【摘 要】
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近等原子比NiTi合金因其独特的形状记忆效应、超弹性和高阻尼性而被广泛应用于生物医学领域,但将含镍材料植入人体仍需谨慎,因为NiTi合金表面的单质镍和富镍化合物的存在为潜在的镍离子释放提供了来源,从而引发对人体系统的过敏和不良反应的风险。此外,植入体表面的过度腐蚀增强了镍离子的释放。而且,作为骨替代材料,NiTi合金不能与人骨直接结合,生物活性差。因此,提高NiTi合金的耐蚀性以及生物活性是非常重
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近等原子比NiTi合金因其独特的形状记忆效应、超弹性和高阻尼性而被广泛应用于生物医学领域,但将含镍材料植入人体仍需谨慎,因为NiTi合金表面的单质镍和富镍化合物的存在为潜在的镍离子释放提供了来源,从而引发对人体系统的过敏和不良反应的风险。此外,植入体表面的过度腐蚀增强了镍离子的释放。而且,作为骨替代材料,NiTi合金不能与人骨直接结合,生物活性差。因此,提高NiTi合金的耐蚀性以及生物活性是非常重要的。羟基磷灰石(HA)是人体骨骼的主要无机成分,具有良好的生物相容性和成骨性。在NiTi合金表面覆盖一层羟基磷灰石,不改变NiTi合金的优良力学性能的同时,还能使其具有HA的优良生物活性和生物相容性。本文先通过研究微弧氧化电参数(电压、频率、时间)、Al2O3添加剂浓度对微弧氧化陶瓷层的耐蚀性的影响,确定了较优的微弧氧化实验方案。再利用双辉等离子渗金属技术与微弧氧化—水热合成技术相结合在NiTi合金表面制备了具有生物活性的HA涂层,通过SEM及EDS研究了涂层的表面形貌、成分,并利用电化学工作站研究了耐腐蚀性,利用接触角测量仪研究了润湿性能,并对其进行浸泡实验,对浸泡后试样的表面形貌、相结构以及质量变化进行了研究。得出以下结论:(1)当微弧氧化电压为260 V,频率为500 Hz,时间为30 min,Al2O3添加剂浓度为6 g/L时,微弧氧化陶瓷涂层的耐蚀性最好。水热处理后(180℃,8 h),表面由粗糙多孔状形貌变为相对光滑且低孔隙率的形貌,且耐蚀性也得到提高。(2)渗Ti合金层均匀致密、成分呈梯度分布。经过渗Ti处理后,表面硬度由380HV0.1提高到1033 HV0.1。以渗Ti合金层作为前驱体,制备了PSA-MAO(渗金属-微弧氧化)样品、PSA-MAO-HS(渗金属-微弧氧化-水热)样品、PSA-MAO-Al-HS(渗金属-含纳米Al2O3微弧氧化-水热)样品等。PSA-MAO样品表面为粗糙多孔状形貌,PSA-MAO-HS样品和PSA-MAO-Al-HS样品表面非常平整且没有孔洞出现。其中,PSA-MAO-HS样品表面生成了尺寸较小的的HA聚集产物,PSA-MAO-Al-MAO样品表面被大量针尖状和柱状HA覆盖。XRD结果表明,PSA-MAO样品未生成HA,PSA-MAO-HS样品和PSA-MAO-Al-HS样品表面均生成了HA。(3)电化学腐蚀测试结果表明,处理之后的样品的耐腐蚀性比基体有着不同程度的提高,其中PSA-MAO-Al-HS样品的耐蚀性最好。接触角测量结果表明,PSA-MAO-Al-HS样品的润湿性能最好。(4)浸泡结果表明,不同试样浸泡后的形貌不同,通过对比发现,PSA-MAO-Al-HS样品浸泡后表面被HA完全覆盖,生物活性最好。XRD结果表明,浸泡后PSA-MAO-Al-HS样品中HA的衍射峰增强,说明HA的结晶度增高,有利于长期植入。随着浸泡时间的延长,试样的质量呈现先升高后降低的趋势。
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