医用钛及钛合金的阳极氧化工艺研究

摘要

本文采用阳极氧化法对医用纯钛(TA2)和钛合金(Ti-5Al-2.5Fe、Ti-6Al-7Nb)材料进行表面改性。详细研究了阳极氧化工艺参数对着色表面形貌及性能的影响规律，并最终确定了阳极氧化工艺的最佳参数。 采用SEM和金相显微镜观察阳极氧化膜层的组织及形貌；采用XPS测试了氧化膜层的表面成分及结构。MH-6型显微硬度计测试经不同工艺处理后的膜层表面硬度变化。采用高精度电感式表面粗糙度测量仪测试氧化膜层的表面粗糙度。 为了进一步改善氧化膜层的形貌及性能，经反复研究配制了新型的阳极氧化电解液；为稳定阳极氧化膜层，设计了特殊的后处理工艺和热氧化工艺。通过实施优化工艺，氧化膜层更加光滑、均匀、致密，氧化膜的硬度、表面粗糙度、耐磨性、膜层的结合力等各项性能均有所改善。 研究发现，电解电压是阳极氧化工艺参数中的主要影响因素，随电解电压的变化阳极氧化膜的颜色呈规律性变化。同时，电解液的成份、浓度、着色时间都对阳极氧化工艺有不同程度的影响。 本研究还采用PARSTAT2263电化学腐蚀仪器，测试了试样在Hank's模拟体液中的腐蚀行为。测试结果表明，阳极氧化后再经特殊后处理和热氧化工艺都能使氧化膜层的耐蚀性明显提高。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1生物医用材料

1.1.1生物医用材料的定义

1.1.2生物医用材料的基本性能要求

1.1.3生物医用材料的生物相容性

1.1.4生物医用材料的分类

1.2医用钛及钛合金

1.3钛及钛合金的表面改性

1.3.1钛及钛合金表面改性的发展历史

1.3.2提高表面活性

1.3.3提高表面耐磨性

1.4钛及钛合金氧化着色工艺

1.4.1气氛加热氧化法

1.4.2化学氧化法

1.4.3阳极氧化法

1.5选题的背景和研究内容

1.5.1选题背景

1.5.2研究内容

第二章医用钛及钛合金的阳极氧化工艺

2.1引言

2.2实验内容

2.2.1实验材料

2.2.2实验主要试剂

2.2.3实验方法

2.2.4微观分析方法

2.3实验结果与讨论

2.3.1阳极氧化电解方式的选择

2.3.2氧化前后膜层的形貌观察

2.3.3影响阳极氧化膜层质量的工艺因素研究

2.3.4阳极氧化的反应机理

2.4本章小结

第三章氧化膜层的性能表征

3.1引言

3.2实验内容

3.2.1氧化膜层成份分析

3.2.2氧化膜层性能测试方法

3.3实验结果与讨论

3.3.1氧化膜的光电子能谱(XPS)分析

3.3.2氧化膜层的表面显微硬度测试

3.3.3氧化膜层的耐磨性测试

3.3.4氧化膜层的结合力测试

3.3.5氧化膜层的表面粗糙度测试

3.4本章小结

第四章着色钛材的腐蚀行为研究

4.1引言

4.2实验内容

4.2.1试样制备

4.2.2 HANK'S模拟体液配制

4.2.3电化学测试参数及方法

4.3实验结果与讨论

4.3.1电解电压对耐蚀性的影响

4.3.2电解方式对耐蚀性的影响

4.3.3后处理工艺对耐蚀性的影响

4.3.4氧化工艺对耐蚀性的影响

4.3.5耐腐蚀性机理探讨

4.4本章小结

第五章全文结论

参考文献

发表论文情况

致谢