生物医用TiNi形状记忆合金的制备及性能研究

摘要

TiNi合金具有优异的综合性能，是一种很有发展前景的医用金属生物材料。本文首先对生物医用材料的研究发展状况进行了概述，重点探讨了TiNi形状记忆合金在医学中的应用及其耐蚀性和生物相容性问题。通过研究热处理温度对TiNi形状记忆合金的组织及力学性能的影响，确定了合金丝的加工工艺。生物医用材料的生物相容性与其表面的状态密切相关，通过表面改性能够进一步改善TiNi形状记忆合金的表面状态，提高其生物相容性。本研究采用磁控活化溅射的方法在TiNi形状记忆合金表面沉积了TiO2薄膜，对比试验验证了覆膜TiNi形状记忆合金优良的耐蚀性及血液相容性。得到如下结论：
　　 (1)从不同退火温度TiNi形状记忆合金的组织照片上看出，晶粒呈等轴状，均匀分布。由计算可知试样在650℃退火时组织的晶粒度级别最高，晶粒最细；
　　 (2)根据试验所得TiNi形状记忆合金拉伸曲线，验证了TiNi形状记忆合金良好的力学性能。退火处理的最佳温度为650℃，可以得到937MPa的最高断裂强度，44.5％的最高伸长率和40.55％的最高断面收缩率，因此获得了最佳的强韧性能配合，符合作为生物医用材料的要求；
　　 (3)扫描电镜观察覆膜TiNi形状记忆合金断面形貌，结果表明该氧化膜分布均匀与基体结合紧密，它的主要成分为TiO2;
　　 (4)对合金进行1000次的弯曲疲劳试验之后，膜层没有脱落和掉皮现象，证明该氧化膜与基体的结合力很好：
　　 (5)对比试验验证了覆膜试样比TiNi形状记忆合金裸丝对模拟人体体液具有更好的耐蚀性能；弯曲疲劳后覆膜TiNi形状记忆合金的腐蚀电位与未进行疲劳试验的材料比较变化不大，说明其耐蚀性能仍然较好，从而适合生物医学领域的应用；
　　 (6)在相同测试条件下，与传统医用316L不锈钢相比，覆膜TiNi形状记忆合金的凝血酶时间和血浆复钙时间均比前者长，表面黏附的血小板发生变形和聚集的程度均比前者轻，表明其对内源凝血因子的激活程度较小、抗凝血性能更好。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 生物医学材料的研究发展概况及趋势

1.1.1 生物医学材料的概念

1.1.2 生物医学材料的分类

1.1.3 生物医学材料的特点

1.1.4 生物医学材料的研究发展趋势

1.2 TiNi形状记忆合金在生物医学领域的应用

1.2.1 TiNi形状记忆合金的基本性能

1.2.2 TiNi形状记忆合金的抗腐蚀性

1.2.3 TiNi形状记忆合金的生物相容性

1.2.4 TiNi形状记忆合金的表面改性

1.3 论文的研究内容及选题的意义

1.3.1 论文的研究内容

1.3.2 论文的选题意义

第2章 热处理对TiNi合金的组织及性能影响

2.1 试验仪器设备及原料

2.1.1 试验仪器与设备

2.1.2 试验试剂及原料

2.2 材料制备

2.2.1 TiNi合金丝的制备

2.2.2 试验试样的制备

2.3 分析测试方法

2.3.1 组织结构分析

2.3.2 力学性能测量

2.4 结果与讨论

2.4.1 金相组织照片

2.4.2 室温短时拉伸曲线分析

2.5 小结

第3章 TiO2覆膜TiNi合金的制备、耐蚀性及血液相容性研究

3.1 实验原理

3.1.1 磁控溅射原理

3.1.2 磁控溅射原理示意图

3.2 试验仪器设备及试剂

3.2.1 试验仪器及设备

3.2.2 试验试剂

3.3 TiO2覆膜TiNi形状记忆合金的制备

3.4 TiO2覆膜TiNi合金的性能检测

3.4.1 氧化膜的表面形貌

3.4.2 结合力试验

3.4.3 耐蚀性试验

3.4.4 血液相容性试验

3.5 结果与讨论

3.5.1 氧化膜的SEM分析

3.5.2 结合力试验结果与讨论

3.5.3 耐蚀性试验结果与讨论

3.5.4 血液相容性试验结果与讨论

3.6 小结

第4章结论

参考文献

致谢