針對(duì)生物環(huán)境的TiNi合金設(shè)計(jì)及表面改性.pdf

1、TiNi形狀記憶合金被認(rèn)為是最有應(yīng)用潛力的生物醫(yī)用金屬材料,但是,作為植入人體的材料,它存在形狀記憶相變點(diǎn)隨成分大幅波動(dòng)和合金中Ni離子的釋放問題.為了解決這些難題,本文研究者利用離散變分法對(duì)相變點(diǎn)隨成分變化的本質(zhì)做理論的探索,并研究了TiNi合金表面的羥基吸附行為,為表面改性做理論的鋪墊.最后,采用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)在TiNi合金表面制備類金剛石膜,并對(duì)類金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、力學(xué)性能以及在Troyde'

2、s模擬體液中的耐蝕性能進(jìn)行了研究與評(píng)價(jià).研究結(jié)果如下:1.采用基于密度泛函理論的離散變分Xα方法對(duì)Hf、Zr添加對(duì)TiNi合金馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度(M<,s>點(diǎn))影響的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析.結(jié)果發(fā)現(xiàn),母相最強(qiáng)鍵的鍵級(jí)和(110)面的費(fèi)米能級(jí)處的價(jià)電子態(tài)密度與合金的M<,s>點(diǎn)有密切的關(guān)系,母相單胞最強(qiáng)鍵的鍵級(jí)越大,(110)面的費(fèi)米能級(jí)處的價(jià)電子態(tài)密度越小,合金相變溫度M<,s>點(diǎn)越低.2.通過基于密度泛函理論的離散變分Xα方法的理論計(jì)算,

3、確定了在TiNi合金表面,羥基會(huì)優(yōu)先與Ti吸附.對(duì)于羥基在TiNi基體(110)和(100)表面吸附的進(jìn)一步研究指出,羥基在兩個(gè)表面的整個(gè)吸附過程中,都是僅僅與離它最近的一個(gè)鈦原子發(fā)生相互作用.3.可見Raman光譜分析表明:實(shí)驗(yàn)制得的均為典型的類金剛石薄膜.AFM分析表明表面光滑的薄膜由納米級(jí)的非晶態(tài)顆粒組成.通過FT-IR分析研究表明:薄膜中含有CH<,3>、CH<,2>、CH、Si-O-Si,Si-O-C和Si-CH<,3>等化學(xué)

4、鍵.4.本實(shí)驗(yàn)制備的類金剛石薄膜的硬度達(dá)到了15Gpa,約為TiNi合金基體的5倍,其摩擦系數(shù)為0.124,薄膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度為20N.其力學(xué)性質(zhì)與類金剛石膜中含氫非晶態(tài)碳膜結(jié)構(gòu)與成分有關(guān).5.采用PECVD技術(shù),當(dāng)束電源能量為500V下制備的類金剛石薄膜在Troyde's模擬體液中的耐蝕性能最好.分析發(fā)現(xiàn),上述膜層的腐蝕是由于膜層中存在的缺陷導(dǎo)致的,膜層本身并不參加電化學(xué)反應(yīng).電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程為:1)形成閉塞電池;2)自催化過