TiNi合金表面DLC膜的组织结构与腐蚀行为和血液相容性

摘要

本文采用等离子浸没离子注入和沉积技术成功地在TiNi合金表面制备了类金刚石（DLC）膜，以乙炔和石墨为碳源制备的DLC膜记为DLCa和DLCg膜。采用Raman光谱、X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、原子力显微镜（AFM）、纳米压痕技术、划痕试验、电化学测试技术和体外试验系统研究了TiNi合金表面DLC膜的表面特性、微观组织结构、力学行为、腐蚀行为以及血液相容性。
　　研究发现，制备工艺对DLC膜的表面特性和结构影响较大。随着脉冲偏压的增大， DLC膜的表面 RMS降低、sp3/sp2比值先增大后减小。工作气压增大，DLCg膜的表面 RMS增大，而 sp3/sp2比值降低。高峰值脉冲偏压制备的DLC膜在膜与基体之间形成成分梯度过渡层。
　　随着脉冲偏压的增大，DLC膜的纳米硬度和弹性模量先增大后减小；DLCg膜与基体的结合力先增大后减小。随工作气压的增大，DLCg膜的纳米硬度、弹性模量和膜基结合力均减小。TiNi合金表面 DLCg膜的sp3/sp2比值越高，纳米硬度和弹性模量越大，DLCg膜的抗载荷能力越强，因而膜基结合力越高。
　　TiNi合金表面制备 DLC膜，提高了抗腐蚀性能，有效地抑制了Ni离子析出。DLC膜极化阻抗和击穿电位随着脉冲偏压增大先增大后减小，随工作气压增大而降低。制备工艺不同对DLCg膜的腐蚀机制有显著影响，工作气压较高，缺陷多、结合力较差，腐蚀形式主要为点蚀；工作气压较低，DLCg膜均匀致密、与基体结合力较高，腐蚀形式主要为均匀腐蚀。这种腐蚀形式被加速老化试验证实。
　　DLC膜改善了TiNi合金表面的血液相容性。DLC膜表面血小板粘附数量和激活率随着脉冲偏压的增大先减小后增大；随着工作气压的增大而增大。
　　在综合分析TiNi合金表面DLC膜的组织结构－性能－制备工艺之间内在联系的基础上，阐明了决定DLC膜提高TiNi合金表面力学性能，改善生物相容性的本质。在脉冲偏压20kV，工作气压0.02Pa下制备的DLC膜的sp3/sp2比值高，纳米硬度高，承载能力强，膜基结合力好；sp3/sp2比值越高，极化阻抗越大，耐腐蚀性能越强，因而抑制TiNi合金中Ni离子溶出的能力越强。sp3/sp2的比值越高，疏水能力越强，血小板粘附数量越少，血液相容性越好。

目录

TiNi 合金表面DLC 膜的组织结构与腐蚀行为和血液相容性

MICROSTRUCTURE AND CORROSION BEHAVIOR AND

摘要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 TiNi 合金的性能特点和生物医学应用

1.2.1 TiNi 合金的性能特点

1.2.2 TiNi 合金的生物医学应用

1.2.3 TiNi 合金的血管支架

1.3 TiNi 合金的腐蚀行为

1.3.1 TiNi 合金的体内外腐蚀

1.3.2 TiNi 合金的Ni 离子析出

1.4 TiNi 合金的生物相容性

1.4.1 TiNi 合金的生物相容性（体外）

1.4.2 TiNi 合金的生物相容性（体内）

1.5 TiNi 合金的表面修饰

1.6 DLC 膜的性能及应用

1.7 DLC 膜的腐蚀行为和生物相容性

1.7.1 DLC 膜的耐腐蚀性

1.7.2 DLC 膜的细胞毒性

1.7.3 DLC 膜的血液相容性

1.8 金属材料表面DLC 膜存在的问题及对策

1.9 选题意义及主要研究内容

1.9.1 选题意义

1.9.2 主要研究内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1 TiNi 合金基体制备

2.2 DLC 膜的制备

2.3 DLC 膜表面特性和微观结构分析

2.4 力学性能测试

2.5 腐蚀性能测试

2.6 血液相容性试验

2.6.1 动态凝血时间和凝血率测试

2.6.2 血小板粘附和疏水性能测试

2.6.3 蛋白质表面吸附实验

第3章 TiNi 合金表面DLC 膜的表面特性和微观组织结构

3.1 引言

3.2 DLC 膜截面形貌和膜厚

3.3 DLC 膜的表面形貌与粗糙度

3.3.1 DLCg 膜的表面形貌和粗糙度

3.3.2 DLCa 膜的表面形貌和粗糙度

3.4 DLC 膜的化学结构

3.5 DLC 膜的XPS C1s 谱峰

3.6 DLC 膜的深层分析

3.7 本章小结

第4章 TiNi 合金表面DLC 膜的力学性能

4.1 引言

4.2 DLC 膜的纳米硬度和弹性模量

4.2.1 DLCg 膜的纳米硬度和弹性模量

4.2.2 DLCa 膜的纳米硬度和弹性模量

4.3 TiNi 合金基体与DLC 膜之间的结合力

4.4 本章小结

第5章 TiNi 合金表面DLC 膜的腐蚀行为

5.1 引言

5.2 DLC 膜的开路电位

5.3 DLC 膜的电化学阻抗谱

5.4 DLC 膜的动电位极化曲线

5.5 DLC 膜对TiNi 合金Ni 离子溶出的影响

5.6 DLC 膜的腐蚀形式

5.6.1 点腐蚀

5.6.2 均匀腐蚀

5.7 本章小结

第6章 TiNi 合金表面DLC 膜的血液相容性

6.1 引言

6.2 DLC 膜的溶血率

6.3 DLC 膜的动态凝血时间

6.4 DLC 膜的血小板粘附

6.4.1 DLCa 膜的血小板粘附

6.4.2 DLCg 膜的血小板粘附

6.5 DLC 膜的疏水性能

6.6 DLC 膜的表面蛋白质吸附

6.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

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致谢

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