NiTi合金表面生物活性涂層的制備與表征.pdf

1、NiTi合金是一種金屬間化合物,具有獨(dú)特的物理和機(jī)械性質(zhì),如形狀記憶效應(yīng),高強(qiáng),超彈性和生物相容性等,引起廣泛的關(guān)注。NiTi合金作為醫(yī)用生物材料已廣泛應(yīng)用,但由于NiTi合金中含有約50at.％的鎳,當(dāng)NiTi合金植入人體,在生物環(huán)境下發(fā)生腐蝕,釋放出Ni2+,Ni2+會(huì)引起細(xì)胞畸變,發(fā)生致癌作用,這是NiTi合金作為生物材料的最大缺陷。針對這一缺陷,科研研究者們對醫(yī)用NiTi合金的表面改性主要集中在降低其表面Ni含量和抑制表面Ni離

2、子的溶出,以及提高NiTi合金的抗腐蝕性能等方面。
　　 本文采用電化學(xué)沉積技術(shù)在NiTi合金表面直接制各羥基磷灰石(HAP)涂層及其HAP/ZrO2、HAP/TiO2復(fù)合涂層,以提高NiTi合金的耐腐蝕性能,抑制Ni2+的析出,改善生物相容性。而且,采用熱原位氧化法和陽極氧化法在NiTi合金表面制備TiO2涂層,探討TiO2涂層的生長機(jī)制。
　　 在制備HAP涂層過程中,電解液為0.0167 M Ca(NO3)2,0.

3、01 M NH4H2PO4,調(diào)節(jié)pH為6.0。制備HAP/ZrO2,HAP/TiO2復(fù)合涂層的電解液中分別加入ZrO2,TiO2,形成懸濁液。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、紅外光譜、結(jié)合力測試、動(dòng)電位極化和電化學(xué)阻抗譜等對NiTi合金表面HAP涂層及HAP/ZrO2,HAP/TiO2復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)及其性能進(jìn)行表征,并研究了HAP涂層及其復(fù)合涂層的生長機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),ZrO2和TiO2的加入改變了羥基磷灰石的形貌,從薄片花形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成針

4、狀花形結(jié)構(gòu),而且涂層更加的致密。涂層中羥基磷灰石晶粒沿著[001]晶向,即c軸方向垂直于合金表面擇優(yōu)生長。而且,加入ZrO2、TiO2,可以增強(qiáng)涂層和NiTi合金基體的結(jié)合強(qiáng)度。通過電化學(xué)腐蝕測試,NiTi合金表面HAP/ZrO2,HAP/TiO2復(fù)合涂層的耐腐蝕性都有了很大的提高,分別提高至約60倍和50倍,均能夠有效保護(hù)NiTi合金基體受到腐蝕。因此,NiTi合金表面HAP/ZrO2,HAP/TiO2復(fù)合涂層有效的提高了NiTi合金

5、的生物相容性。
　　 在采用熱原位氧化在NiTi合金表面制各TiO2涂層的過程中,NiTi合金分別在500～800℃高溫氧化1h;在采用陽極氧化制備TiO2涂層的過程中,電解液為乙二醇和蒸餾水。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡和電化學(xué)阻抗譜等對NiTi合金表面TiO2涂層的結(jié)構(gòu)及其性能進(jìn)行表征,并研究了TiO2涂層的生長機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),在熱原位氧化中,NiTi合金表面發(fā)生選擇性氧化,生成TiO2,基本上沒有NiO生成。但隨著溫度的

6、升高,TiO2的晶型也從500℃的銳鈦礦轉(zhuǎn)變成600℃的銳鈦礦和金紅石混合晶型,最后到700℃只有金紅石。溫度高于500℃時(shí),涂層中有Ni3Ti出現(xiàn)。而且500,600℃氧化1h生成的涂層的耐蝕性大幅度下降,應(yīng)用受到限制。利用陽極氧化法在NiTi合金表面生成的TiO2涂層為無定形態(tài),190℃下水熱4h可轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦型,而且陽極氧化2h,NiTi合金的耐腐蝕性比改性前提高到25倍,能夠有效保護(hù)NiTi合金受到腐蝕,提高了NiTi合金的生物