TiNi合金表面激光合金化抗菌金属改性层的结构与性能

摘要

TiNi合金因其独特的形状记忆效应和伪弹性，良好的力学性能以及生物相容性，广泛应用于生物医学领域。然而高的Ni含量以及无抗菌性，限制其应用。为此本文采用激光表面复合改性的手段，在赋予TiNi表面抗菌性能的同时，提高其耐蚀性能，以达到拓宽其应用的目的。主要通过两种方法：一是先在TiNi表面真空蒸镀一层Cu膜，然后采用激光进行激光Cu合金化；二是先在TiNi表面真空蒸镀一层Ag，然后采用飞秒激光对其进行合金化处理。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、电化学工作站和抗菌实验等手段研究改性层的组织结构、成分、耐蚀性能和抗菌性能。
　　研究发现，激光Cu合金化可以明显改善表面组织形貌，气孔、析出相等缺陷明显减少。激光功率、扫描速度和扫描间距可以不同程度地影响合金化层的组织形貌，其中扫描速度的影响最大。研究激光参数的影响规律，优化出最佳改性层的工艺参数为：激光功率120W，扫描速度100mm/s和扫描间距0.06mm。激光改性后，合金化层Cu含量均匀，且随镀膜时间增加而增加。
　　与TiNi合金相比，合金化层的耐蚀性能得到提高。在对金黄色葡萄球菌的抗菌实验中，具备了抗菌性能，但对大肠杆菌则没有抗菌性能。激光功率、扫描速度和扫描间距对改性层的耐蚀性能有不同的影响，特别是扫描速度。这是因为扫描速度对组织相貌的影响最大，直接决定了表面氧化膜的质量。另外，Cu含量的变化对改性层的耐蚀性能没有影响，也没有改变抗菌性能。
　　对TiNi表面进行飞秒激光Ag合金化，成功在TiNi表面制得微纳结构均匀的合金化层。该合金化层成分均匀，表面受到严重的氧化。与TiNi相比，Ti/Ni原子比没有发生改变，且Ag含量随镀膜时间增加稍有增加。改性后，合金化层的耐蚀性能得到显著提高，这主要得益于TiNi表面生成的TiO2氧化膜。抗菌实验表明，飞秒激光Ag合金化层对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都具备很好的抗菌效果。且由于Ag+卓越的杀菌能力，Ag含量愈高，抗菌性能愈好。

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第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 TiNi合金性能

1.3 TiNi合金表面改性方法

1.4 TiNi表面激光合金化研究现状

1.5 TiNiCu的研究现状

1.6 TiNiAg的研究现状

1.7 主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 组织结构分析

2.3 性能测试

第3章 TiNi表面激光合金化层的组织结构

3.1 引言

3.2 合金化层的表面和截面形貌

3.3 合金化层的成分与相组成

3.4 本章小结

第4章 TiNi表面激光Cu合金化层的性能

4.1 引言

4.2 TiNi表面激光Cu合金化层的耐蚀性能

4.3 TiNi表面激光Cu合金化层的抗菌性能

4.4 本章小结

第5章 TiNi表面飞秒激光Ag合金化层的组织结构与性能

5.1 引言

5.2 Ag合金化层的表面与截面形貌

5.3 Ag合金化层的成分与相组成

5.4 Ag合金化层的耐腐蚀性能

5.5 Ag合金化层的抗菌性能

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢