常規(guī)和大變形生物醫(yī)用純鈦材微弧氧化及水熱處理表面改性研究.pdf

1、一直以來，生物醫(yī)用金屬材料的表面改性技術(shù)的研究課題備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。大變形純鈦材因其具有高強度、不含對人體有害的元素，而且具有良好的生物相容性等一系列優(yōu)點，從而被稱為新一代生物醫(yī)用金屬材料。微弧氧化是目前常用于生物醫(yī)用金屬材料表面改性的方法之一。本文以常規(guī)和大變形純鈦材(TA2)為研究對象進(jìn)行表面改性及生物相容性研究。開展的研究工作和取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　研究了微弧氧化參數(shù)對氧化表面的形貌、成分及鈣磷摩爾比的影響規(guī)律。結(jié)

2、果表明，隨著氧化時間的增加，層狀的氧化膜逐漸覆蓋整個基材的表面，氧化孔徑大小無明顯變化，氧化表面的鈣磷摩爾比呈現(xiàn)增加的趨勢;當(dāng)電解液濃度增加，電解液中鈣磷摩爾比增加時，氧化表面的鈣磷摩爾比呈現(xiàn)下降的趨勢;隨著微弧氧化電流頻率增大，氧化表面的微納米尺度孔洞的數(shù)量增加，直徑減小，氧化表面的鈣磷摩爾比呈現(xiàn)下降趨勢;隨著微弧氧化電流密度的增加氧化表面微納米尺度的孔洞數(shù)量減少，直徑增大，且電流密度過大時，氧化表面出現(xiàn)了過燒現(xiàn)象，且此時鈣磷摩爾比也

3、呈現(xiàn)減小的趨勢;隨著微弧氧化占空比的增加，氧化表面的微納米尺度孔洞數(shù)量增多，直徑也逐漸減小，但鈣磷摩爾比無明顯的變化。經(jīng)綜合分析，當(dāng)微弧氧化參數(shù)電解液中鈣磷摩爾比為2.5∶1，氧化時間為10min，占空比為15％，電流密度為25A/dm2時，常規(guī)純鈦材微弧氧化表面的鈣磷摩爾比接近標(biāo)準(zhǔn)羥基磷灰石的鈣磷摩爾比的1.67。
　　對比研究了常規(guī)和大變形純鈦材(TA2)微弧氧化表面的基礎(chǔ)理化性質(zhì)。研究結(jié)果表明:與常規(guī)純鈦材(TA2)微弧氧化

4、表面相比，大變形純鈦材(TA2)微弧氧化表面更加致密均勻，微納米尺度孔洞的數(shù)量更多，表面粗糙度值更低(2.471 vs.1.424)，抗電化學(xué)腐蝕性能更強（后者與前者的腐蝕速率比為4/5），摩擦系數(shù)較低(0.3576vs.0.3378)、膜-基結(jié)合能力更強(8N vs.17N)。經(jīng)分析，以上基礎(chǔ)理化性能的改善是由于純鈦材組織大變形后增加了晶體內(nèi)部缺陷所致。
　　研究了水熱處理對常規(guī)和大變形純鈦材(TA2)微弧氧化表面物相的影響。研

5、究表明，微弧氧化后的常規(guī)純鈦材(TA2)分別經(jīng)6h，24h，7d水熱處理后，氧化表面游離態(tài)的Ca2+、PO4-被合成了晶態(tài)的磷灰石，且隨著水熱時間的延長表面生成的晶態(tài)的磷灰石越多。當(dāng)水熱7d后，磷灰石基本覆蓋整個表面。大變形純鈦材(TA2)的微弧氧化表面在經(jīng)水熱處理7d后，表面的鈣磷摩爾比為1.68，而未經(jīng)水熱處理表面的鈣磷摩爾比為1.55。相比之下，經(jīng)水熱處理后表面的鈣磷摩爾比更接近標(biāo)準(zhǔn)的羥基磷灰石(HA)的鈣磷摩爾比1.67。

6、>　　研究了常規(guī)和大變形純鈦材(TA2)微弧氧化表面的細(xì)胞毒性，細(xì)胞增殖，細(xì)胞黏附行為。結(jié)果表明，所有試樣都是無細(xì)胞毒性的，微弧氧化處理提高了材料表面的細(xì)胞增殖能力，且大變形純鈦材(TA2)表面的細(xì)胞增殖能力強于常規(guī)純鈦材(TA2)。微弧氧化的大變形純鈦材(TA2)表面較常規(guī)純鈦材(TA2)表面黏附的細(xì)胞數(shù)多，細(xì)胞分布的均勻且細(xì)胞形態(tài)好。以上結(jié)果說明，大變形純鈦材(TA2)表面生物活性高于常規(guī)純鈦材(TA2)，微弧氧化處理提高了材料表面