论文部分内容阅读
多孔Ti-Mo合金除了具备钛合金优异的耐蚀性和生物相容性,还具有其β型钛合金特有的更低的与人体骨骼更为接近的弹性模量,且不含毒副元素。同时三维连通的孔隙结构能够有效的降低弹性模量,避免“应力遮挡”效应;有助于骨细胞的粘附与长入,形成机械性联锁从而实现生物固定;还有助于体液和营养物质的运输和传送,促进人体血管和肌肉等组织的再生与重建。然而,多孔Ti-Mo合金属于生物惰性金属材料,植入后难以与周围组织形成直接的化学键合。本文采用微波烧结制备了医用多孔Ti-Mo合金,研究了烧结温度、Mo含量和造孔剂含量及粒径对多孔Ti-Mo合金显微组织结构的影响规律;探讨了工艺参数及孔隙结构对多孔TiMo合金的机械力学性能、耐蚀性和摩擦磨损行为的影响;同时对多孔Ti-Mo合金进行碱溶液水热处理,评价其在SBF溶液中诱导羟基磷灰石的能力。研究表明,微波烧结制备的多孔Ti-Mo合金由α和β两相组成。随着烧结温度的升高,多孔Ti-Mo合金的β-Ti衍射峰强度逐渐增强,α-Ti衍射峰相对减弱,孔隙率随之减小,并且得出1050℃为最佳烧结温度。随着Mo添加量的增加,β-Ti含量增加,原生孔隙增多,原始孔隙的孔径为20~30μm左右,孔隙率增大。造孔剂对其物相未造成明显影响,但随着造孔剂NH4HCO3含量的增加,其孔隙率增大。随着造孔剂NH4HCO3粒径的增大,合金孔径明显变大,孔隙率变化不明显。随着烧结温度的升高,多孔Ti-Mo合金的抗压强度、弹性模量和洛氏硬度均呈上升趋势,而体积磨损率呈减小趋势。同时,抗弯强度先增强后减小,在1050℃时达到最大。随着孔隙率的增加,多孔Ti-Mo合金的抗弯强度、弹性模量和抗压强度均逐渐减小,体积磨损率剧烈增加。随着Mo含量的增加,多孔Ti-Mo合金的孔隙率随之增加,其力学性能的变化趋势与孔隙率增加的变化趋势一致。随着平均孔径的增大,多孔Ti-Mo合金的压缩强度缓慢递减,弹性模量先上升后下降,抗弯强度变化不大,体积磨损率减小。随着烧结温度的升高和孔隙率的降低,多孔Ti-Mo合金在Hank’s溶液中的耐蚀性逐渐增加,当孔隙率从50.22%降至16.5%时,腐蚀电流密度减小了一个数量级。Mo含量和孔径对多孔Ti-Mo合金的耐蚀性无明显影响。经过3.75mol/L NaOH和0.2mol/L Ca(OH)2溶液水热处理后的多孔Ti-Mo合金,表面分别形成了Na2Ti6O13和CaTiO3。在SBF溶液中浸泡3天后开始出现CaP涂层的沉积,浸泡14天后,羟基磷灰石涂层能够完整的覆盖试样的外表面和内壁。结果表明,两种碱溶液水热处理均能提高多孔Ti-Mo合金的生物活性,使其具有HA诱导能力。