医用钛合金表面连通多孔层的阳极氧化制备及性能研究

摘要

在生物医用材料领域，纯钛及钛合金被普遍认为是最具有前途的候选材料。其中，纯钛具有优异的生物相容性和耐腐蚀性，但这种金属的强度及耐磨性相比不锈钢等医用合金较差。近等原子比NiTi合金相比纯钛有着优良的机械强度和耐磨性，并且具有独特的形状记忆效应和超弹性，其杨氏弹性模量在所有已知医用合金中为最低、最贴近人体骨骼弹性模量值。然而医用NiTi合金中的Ni元素具有严重的细胞毒性和致癌性，这一缺陷严格限制了NiTi形状记忆合金在医学领域的应用。针对以上情况，人们对钛及钛合金进行了各种表面改性研究，通过调整材料表面的微观结构和化学组成来实现进一步提高生物活性和减少有毒元素释放(镍钛合金)的目标。
　　本文研究了在医用纯钛和镍钛形状记忆合金表面获得连通多孔氧化层的阳极氧化工艺，通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等系统研究了表面改性对试样表面组织结构和成分的影响，并通过电化学循环极化测试和SBF模拟体液浸泡测试评价了阳极氧化表面改性后NiTi形状记忆合金的耐腐蚀性能，研究表明：
　　在含有F-的乙二醇基溶液中对NiTi形状记忆合金进行改性后，样品表面生成了较规则的连通多孔氧化层，孔层厚度达若干微米，且氧化层Ni含量较基体明显降低。电化学测试和SBF模拟体液测试结果显示，经阳极氧化表面改性的NiTi合金表面耐腐性提高，Ni元素在模拟体液环境中的溶出量受到有效抑制。采用类似的阳极氧化工艺对纯钛进行不同的阳极氧化处理后，试样表面均生成排列整齐的锐钛矿相纳米管阵列氧化层。
　　综上所述，一定的阳极氧化表面改性处理能在NiTi形状记忆合金表面获得具有低Ni含量和连通多孔结构的氧化保护层，可以有效改善NiTi合金的生物活性；而纯钛表面经类似阳极氧化处理后则一般获得纳米管阵列结构。同时本文还研究了非等原子比镍钛合金的阳极氧化行为，藉此探讨了连通多孔结构的形成机制。

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第一章 前言

1.1 医用纯钛

1.2 医用NiTi形状记忆合金

1.3 表面连通多孔层及其生物活性

1.4 本课题研究的意义与研究内容

第二章 材料制备与分析方法

2.1 材料制备

2.2 组织结构及成分分析

2.3 本章小结

第三章 NiTi表面连通多孔层的阳极氧化制备与性能研究

3.1 阳极氧化制备氧化物纳米阵列的机理

3.2 NiTi形状记忆合金的阳极氧化研究进展

3.2 NiTi表面连通多孔层的结构性能研究

3.4 本章小结

第四章 NixTi1-x的阳极氧化表面改性研究

4.1 NixTi1-x合金的制备与阳极氧化处理

4.2 纯钛阳极氧化行为探究

4.3 NixTi1-x合金阳极氧化处理后的表面形貌特征

4.4 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 本文结论

5.2 研究展望

致谢

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