本文關(guān)鍵詞： NiTi合金 陽極氧化 納米多孔 氧化鈦 耐腐蝕性　出處：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域,純鈦及鈦合金被普遍認(rèn)為是最具有前途的候選材料。其中,純鈦具有優(yōu)異的生物相容性和耐腐蝕性,但這種金屬的強(qiáng)度及耐磨性相比不銹鋼等醫(yī)用合金較差。近等原子比NiTi合金相比純鈦有著優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性,并且具有獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)和超彈性,其楊氏彈性模量在所有已知醫(yī)用合金中為最低、最貼近人體骨骼彈性模量值。然而醫(yī)用NiTi合金中的Ni元素具有嚴(yán)重的細(xì)胞毒性和致癌性,這一缺陷嚴(yán)格限制了NiTi形狀記憶合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。針對以上情況,人們對鈦及鈦合金進(jìn)行了各種表面改性研究,通過調(diào)整材料表面的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高生物活性和減少有毒元素釋放(鎳鈦合金)的目標(biāo)。本文研究了在醫(yī)用純鈦和鎳鈦形狀記憶合金表面獲得連通多孔氧化層的陽極氧化工藝,通過掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、X射線光電子能譜儀等系統(tǒng)研究了表面改性對試樣表面組織結(jié)構(gòu)和成分的影響,并通過電化學(xué)循環(huán)極化測試和SBF模擬體液浸泡測試評價了陽極氧化表面改性后NiTi形狀記憶合金的耐腐蝕性能,研究表明:在含有F-的乙二醇基溶液中對NiTi形狀記憶合金進(jìn)行改性后,樣品表面生成了較規(guī)則的連通多孔氧化層,孔層厚度達(dá)若干微米,且氧化層Ni含量較基體明顯降低。電化學(xué)測試和SBF模擬體液測試結(jié)果顯示,經(jīng)陽極氧化表面改性的Ni Ti合金表面耐腐性提高,Ni元素在模擬體液環(huán)境中的溶出量受到有效抑制。采用類似的陽極氧化工藝對純鈦進(jìn)行不同的陽極氧化處理后,試樣表面均生成排列整齊的銳鈦礦相納米管陣列氧化層。綜上所述,一定的陽極氧化表面改性處理能在NiTi形狀記憶合金表面獲得具有低Ni含量和連通多孔結(jié)構(gòu)的氧化保護(hù)層,可以有效改善Ni Ti合金的生物活性;而純鈦表面經(jīng)類似陽極氧化處理后則一般獲得納米管陣列結(jié)構(gòu)。同時本文還研究了非等原子比鎳鈦合金的陽極氧化行為,藉此探討了連通多孔結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。
[Abstract]:In the field of biomedical materials, pure titanium and titanium alloys are generally considered as the most promising candidate materials. Among them, pure titanium has excellent biocompatibility and corrosion resistance. However, the strength and wear resistance of this metal are worse than those of medical alloys such as stainless steel. The near isatomic NiTi alloy has better mechanical strength and wear resistance than pure titanium. It has unique shape memory effect and superelasticity, and its Young's modulus of elasticity is the lowest of all known medical alloys. However, the Ni element in medical NiTi alloy has serious cytotoxicity and carcinogenicity. This defect severely limits the application of NiTi shape memory alloys in the medical field. In view of the above situation, various surface modification studies have been carried out on titanium and titanium alloys. Further enhancement of biological activity and reduction of toxic element release by adjusting the microstructure and chemical composition of the surface of the material (Ni-Ti alloy). In this paper, the anodic oxidation process of porous oxide layer on the surface of medical pure titanium and nickel titanium shape memory alloy was studied. The effects of surface modification on the surface structure and composition of the samples were studied by means of scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffractometer (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The corrosion resistance of NiTi shape memory alloy modified by anodized surface was evaluated by electrochemical cyclic polarization test and SBF simulated body fluid immersion test. The results showed that after modification of NiTi shape memory alloy in ethylene glycol solution containing F-, a regular porous oxide layer was formed on the surface of the sample, and the pore layer thickness was several microns. The results of electrochemical test and SBF simulated body fluid test showed that the corrosion resistance of Ni-Ti alloy modified by anodic oxidation was improved. The dissolution of Ni element in simulated humoral environment was effectively inhibited. Different anodic oxidation treatments were used to treat pure titanium with similar anodic oxidation process. The anatase nanotube array oxide layer was formed on the surface of the sample. A certain amount of anodized surface modification can obtain a protective layer with low Ni content and porous structure on the surface of NiTi shape memory alloy, which can effectively improve the biological activity of NiTi alloy. On the other hand, nanotube arrays were obtained by anodizing of pure titanium surface, and the anodic oxidation behavior of non-equiatomic Ni-Ti alloy was also studied, and the formation mechanism of connected porous structure was discussed.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

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本文編號：1461016