镍钛合金表面三氧化二铝微弧氧化膜的制备及性能研究

摘要

NiTi合金由于具有显著的形状记忆效应和超弹性而被广泛的应用在生物器械上，但是植入人体后会遭受腐蚀，释放出对人体有害的Ni离子，并且NiTi合金的弹性模量高于人骨，与人骨的力学性能不匹配。为了解决上述的两个缺点，本文采用微弧氧化的方法在NiTi合金表面制备了Al2O3陶瓷膜层，采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、EDS能谱对膜层的组织结构和表面形貌进行了研究，利用动电位极化曲线试验对膜层的耐腐蚀性能进行了分析测试，采用纳米压痕法对NiTi合金表面的显微硬度和弹性模量进行了分析测试，采用拉伸实验法对膜层与基体的结合强度进行了测试。
　　以NaAlO2和NaH2PO2的混合溶液作为电解液对NiTi合金进行微弧氧化处理，在NiTi合金表面制备了一层陶瓷膜层，所制备的膜层为典型的微弧氧化多孔形貌，微弧氧化膜层的微孔数量和孔径随着工艺参数的变化呈现规律性的变化；经过微弧氧化处理后，Ni、Ti的含量明显降低，Al、O的含量明显提高，并且膜层厚度随着正向处理电压、NaH2PO2浓度、占空比、电源脉冲频率的变化呈规律性的变化；膜层的成分主要是γ-Al2O3，衍射峰的强度随着占空比的增大而增大，随着正向电压的增大而增大，随着NaH2PO2浓度的增大衍射峰的强度增大，随着频率的增大，衍射峰的强度降低。
　　经过微弧氧化处理后NiTi合金的耐腐蚀性能总体上优于未经过微弧氧化处理的NiTi合金，而且随着电解液浓度、正向电压、电源脉冲频率、占空比变化呈规律性的变化，当正向电压为420V，占空比为45％，电解液浓度为0.03M，电源频率为100Hz时膜层的耐腐蚀性能比未经过微弧氧化处理的NiTi基体提高了两个数量级。
　　NaAlO2浓度为0.15M、NaH2PO2浓度为0.03M，电源正向电压330-420V，频率100-700Hz，占空比15%-45%，膜层与基体的结合强度都大于45Mpa，过大的电源脉冲频率、过大的电源正向电压和NaH2PO2浓度都使膜层与基体的结合强度降低。微弧氧化形成的膜层的显微硬度和弹性模量均低于NiTi合金基体。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 NiTi合金的性能

1.3 NiTi合金在生物医学上的应用

1.4 国内外在医用NiTi表面改性的研究现状

1.5 微弧氧化研究现状

1.6 国内外文献综述的简析

1.7 课题主要研究内容

第2章 实验材料与研究方法

2.1 实验药品与仪器

2.2 微弧氧化膜层制备装置

2.3 试验分析测试仪器

第3章 微弧氧化陶瓷膜层的制备与表征

3.1 微弧氧化陶瓷膜层的制备及实验现象

3.2 NiTi合金表面陶瓷膜的表征及分析

3.3 本章小结

第4章 微弧氧化陶瓷膜层性能研究

4.1 微弧氧化膜层的耐腐蚀性能

4.2 微弧氧化膜层的结合强度

4.3 微弧氧化膜层的力学性能研究

4.4 本章小结

结论

参考文献

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