本文關(guān)鍵詞：無(wú)Ni型Ti基非晶合金的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： 無(wú)Ni型Ti基非晶 生物材料 熱穩(wěn)定性 耐腐蝕性 血液相容性

【摘要】：目前,Ti基非晶合金因其優(yōu)異的力學(xué)性能及良好的抗腐蝕能力,逐漸成為生物材料中較為熱門(mén)的一類(lèi)。但是在已開(kāi)發(fā)出的性能良好的Ti基非晶合金中,大多存在生物安全性較差的金屬元素Ni、Be等,或存在一些貴金屬元素,如Pd、Ag等。作為生物材料長(zhǎng)期植入人體后,Ni、Be元素會(huì)對(duì)人體組織器官等產(chǎn)生危害,含量過(guò)高可致命。因此有必要通過(guò)成分優(yōu)化改善Ti基非晶合金的生物安全性,希望能夠在不降低非晶合金玻璃形成能力的情況下,制備出安全可靠且成本較低的無(wú)Ni型Ti基非晶合金。使得Ti基非晶合金能夠真正運(yùn)用到生物醫(yī)用領(lǐng)域,為人類(lèi)的健康做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。眾所周知,微合金化即能提高非晶合金的玻璃形成能力,同時(shí)也能改善非晶合金的耐腐蝕性能。本文基于Ti基非晶合金研究現(xiàn)狀,結(jié)合微合金化在鈦合金材料中的應(yīng)用,以制備性能良好的無(wú)Ni型Ti基非晶合金為最終目標(biāo),選擇綜合性能較好的Ti_(40)Cu_(39)Zr_(10)Ni_(11)非晶合金作為母合金,結(jié)合Inoue經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則,挑選成本較低且性能較好的Sn元素和Fe元素添加并取代Ni元素,采用單輥甩帶法制備出一系列Ti_(40)Cu_(39)Zr_(10)Ni_(11)-xMx(M=Sn,Fe;x=0,3,7,11 at%)非晶合金薄帶。使用X射線衍射儀(XRD)和差示掃描量熱儀(DSC)分析了低Ni及無(wú)Ni型非晶合金的組織以及熱穩(wěn)定性,結(jié)合電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和掃描電鏡(SEM)對(duì)成分優(yōu)化后的非晶合金在模擬體液中的生物耐蝕性能進(jìn)行初步評(píng)價(jià),選取無(wú)Ni型Ti40Cu39Zr10Sn11、Ti40Cu39Zr10Fe11及母合金進(jìn)行X射線光電子能譜(XPS)分析,探究表面鈍化膜成分對(duì)Ti基非晶合金的生物耐蝕性能影響,最終通過(guò)動(dòng)態(tài)凝血及溶血試驗(yàn)初步判斷無(wú)Ni型Ti基非晶合金的血液相容性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷無(wú)Ni型非晶合金試樣是否具有作為生物材料應(yīng)用的可行性。研究結(jié)果表明:(1)在Ti_(40)Cu_(39)Zr_(10)Ni_(11)非晶體系中添加Sn元素后,合金試樣均表現(xiàn)為完全的非晶態(tài)結(jié)構(gòu),Sn元素的添加使得非晶合金體系的熱穩(wěn)定性基本不變,而生物耐蝕性能有所提高。對(duì)于無(wú)Ni型Ti40Cu39Zr10Sn11非晶合金,其過(guò)冷液相區(qū)ΔTx為37K,玻璃形成能力也稍有提高。生物耐蝕性能的提高表現(xiàn)為極化過(guò)程中自腐蝕電位的右移以及自腐蝕電流密度的降低,Ti40Cu39Zr10Sn11非晶合金具有最寬的鈍化區(qū)間以及較高的自腐蝕電位,表明其具有較好的生物耐蝕性能。(2)同樣Fe元素的添加,非晶體系均表現(xiàn)為非晶結(jié)構(gòu)。Fe元素的添加使得非晶合金的熱穩(wěn)定性基本不變,當(dāng)Fe元素完全取代Ni元素后,無(wú)Ni型Ti40Cu39Zr10Fe11非晶合金的過(guò)冷液相區(qū)ΔTx為35 K。其在PBS溶液中的耐蝕性能相對(duì)于母合金以及Ti40Cu39Zr10Sn11非晶合金,自腐蝕電位更大,鈍化區(qū)間更寬。SEM圖像中,Ti40Cu39Zr10Fe11非晶合金表面點(diǎn)蝕坑較少且腐蝕程度較淺。說(shuō)明兩種無(wú)Ni型非晶合金在模擬體液中均具有優(yōu)異的耐蝕性能。(3)XPS分析表明,相比Ti_(40)Cu_(39)Zr_(10)Ni_(11)母合金,這兩種非晶合金表面鈍化膜中均含有較高的TiO2和Zr O2,并且Cu2O含量較低,這是其耐蝕性能得到提高的主要原因,同時(shí)較高價(jià)態(tài)的Sn、Fe元素,能夠較好地保護(hù)非晶合金表面的鈍化膜,使其免受腐蝕。而Ti40Cu39Zr10Fe11非晶合金中PO43-含量的降低,使其具有比Ti40Cu39Zr10Sn11非晶合金更強(qiáng)的耐蝕性能。動(dòng)態(tài)凝血及溶血率測(cè)試表明,這兩種無(wú)Ni型非晶試樣均具有良好的血液相容性,有應(yīng)用在生物醫(yī)用領(lǐng)域的潛力。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)Ni型Ti基非晶 生物材料 熱穩(wěn)定性 耐腐蝕性 血液相容性
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 非晶態(tài)材料的發(fā)展歷史11-13
• 1.2 非晶態(tài)材料的形成機(jī)理、制備方法及表征13-19
• 1.2.1 非晶態(tài)材料的形成機(jī)理13-15
• 1.2.2 非晶態(tài)材料的制備方法15-16
• 1.2.3 非晶態(tài)材料的表征16-19
• 1.3 生物非晶合金的研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 鈦基生物非晶合金19-21
• 1.3.2 鋯基生物非晶合金21-22
• 1.3.3 鐵、鎂基生物非晶合金22
• 1.4 非晶合金表面鈍化膜成分研究現(xiàn)狀22-23
• 1.5 生物非晶合金遇到的瓶頸及發(fā)展趨勢(shì)23-24
• 1.6 本課題的研究目的、意義及內(nèi)容24-26
• 1.6.1 研究目的及意義24
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容24-26
• 第二章 試驗(yàn)材料、設(shè)備及方法26-32
• 2.1 試驗(yàn)材料26-27
• 2.1.1 合金原材料成分及配比26
• 2.1.2 合金表面清潔試劑26-27
• 2.1.3 試驗(yàn)溶液成分及配比27
• 2.2 非晶合金樣品的制備27-28
• 2.2.1 母合金的熔煉27
• 2.2.2 非晶合金的制備27-28
• 2.3 試驗(yàn)測(cè)試與分析方法28-31
• 2.3.1 X射線衍射分析（XRD）28-29
• 2.3.2 差示掃描量熱分析（DSC）29
• 2.3.3 電化學(xué)行為測(cè)試29
• 2.3.4 掃描電子顯微分析（SEM）29
• 2.3.5 X射線光電子能譜分析（XPS）29-30
• 2.3.6 體外動(dòng)態(tài)凝血測(cè)試30
• 2.3.7 溶血測(cè)試30-31
• 2.4 試驗(yàn)流程圖31-32
• 第三章 Sn元素添加對(duì)TiCuZrNi非晶熱穩(wěn)定性和耐蝕性能的影響32-38
• 3.1 引言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論32-37
• 3.2.1 Sn元素添加對(duì)TiCuZrNi非晶合金結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響32-34
• 3.2.2 Sn元素添加對(duì)TiCuZrNi非晶合金生物耐蝕性能的影響34-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 Fe元素添加對(duì)TiCuZrNi非晶熱穩(wěn)定性和耐蝕性能的影響38-44
• 4.1 引言38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-42
• 4.2.1 Fe元素添加對(duì)TiCuZrNi非晶合金結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響38-40
• 4.2.2 Fe元素添加對(duì)TiCuZrNi非晶合金生物耐蝕性能的影響40-42
• 4.3 本章小結(jié)42-44
• 第五章 TiCuZrSn(Fe)非晶合金表面鈍化膜成分和血液相容性研究44-51
• 5.1 引言44
• 5.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論44-49
• 5.2.1 表面鈍化膜成分對(duì)非晶合金耐蝕性能的影響研究44-47
• 5.2.2 TiCuZrSn(Fe)非晶合金血液相容性研究47-49
• 5.3 本章小結(jié)49-51
• 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-62
• 致謝62-63
• 附表A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文63

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3 本報(bào)記者 倪e，

本文編號(hào)：1087885