本文關(guān)鍵詞：純鈦表面含Cu抗菌涂層制備及性能研究

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【摘要】：生物醫(yī)用鈦及其合金以其良好的生物相容性和機加工性能、高的比強度及彈性模量低等優(yōu)點，成為種植體、關(guān)節(jié)假體和手術(shù)器械等醫(yī)用器械的首選材料。然而，鈦合金表面細菌感染成為阻礙其臨床應(yīng)用的主要問題。近年來，利用表面改性技術(shù)在鈦合金表面添加銅制備抗菌涂層得到了廣泛關(guān)注。但是，抗菌涂層在使用過程中易因磨損和腐蝕而破壞并失去抗菌功能。因此，制備兼具良好耐磨性和耐腐蝕性的抗菌涂層具有著重要的現(xiàn)實應(yīng)用意義。本文采用磁控濺射鍍膜技術(shù)先在純鈦表面沉積Ti-Cu薄膜，然后分別通過微弧氧化和離子氮化技術(shù)，在純鈦表面制備Cu-TiO2和Ti-Cu-N抗菌涂層。具體研究內(nèi)容如下： 通過微弧氧化技術(shù)對沉積了Ti-Cu薄膜的純鈦進行氧化處理，制備出不同Cu含量的Cu-TiO2涂層。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、X射線光電子譜（XPS）對Cu-TiO2涂層表面形貌，相組成，元素含量，Ti、Cu化學(xué)價態(tài)進行了表征和分析。采用平板計數(shù)法和熒光染色法測定Cu-TiO2涂層抗菌性能。本實驗還對Cu-TiO2涂層的細胞毒性和耐腐蝕性能進行評價。結(jié)果表明多孔的Cu-TiO2涂層主要由金紅石和銳鈦礦型TiO2相組成，Ti、Cu分別以TiO2、CuO形式存在。在Cu含量分別為1.31、2.37at.%時，Cu-TiO2涂層對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌都展現(xiàn)出良好的抗菌性且隨改性層中Cu含量增加而提高，且未表現(xiàn)出明顯的細胞毒性，Cu-TiO2抗菌涂層的耐腐蝕性略高于純鈦基體。 通過離子氮化技術(shù)對沉積了Ti-Cu薄膜的純鈦進行氮化處理，在純鈦表面制備Ti-Cu-N抗菌涂層。利用掃描電子顯微鏡（SEM）對涂層表面形貌進行了觀察，利用輝光放電原子發(fā)射光譜儀（GDOES）和X-射線衍射（XRD）對涂層表面元素含量、相結(jié)構(gòu)進行了分析。測定了Ti-Cu-N涂層抗菌性能。同時也檢測了表面的顯微硬度和摩擦磨損性能。最后通過電化學(xué)腐蝕實驗測出Tafel曲線以及Nyquist曲線，以評估涂層的耐腐蝕性能。結(jié)果表明，Ti-Cu-N涂層表面Cu含量為1.6at.%，主要由TiN、Ti2N、TiN0.3相組成�？咕Y(jié)果發(fā)現(xiàn)Ti-Cu-N涂層在24h內(nèi)對金黃色葡萄球菌的抗菌率達到100%。氮化處理后，，材料表面顯微硬度明顯提高，約是純鈦基體的4倍。摩擦磨損實驗和電化學(xué)腐蝕實驗結(jié)果表明，Ti-Cu-N抗菌涂層具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。
【關(guān)鍵詞】：純鈦 銅 抗菌性 耐磨性 耐腐蝕性
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 鈦及鈦合金醫(yī)用材料11-15
• 1.1.1 鈦及鈦合金的結(jié)構(gòu)和性能11
• 1.1.2 鈦及鈦合金醫(yī)用材料的應(yīng)用11-14
• 1.1.3 鈦及鈦合金醫(yī)用材料存在的問題14-15
• 1.2 鈦及鈦合金醫(yī)用材料抗菌研究15-18
• 1.2.1 抗菌材料發(fā)展歷史15-16
• 1.2.2 鈦及鈦合金醫(yī)用材料抗菌研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 Cu 離子抗菌機理17-18
• 1.3 鈦及鈦合金表面改性方法18-20
• 1.3.1 離子注入法18
• 1.3.2 等離子噴涂18-19
• 1.3.3 濺射法19
• 1.3.4 激光熔覆19-20
• 1.4 醫(yī)用鈦合金微弧氧化表面改性20-21
• 1.5 醫(yī)用鈦合金離子滲氮表面改性21
• 1.6 選題的目的、意義和內(nèi)容21-23
• 1.6.1 選題的目的及意義21-22
• 1.6.2 本課題主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 純鈦表面多孔 Cu-TiO_2涂層的制備及抗菌性能研究23-47
• 2.1 前言23
• 2.2 實驗工藝流程23-24
• 2.3 實驗材料及設(shè)備24-26
• 2.3.1 實驗材料24
• 2.3.2 實驗設(shè)備24-26
• 2.4 試樣制備26-28
• 2.4.1 試樣預(yù)處理26-27
• 2.4.2 Ti-Cu 薄膜制備27
• 2.4.3 Cu-TiO_2涂層制備27-28
• 2.5 檢測方法28
• 2.5.1 掃描電鏡28
• 2.5.2 輝光放電原子發(fā)射光譜儀28
• 2.5.3 X-射線衍射28
• 2.5.4 X 射線光電子譜28
• 2.6 性能評價28-31
• 2.6.1 抗菌性28-30
• 2.6.2 細胞相容性30-31
• 2.6.3 耐腐蝕性31
• 2.7 結(jié)果分析31-44
• 2.7.1 GDOES 成分分析31-33
• 2.7.2 電壓隨時間變化關(guān)系33-34
• 2.7.3 陶瓷層表面宏觀特征34
• 2.7.4 陶瓷層微觀結(jié)構(gòu)分析34-36
• 2.7.5 XRD 物相分析36-37
• 2.7.6 XPS 元素價態(tài)分析37-39
• 2.7.7 抗菌性評價39-41
• 2.7.8 細胞相容性評價41-43
• 2.7.9 耐腐蝕性評價43-44
• 2.8 本章小結(jié)44-47
• 第三章 純鈦表面 Ti-Cu-N 抗菌涂層耐磨性和耐腐蝕性研究47-63
• 3.1 前言47
• 3.2 實驗工藝流程47-48
• 3.3 實驗材料及設(shè)備48-49
• 3.3.1 實驗材料48
• 3.3.2 實驗設(shè)備48-49
• 3.4 試樣制備49-50
• 3.4.1 試樣預(yù)處理49
• 3.4.2 Ti-Cu 薄膜制備49-50
• 3.4.3 Ti-Cu-N 涂層制備50
• 3.5 改性層組織結(jié)構(gòu)表征及性能檢測50-53
• 3.5.1 分析測試方法50-51
• 3.5.2 性能測試51-53
• 3.6 結(jié)果與分析53-61
• 3.6.1 微觀結(jié)構(gòu)分析53-54
• 3.6.2 GDOES 成分分析54
• 3.6.3 XRD 物相分析54-55
• 3.6.4 結(jié)合強度測試55-56
• 3.6.5 抗菌性評價56
• 3.6.6 硬度測試56-57
• 3.6.7 耐磨性評價57-60
• 3.6.8 耐腐蝕性評價60-61
• 3.7 本章小結(jié)61-63
• 第四章 結(jié)論63-65
• 參考文獻65-71
• 致謝71-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73

【參考文獻】

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本文編號：521769