316L不銹鋼表面載藥微坑制備及機(jī)理研究.pdf

1、本文采用低溫熔融鹽電鍍/陽(yáng)極氧化和磁控濺射沉積/陽(yáng)極氧化兩種復(fù)合工藝在醫(yī)用316L不銹鋼表面制備了微米級(jí)和亞微米級(jí)載藥微坑，并系統(tǒng)研究鋁鍍層結(jié)構(gòu)、鋁鍍層厚度以及陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)對(duì)微坑結(jié)構(gòu)、密度及尺寸分布等的影響規(guī)律以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。深入探討了不同結(jié)構(gòu)微坑的形成機(jī)制，并初步研究了微坑結(jié)構(gòu)對(duì)不銹鋼表面血液相容性的影響。
　　利用掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜和 X射線衍射技術(shù)對(duì)不銹鋼表面在不同制備工藝下獲得的鋁鍍層的表面形貌、

2、成分和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明熔融鹽電鍍法和磁控濺射法制備的鋁鍍層組織結(jié)構(gòu)分別主要受電流密度和基體負(fù)偏壓影響。利用磁控濺射技術(shù)制備的鋁鍍層較熔融鹽電鍍鋁鍍層的顆粒更為細(xì)小、組織更為致密。利用掃描電子顯微鏡對(duì)上述兩種方法制備的微坑形貌進(jìn)行分析，結(jié)果表明不銹鋼表面形成兩種具有典型特征的微坑：一種是其內(nèi)部由大量細(xì)小微坑組成，且基體受到不同程度的腐蝕的微坑，本文稱(chēng)其為復(fù)合微坑；另一種是在基體上均勻分布的，內(nèi)部無(wú)細(xì)小微坑結(jié)構(gòu)的微坑，本文稱(chēng)其為常

3、規(guī)微坑。
　　低溫熔融鹽電鍍/陽(yáng)極氧化工藝在不銹鋼表面制備微坑時(shí)所需陽(yáng)極氧化電壓較低，且微坑形狀主要受鋁鍍層形貌的影響，當(dāng)鋁鍍層形貌以片狀為主時(shí)，不銹鋼表面主要形成圓形或橢圓形規(guī)則微坑；當(dāng)鍍鋁層形貌以粒狀結(jié)構(gòu)為主時(shí)，不銹鋼表面主要形成方形規(guī)則微坑；且微坑尺寸均隨著陽(yáng)極氧化電壓的升高和陽(yáng)極氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。
　　磁控濺射沉積/陽(yáng)極氧化法在不銹鋼表面制備的微坑的形狀、尺寸及數(shù)量與鋁鍍層的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。當(dāng)鍍層中顆粒大小不均，尺

4、寸分布在1.0~2.5μm之間，且顆粒之間有一定的孔隙和缺陷時(shí)，不銹鋼表面形成大量開(kāi)口尺寸在30~100μm的不均勻分布的復(fù)合微坑；當(dāng)鋁鍍層顆粒大小趨向一致，顆粒尺寸在2μm左右，顆粒之間出現(xiàn)明顯的銜接，鍍層孔隙率顯著下降時(shí)，不銹鋼表面形成均勻致密的方形規(guī)則微坑，且微坑有較明顯的晶體學(xué)取向，呈現(xiàn)出小平面特征；當(dāng)鋁鍍層均勻致密，顆粒尺寸在1μm左右時(shí)，不銹鋼表面易形成圓形規(guī)則微坑，微坑的開(kāi)口尺寸隨陽(yáng)極氧化參數(shù)的改變，可在0.2~3μm之間

5、進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)鋁鍍層呈疏松多孔結(jié)構(gòu)時(shí)，不銹鋼基體表面形成大量開(kāi)口尺寸在50~100μm之間的復(fù)合微坑。不銹鋼表面形成微坑的特征除了受鋁鍍層形貌影響之外，還受鋁鍍層厚度、陽(yáng)極氧化電壓、陽(yáng)極氧化溫度及時(shí)間等諸多因素的控制，而各因素之間又相互關(guān)聯(lián)相互制約。在相同的陽(yáng)極氧化溫度/電壓下，不銹鋼表面規(guī)則微坑向復(fù)合微坑轉(zhuǎn)變的臨界陽(yáng)極氧化電壓/溫度值隨著鋁鍍層厚度的增加而增加。具有相同鋁鍍層厚度的試樣在相同陽(yáng)極氧化電壓和陽(yáng)極氧化溫度下，微坑的特征又受到

6、陽(yáng)極氧化時(shí)間的控制。通過(guò)改變電解液種類(lèi)、陽(yáng)極氧化參數(shù)都會(huì)對(duì)基體表面微坑形貌、尺寸及數(shù)量產(chǎn)生顯著影響。
　　通過(guò)對(duì)以上方法形成的微坑的形貌及其形成過(guò)程的詳細(xì)分析，提出兩種典型微坑的形成機(jī)制。對(duì)于復(fù)合微坑而言，陽(yáng)極氧化初期微孔優(yōu)先在鋁鍍層的某些缺陷處生成，并以這些缺陷為中心，在一定尺度范圍內(nèi)優(yōu)先發(fā)展形成微孔群。缺陷中心處微孔向基體發(fā)展速率最快，四周依次減弱。這些微孔相繼通過(guò)Al/316L界面與基體接觸，在基體表面形成微小腐蝕坑，小尺寸

7、腐蝕坑迅速匯聚在一起，在不銹鋼表面形成內(nèi)部具有無(wú)數(shù)微小孔洞特征的復(fù)合微坑。316L不銹鋼基體上圓形規(guī)則微坑形成過(guò)程經(jīng)歷了鋁鍍層表面陽(yáng)極氧化微孔的均勻形成、穩(wěn)定生長(zhǎng)、到達(dá)316L不銹鋼基體并在相應(yīng)位置腐蝕出微坑、基體上微坑快速合并長(zhǎng)大及基體快速腐蝕等階段。
　　血液相容性研究結(jié)果表明，當(dāng)不銹鋼表面微坑尺寸在0.5~2.0μm之間時(shí)，能有效減少不銹鋼表面血小板黏附數(shù)量，同時(shí)能提高316L不銹鋼表面親水性，改善316L不銹鋼表面的血液相