论文部分内容阅读
钛及其合金由于具有良好的力学性能、化学稳定性以及生物相容性,因此被广泛应用于生物材料中。但是当钛合金作为植入物植入生物体后,不能直接诱导磷灰石的形成。同时由于较差的耐磨性会导致合金释放对人体有害的金属离子(如Al、V离子等),使人体产生炎症。因此开发新型钛合金以及对现有钛合金进行表面处理是当前研究的重点。本课题选用的Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)新型钛合金,与常见的TC4合金相比,具有弹性模量小、生物毒性小等优点。本文选用微弧氧化表面处理技术对TLM合金表面进行氧化处理。在磷酸盐电解液体系下研究了 Ca(CH3COO)2、EDTA浓度以及占空比、电流密度、氧化时间五个主要工艺参数对TLM合金微弧氧化膜基本性能的影响,确定了一组工艺参数范围。通过模拟体液(SBF)体外浸泡实验对膜层体外性能、耐蚀性以及润湿性进行了分析,研究了不同的工艺参数对膜层体外性能的影响,确定了另一组工艺参数。最后综合分析膜层基本性能及体外性能得出最佳工艺参数范围。通过研究微弧氧化工艺对膜层基本性能的影响得出,当EDTA浓度为21.94g/L,Ca(CH3COO)2浓度为17.62g/L,占空比为30%-50%、电流密度为8-10A/dm2、氧化时间为30-40min时,膜层表面孔洞大小适中,分布均匀,膜层厚度均达到35μm,硬度均高于275HV,膜层表面Ca/P 比最接近1.67,膜层与基体结合力强度为26.5N。研究微弧氧化工艺参数对膜层体外性能的影响,确定膜层体外性能最优时的工艺参数。膜层经过SBF浸泡之后,表面有羟基磷灰石生成,表明膜层具有很好的生物活性。综合膜层的体外性能分析,确定体外性能最佳的基本工艺参数:占空比为40-50%、电流密度为10A/dm2、氧化时间为40-50min,此时膜层表面生物活性以及润湿性均较好。极化曲线分析可得,膜层的Icorr为4.9191±0.0378×10-7A·cm-2,基体的Icorr为3.7683±0.0412× 10-6A cm-2,膜层的 Ecorr 为-0.4117±0.0312V,基体的 Ecorr 为-0.6038±0.0128V,因此膜层具有更好的耐腐蚀性。在电化学阻抗分析中,模拟了基体合金与膜层的等效电路图,膜层内层电阻值为9.16×103 MΩ·cm2,表明膜层良好的耐蚀性主要取决于内层紧密层。综合分析膜层基本性能以及体外性能得出最佳工艺参数范围:占空比为40-50%、电流密度为10A/dm2、氧化时间为40min。