本文關(guān)鍵詞：微弧氧化制備Zr基非晶合金表面涂層及其生物相容性研究

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【摘要】：本課題選用Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8(at.%)(Zr Cu Al Ag)非晶合金為研究對(duì)象,利用微弧氧化表面改性技術(shù)對(duì)其處理,在其表面制備了出具有生物活性的涂層,通過(guò)改變微弧氧化電壓參數(shù)和時(shí)間參數(shù)探討了非晶合金表面涂層的形成機(jī)理,通過(guò)電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)、血液相容性試驗(yàn)、口腔黏膜刺激試驗(yàn)和動(dòng)物皮下植入試驗(yàn)等系列試驗(yàn),綜合評(píng)價(jià)了微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金的生物相容性。對(duì)Zr Cu Al Ag非晶合金進(jìn)行了表面改性處理,優(yōu)化設(shè)計(jì)了微弧氧化電解液的成分比例,在不同微弧氧化電壓條件下制備了Zr Cu Al Ag非晶合金的表面涂層,觀察分析了微弧氧化電壓對(duì)涂層表面顯微形貌和元素成分含量的影響,研究發(fā)現(xiàn),涂層表面形貌為多孔狀結(jié)構(gòu),涂層中含有基體合金和電解液的組成元素,涂層中的Cu和Al元素的含量顯著低于鑄態(tài)非晶合金,其中350 V電壓時(shí)涂層中Ca/P值達(dá)到1.65左右,Cu和Al元素分別為13.38%(wt.%)和2.62%(wt.%)。XRD分析發(fā)現(xiàn),表面涂層中存在Zr O2、Si O2和羥基磷灰石(HA)等物相,HA的出現(xiàn)表明微弧氧化制備的非晶合金涂層具有良好的生物活性。在350 V電壓下,通過(guò)研究不同微弧氧化時(shí)間對(duì)Zr Cu Al Ag非晶合金表面涂層厚度的變化規(guī)律,探討了微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金表面涂層的形成機(jī)理。對(duì)不同電壓條件下微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金進(jìn)行了電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn),結(jié)合電極化曲線和相應(yīng)的電化學(xué)參數(shù),評(píng)價(jià)其耐腐蝕性能。研究發(fā)現(xiàn),在0.9%Na Cl溶液、0.5 mol/L H2SO4溶液和PBS溶液中,微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金的腐蝕傾向性均低于鑄態(tài)非晶合金和Ti-6Al-4V合金,即微弧氧化后Zr Cu Al Ag非晶合金具有更好的耐腐蝕性,且350 V條件下微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金的耐腐蝕性能最佳。通過(guò)對(duì)電化學(xué)腐蝕后各種合金試樣在PBS溶液中析出離子的含量進(jìn)行測(cè)試分析,微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金有毒元素(如Al和Cu)的析出量小于鑄態(tài)非晶合金,這表明,微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金具有更好的生物安全性。對(duì)不同電壓條件下微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金進(jìn)行了溶血率、凝血酶原時(shí)間、部分凝血酶原時(shí)間、體外動(dòng)態(tài)凝血時(shí)間和血小板黏附數(shù)量等試驗(yàn),結(jié)果表明,微弧氧化能夠顯著提高Zr Cu Al Ag非晶合金抗凝血性和抗血栓性,微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金具有良好的血液相容性。對(duì)不同電壓條件下微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金進(jìn)行了體內(nèi)生物相容性評(píng)價(jià),動(dòng)物口腔黏膜試驗(yàn)評(píng)定結(jié)果顯示,微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金對(duì)口腔黏膜的刺激反應(yīng)評(píng)級(jí)為無(wú)和輕度反應(yīng),適宜于作為生物醫(yī)用金屬材料。皮下植入試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn),微弧氧化Zr Cu Al Ag非晶合金在皮下植入12周后,皮下組織細(xì)胞恢復(fù)正常,從而表現(xiàn)出良好的生物相容性。
【關(guān)鍵詞】：Zr基非晶合金 微弧氧化 生物涂層 電化學(xué)腐蝕 血液相容性 體內(nèi)生物相容性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 前言10-11
• 1.2 Zr基非晶合金的發(fā)展概況與性能11-12
• 1.3 Zr基非晶合金生物相容性的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.4 表面處理Zr基非晶合金生物相容性的研究現(xiàn)狀16-21
• 1.5 本課題的研究意義及研究?jī)?nèi)容21-23
• 第2章 材料制備與研究方法23-29
• 2.1 材料制備23-25
• 2.1.1 Zr基非晶合金的制備與處理23-24
• 2.1.2 Zr基非晶合金的微弧氧化24-25
• 2.2 材料分析測(cè)試與研究方法25-29
• 2.2.1 熱分析25
• 2.2.2 X射線衍射分析25-26
• 2.2.3 掃描電鏡和能譜分析26
• 2.2.4 透射電子顯微鏡分析26
• 2.2.5 電化學(xué)腐蝕分析26-27
• 2.2.6 離子析出分析27
• 2.2.7 血液相容性試驗(yàn)分析27-28
• 2.2.8 動(dòng)物口腔黏膜刺激試驗(yàn)分析28
• 2.2.9 動(dòng)物皮下植入試驗(yàn)分析28-29
• 第3章Zr基非晶合金微觀結(jié)構(gòu)與微弧氧化表面改性29-44
• 3.1 前言29
• 3.2 Zr基非晶合金的熱分析29-30
• 3.3 Zr基非晶合金的顯微組織分析30-31
• 3.3.1 XRD結(jié)構(gòu)表征與結(jié)果30
• 3.3.2 透射電子顯微鏡分析30-31
• 3.4 Zr基非晶合金的微弧氧化表面改性31-42
• 3.4.1 微弧氧化電解質(zhì)溶液的選擇與優(yōu)化31-35
• 3.4.2 微弧氧化電壓對(duì)涂層顯微形貌和元素含量影響35-38
• 3.4.3 微弧氧化Zr基非晶合金涂層XRD結(jié)構(gòu)分析38-39
• 3.4.4 微弧氧化時(shí)間對(duì)涂層形成的影響39-41
• 3.4.5 涂層的生長(zhǎng)機(jī)理分析41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第4章 微弧氧化Zr基非晶合金的體外生物相容性44-58
• 4.1 前言44
• 4.2 微弧氧化Zr基非晶合金的生物腐蝕行為44-50
• 4.2.1 電化學(xué)腐蝕行為44-49
• 4.2.2 離子析出49-50
• 4.3 血液相容性50-56
• 4.3.1 試驗(yàn)材料與儀器50
• 4.3.2 溶血試驗(yàn)及結(jié)果50-51
• 4.3.3 體外凝血時(shí)間試驗(yàn)及結(jié)果51-52
• 4.3.4 體外動(dòng)態(tài)凝血時(shí)間測(cè)定試驗(yàn)及結(jié)果52-54
• 4.3.5 血小板黏附試驗(yàn)及結(jié)果54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第5章 微弧氧化Zr基非晶合金的體內(nèi)生物相容性58-67
• 5.1 前言58
• 5.2 動(dòng)物口腔黏膜刺激試驗(yàn)58-61
• 5.2.1 試驗(yàn)材料與方法58-59
• 5.2.2 試驗(yàn)步驟與觀察指標(biāo)59
• 5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論59-61
• 5.3 動(dòng)物皮下植入試驗(yàn)61-66
• 5.3.1 試驗(yàn)材料與方法61
• 5.3.2 試驗(yàn)步驟與觀察指標(biāo)61-63
• 5.3.3 結(jié)果分析與討論63-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果77-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王亞明;Ti6Al4V合金微弧氧化涂層的形成機(jī)制與摩擦學(xué)行為[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

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本文編號(hào)：636792