【摘 要】
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钛和钛合金由于其优良的机械性能和生物学性能而被广泛应用于生物医用材料领域,尤其是在骨科和牙科。由植入体引发的炎症和感染是钛合金医用材料临床应用所面临的重要问题。铜元素是人体内的微量元素,此外还是无机抗菌剂中具有较强抗菌性的元素之一。本课题通过在纯钛中加入Cu元素制备了 Ti-3Cu和Ti-5Cu两种不同成分的钛铜合金。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS
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钛和钛合金由于其优良的机械性能和生物学性能而被广泛应用于生物医用材料领域,尤其是在骨科和牙科。由植入体引发的炎症和感染是钛合金医用材料临床应用所面临的重要问题。铜元素是人体内的微量元素,此外还是无机抗菌剂中具有较强抗菌性的元素之一。本课题通过在纯钛中加入Cu元素制备了 Ti-3Cu和Ti-5Cu两种不同成分的钛铜合金。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、维氏硬度计、接触角仪和激光共聚焦显微镜研究了表面处理对钛铜合金表面的物理化学性质的影响,采用电感耦合等离子质谱仪和电化学工作站研究了表面处理对钛合金耐蚀性能的影响,采用金黄色葡萄球菌进行细菌实验,通过平板计数法、细菌活死染色和细菌形态观察评价表面处理对合金抗菌性的影响并分析其抗菌机理。主要进行了以下几方面的研究:使用氢氟酸、硝酸和水按1:2:50配制的混合酸溶液对Ti-3Cu和Ti-5Cu合金进行表面选择性酸蚀处理,酸蚀后表面第二相数量显著增多,表面粗糙度略微变大,接触角变小,亲水性小幅度提升。电化学实验结果表明,表面酸蚀处理后合金的耐蚀性小幅度下降,铜离子短时溶出浓度显著增高,并在7天后铜离子释放速度稳定在较低水平。经过酸蚀处理,Ti-3Cu合金抗菌率（79%）和Ti-5Cu合金抗菌率（87%）均提升至99%以上,且长期浸泡后抗菌性能仍然良好。通过调节阳极氧化电压和时间可以改变钛铜合金表面的着色效果,Ti-5Cu的阳极氧化膜普遍较纯钛表面氧化膜颜色更深。研究发现氧化电压为着色的主要影响因素,延长阳极氧化时间可以在不改变原色的基础上加深氧化膜颜色。XRD及XPS实验结果显示阳极氧化处理使合金表面形成了钛和铜的氧化物;随着电压升高、氧化时间变长,粗糙度变大,亲水性变好,合金耐蚀性先上升后小幅度下降,铜离子的溶出浓度增大;抗菌实验结果表明,阳极氧化处理并不能赋予纯钛抗菌性,但是却显著提高了钛铜合金的抗菌性能,Ti-5Cu合金经过不同阳极氧化处理工艺后抗菌率均大于99%,在扫描电子显微镜下观察到样品表面细菌细胞壁破损,形态较差。
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