鈦基金屬表面生物醫(yī)用摩擦磨損薄膜的制備與性能初步研究.pdf

1、隨著人類對自身健康的關(guān)注,生物醫(yī)用材料的研究越來越受到重視。硬組織替代材料的表面處理是當(dāng)今生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題,摩擦磨損是導(dǎo)致硬組織置換失敗的重要因?yàn)?。針對這一主題,本文所開展的工作和取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　 采用優(yōu)化的室溫磁控濺射技術(shù)成功制備出在一定載荷下具有好的摩擦磨損性能,且對模擬體液中的Ca、P元素具有很強(qiáng)黏附能力的TiB2-TiN／SiC雙層薄膜(SiC為中間層)。在載荷200 g、氮化硅球(半徑為2mm)為

2、對摩件、室溫Kokubo人體模擬體液條件下,TiB2-TiN薄膜的平均摩擦系數(shù)約為0.22,磨損速率在10-6 mm3／(m·N)級,且不出現(xiàn)薄膜的破裂及剝落現(xiàn)象?！皝單⒚壮叨犬牎钡奈⒔Y(jié)構(gòu)特征保證了TiB2-TiN薄膜具備高的韌性(自身的承載能力),薄膜-薄膜-基體間明顯的且呈梯度的元素?cái)U(kuò)散保證了薄膜-薄膜-基體問的很好的結(jié)合和良好的內(nèi)在黏附。至于薄膜所具有的好的摩擦磨損性能,是因?yàn)樵摫∧δM體液具有很強(qiáng)的黏附能力,導(dǎo)致模擬體液對摩擦

3、副產(chǎn)生了很好的潤滑作用。本研究為與自然人骨接觸的人工硬組織器件,如人工關(guān)節(jié)基干、接骨板、緊固件等的表面改性提供了先進(jìn)的薄膜材料及其實(shí)現(xiàn)途徑。
　　 采用室溫磁控濺射技術(shù)在鈦合金(Ti6Al4V)表面制備出質(zhì)量高的TiB2-C／SiC雙層薄膜(SiC為中間層),在以氮化硅(Si3N4)球(半徑為2 mm)為對摩件、室溫Kokubo人體模擬體液條件下,其摩擦系數(shù)約為0.14,磨損速率在10-6～10-5 mm3／(m·N)級。分析表

4、明,TiB2-C薄膜具有的好摩擦磨損性能,主要是薄膜中摻入的C元素所致。薄膜中C元素一方面起到潤滑作用,使得摩擦系統(tǒng)具有好的摩擦化學(xué)和低的摩擦系數(shù)；另一方面,薄膜中C以sp3 C-C和sp2 C-C形式存在(即DLC),使其本身韌性得到提高。
　　 基體材料的微結(jié)構(gòu)納米化對其表面薄膜的組織結(jié)構(gòu)與硬度、彈性模量、硬度與彈性模量的比值(硬模比)具有很大影響。本研究在超細(xì)／納米晶TiNi合金基材上制得的碳基薄膜具有了處于自然人骨彈性模