-基結(jié)合力和抗微動摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明:與常規(guī)TiNi合金微弧氧化涂層相比，超細晶TiNi合金微弧氧化涂層表面具有更高的Ca/P(0.85vs0.5)、更低的摩擦系數(shù)(0.027vs0.029)、較高的膜基結(jié)合力(10Nvs9N)、較高的抗微動摩擦磨損性(磨痕寬度0.27mmvs0.28mm)。同時超細

8、晶TiNi合金微弧氧化涂層表面具有明顯的微弧氧化多孔特征。常規(guī)TiNi合金和超細晶TiNi合金微弧氧化涂層表面在經(jīng)過48h的水熱處理后，涂層表面均析出了羥基磷灰石(HA)，但是超細晶TiNi合金的Ca/P比TiNi合金Ca/P要大的多(1.79vs0.75)，超細晶TiNi合金的Ca/P比接近標準HA的Ca/P比。
　　 研究了當反應時間、脈沖頻率、Ca/P比、反應時間和占空比分別為5min、60Hz、5∶1、45％時，不同輸出

9、電壓對超細晶TiNi合金微弧氧化涂層表面形貌、膜-基結(jié)合力和抗微動摩擦磨損性能的影響。當電壓從370V增大到420V時，微弧氧化涂層表面的孔洞半徑變小，微孔密度變大;同時具有顯著的微弧氧化多孔特征;更好的耐摩擦磨損性能、較低的摩擦系數(shù)(0.027vs0.0223)、較窄的磨痕寬度(0.27mmvs0.26mm)以及較高的膜基結(jié)合力(9Nvs11N)。超細晶TiNi合金微弧氧化涂層表面在經(jīng)過48h的水熱處理后，涂層表面均析出了晶態(tài)羥基磷灰