NiTi形状记忆合金表面激光反应合成制备多孔涂层的研究

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近等原子比的NiTi形状记忆合金因其独特的形状记忆效应、超弹性和良好的生物相容性,在生物医学领域具有广泛的应用前景。在临床使用过程中,NiTi合金存在Ni元素离子释放问题,表面改性是降低Ni离子释放,改善其生物相容性的有效途径。本课题采用高功率连续波固体Nd:YAG激光在医用NiTi形状记忆合金表面制备多孔NiTi合金涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等检测设备对多孔涂层的组织形貌、成分及结构进行分析研究,采用电化学测试系统对NiTi形状记忆合金表面改性多孔涂层在模拟人体体液Hank’s溶液中的耐蚀性、电化学腐蚀性能进行研究评价。采用万能拉伸试验机测试改性样品的拉伸力学行为。利用近等原子比的NiTi合金粉末和TiH2粉末进行混合,配制含有不同重量百分比TiH2的NiTi合金粉末,通过激光辐照反应合成技术在致密NiTi形状记忆合金表面成功制备了与基体合金呈良好冶金结合的多孔涂层,优化涂层成分,可获得性能优异的多孔涂层,其涂层表面成分中Ni含量为12.5at%,明显低于基材中Ni的含量。多孔改性涂层中孔隙90%呈三维连通开放型,从而有利于体液流动,营养物质的流通,细胞和骨组织的生长及修复,因此改善植入材料的骨整合性。电化学测试结果表明,多孔涂层在37℃模拟人体体液Hank’s溶液中的电化学腐蚀性能明显提高。与致密NiTi形状记忆合金相比,钝化电流密度减小了73.7%,其自腐蚀电位提高了38.6%。力学性能测试结果表明,多孔NiTi涂层导致材料的抗拉强度和塑性降低,其抗拉强度和延伸率的下降幅度分别为36.3%,54.9%,多孔涂层的断裂机制为微孔聚集导致的韧性断裂。
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