發(fā)布時間：2020-05-24 06:40

【摘要】：Ti6Al4V合金因其良好的機械力學(xué)性能和生物相容性而被廣泛應(yīng)用于骨科植入材料領(lǐng)域,但由于其結(jié)構(gòu)成分和理化性質(zhì)與人體骨骼相差較遠,導(dǎo)致Ti6Al4V合金的生物相容性相比于羥基磷灰石等生物陶瓷材料欠佳。為了使Ti6Al4V合金植入體的生物相容性得到進一步提高,本研究通過微弧氧化在Ti6Al4V合金植入體表面制備了含鈣、磷的生物活性膜層。實驗首先通過四因素三水平的正交實驗探索出了利用微弧氧化技術(shù)在選區(qū)激光熔化(SLM)成形的Ti6Al4V合金植入體表面制備生物活性涂層的最佳電解液配方,并且進一步研究了不同電壓對SLM成形鈦合金植入體微弧氧化膜層的形貌及性能的影響,確定了SLM成形Ti6Al4V合金微弧氧化改性的最優(yōu)電壓。另外,為了得到與骨組織結(jié)構(gòu)相匹配的SLM成形Ti6Al4V合金植入體,本實驗設(shè)計了正八面體多孔結(jié)構(gòu)的Ti6Al4V合金制件,并研究了不同孔徑和孔隙率對多孔Ti6Al4V合金微弧氧化膜層的形貌、性能的影響。在此基礎(chǔ)上,通過掃描電子顯微鏡(SEM),能量分散X射線光譜(EDS),X射線衍射儀(XRD)和X射線光電子能譜分析(XPS)等檢測手段分析和研究了不同工藝下制備的Ti6Al4V合金微弧氧化膜層的顯微結(jié)構(gòu)、組織和成分等性能。并通過接觸角測量和模擬體液(SBF)浸泡實驗及后續(xù)的紅外光譜分析(FT-IR)等檢驗涂層的生物活性。結(jié)果表明,經(jīng)過微弧氧化表面改性的SLM成形Ti6Al4V合金表面均勻地形成了含一定鈣磷比例且與基體結(jié)合良好的涂層。微弧氧化涂層的主要物相是銳鈦礦型TiO_2。涂層的厚度、鈣、磷含量、鈣磷比以及銳鈦礦組織含量均隨電壓的升高而增加。300V電壓制備的涂層質(zhì)量最佳,其潤濕性相比SLM Ti6Al4V合金基體更好,膜層在SBF溶液中浸泡35天后,鈣、磷比由0.73增加到1.2,并有羥基磷灰石生成。SLM成形的多孔Ti6Al4V合金試樣經(jīng)微弧氧化表面改性后生成了較薄的氧化鈦膜層,膜層均勻分布在孔隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,但不同的孔徑、孔隙率對膜層的表、截面形貌影響不大。最后,通過生物相容性檢測實驗證明,經(jīng)微弧氧化后的Ti6Al4V合金樣品親水性、SBF中誘導(dǎo)羥基磷灰石能力、蛋白吸附能力、細胞增殖能力等均有所提升,其生物相容性相對于原始基體得到明顯提升。
【圖文】：

大量的白色小火花并在氧化層表面快速移動。氧化膜不斷形成和分解 ，通過閥金屬和電解質(zhì)氣化直接形成了氧化物涂層，生長的涂層在薄弱形成多孔形貌。涂層生長過程中，，放電火花越來越劇烈，顏色逐漸轉(zhuǎn)微弧轉(zhuǎn)變?yōu)閺娀�。最后涂層厚度增長到一定極限，電擊穿不再發(fā)生，火漸消失，微弧氧化結(jié)束[70][71]。鈦合金微弧氧化的反應(yīng)過程中涉及及到下：傳統(tǒng)的陽極反應(yīng)過程：Ti4++4e--→O2↑+2H2O+4e-傳統(tǒng)的陰極反應(yīng)過程：O++2e-→H2↑+2H2O 高溫沉積過程：+4OH-→TiO2+2H2O

圖 1-2 微弧氧化涂層截面 SEM 圖Fig. 1-2 SEM of micro-arc oxidation coating section，微弧氧化的氧化鈦膜層的生長機制為原位生長，因此具有化涂層為雙層結(jié)構(gòu)：內(nèi)層為致密層，外層為多孔層,如圖 1-致密，有效隔離了鈦合金與模擬體液，避免了鈦合金被腐蝕外層結(jié)構(gòu)粗糙多孔，表面粗糙度較大，均勻分布的多孔結(jié)構(gòu)可促進膜層與人體骨組織結(jié)合，利于植入后的恢復(fù)和愈合[8主要由金紅石型和銳鈦礦型兩種氧化鈦晶相構(gòu)成[73]，兩種氧在人體體液中均能發(fā)生礦化，易誘導(dǎo)生成與骨組織成分相近效促進骨整合和骨生長。用微弧氧化表面改性技術(shù)可以在鈦合金表面生成含鈣磷元素的表面處理技術(shù)相比結(jié)合力更強，成分均勻可控，可有效提和生物活性。因此，近年來國內(nèi)外學(xué)者對鈦及鈦合金表面微
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08;TG174.4

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 田欽文;吳明忠;彭書浩;李慕勤;肖尊濤;魯成;;微弧氧化制備黑色膜工藝、著色機制及應(yīng)用的研究現(xiàn)狀與展望[J];材料保護;2018年07期

2 王思然;左康江;韓飛彪;朱宏強;楊旭;;鋁合金微弧氧化層耐海水沖蝕性能的研究[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2016年23期

3 張劍明;姚強;林克貌;彭武斌;;鈦合金表面微弧氧化陶瓷膜的制備及耐腐蝕性能研究[J];同行;2016年08期

4 趙樹萍 ,呂雙坤;在工業(yè)中采用鈦合金的微弧氧化[J];鈦工業(yè)進展;2003年01期

5 趙樹萍;鈦合金微弧氧化對其性能的影響[J];鈦工業(yè)進展;2001年06期

6 龔巍巍,張樂,吳曉玲,杜建成;鎂合金等離子體微弧氧化過程控制的研究[J];材料熱處理學(xué)報;2005年01期

7 趙樹萍;鈦合金微弧氧化對其性能的影響及微弧氧化鍍層的特殊性能[J];國外金屬熱處理;2002年05期

8 馬晉;;鋁合金交流微弧氧化過程中電參數(shù)的變化及其機制探討[J];材料保護;2014年09期

9 趙樹萍;微弧氧化耐腐蝕涂層[J];石油化工腐蝕與防護;2004年01期

10 薛文彬，鄧志威，來永春，汪新福，陳如意;鋁合金微弧氧化量熱分析[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1996年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 來永春;杜建成;施修齡;華m:;丁曉紀;;等離子體在微弧氧化中的作用[A];'2001全國荷電粒子源、粒子束學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

2 憨勇;徐可為;;鈦合金微弧氧化(碳氮化)的生物醫(yī)用改性研究進展[A];第七屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議暨第二屆表面工程青年學(xué)術(shù)論壇論文集（一）[C];2008年

3 王琳;任力;王迎軍;;微弧氧化純鈦金屬表面的細胞外基質(zhì)化修飾[A];2013廣東材料發(fā)展論壇——戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展與新材料科技創(chuàng)新研討會論文摘要集[C];2013年

4 嚴川偉;杜克勤;段紅平;劉津義;王福會;;鎂合金的微弧氧化及腐蝕防護[A];2006年全國腐蝕電化學(xué)及測試方法學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

5 梁軍;穆明;;鈦合金表面自潤滑微弧氧化陶瓷涂層的制備及性能研究[A];第九屆全國表面工程大會暨第四屆全國青年表面工程論壇論文集[C];2012年

6 田野;沈德久;趙香玲;吳來磊;王玉林;;鋁基微弧氧化陶瓷層致密化[A];第六屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議暨首屆青年表面工程學(xué)術(shù)論壇論文集[C];2006年

7 王亞明;雷廷權(quán);郭立新;歐陽家虎;;鈦合金微弧氧化涂層的微動摩擦行為[A];2006全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集（三）[C];2006年

8 田野;沈德久;趙香玲;吳來磊;王玉林;;鋁基微弧氧化陶瓷層致密化[A];第六屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

9 竇寶捷;王艷秋;張濤;邵亞薇;孟國哲;;鋁合金微弧氧化涂層的電化學(xué)輔助硅烷化處理[A];2014年全國腐蝕電化學(xué)及測試方法學(xué)術(shù)交流會摘要集[C];2014年

10 王亞明;;醫(yī)用鎂合金表面微弧氧化生物涂層的制備與腐蝕降解特性研究[A];第八屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議摘要[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前3條

1 魏剛;始于創(chuàng)新 不止于環(huán)保[N];中國船舶報;2017年

2 材軒;智能化升級推動“四個兩”2.0落實地、見實效[N];中國航天報;2019年

3 曹佳音;鎂行業(yè)5個項目獲國家基金支持[N];中國有色金屬報;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 林兆擎;鋁合金基體中合金元素及電解液中La(NO_3)_3添加劑對微弧氧化涂層性能的影響[D];山東大學(xué);2016年

2 張宇;鑄造鋁合金微弧氧化納米陶瓷涂層制備工藝優(yōu)化及其性能研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2017年

3 郭君巍;微弧氧化及水熱復(fù)合改性鎂合金的組織與腐蝕降解行為[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

4 陳桂濤;等離子體負載條件下脈沖電源關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安理工大學(xué);2017年

5 馬晉;鋁合金交流微弧氧化陶瓷膜制備及生長機理研究[D];武漢理工大學(xué);2016年

6 徐海濤;不同滅菌方式處理的微弧氧化純鈦通過調(diào)控巨噬細胞功能影響成骨的研究[D];上海交通大學(xué);2017年

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

8 汪劍波;微弧氧化TiO_2膜的制備、表征及其光催化特性研究[D];吉林大學(xué);2007年

9 趙暉;鎂合金的微弧氧化及真空高能束流處理研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2007年

10 李均明;鋁合金微弧氧化陶瓷層的形成機制及其磨損性能[D];西安理工大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫鑫;AZ91D表面含Ce微弧氧化涂層的制備及耐蝕性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 王少東;鈦表面鈣磷鈮微弧氧化涂層的微波調(diào)控與活性及抗菌性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 常文慧;醫(yī)用鎂合金含鈣、鋯和鐵微弧氧化膜的制備、進入機制及性能研究[D];江西科技師范大學(xué);2017年

4 常煜;選區(qū)激光熔化成形Ti6Al4V合金的微弧氧化工藝及性能研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2019年

5 賀寧;316L不銹鋼表面微弧氧化層的制備及其耐液態(tài)Pb-Bi腐蝕性能研究[D];江蘇大學(xué);2019年

6 張超;超聲輔助AZ31B鎂合金微弧氧化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];山東理工大學(xué);2019年

7 范翠玲;微弧氧化鋁表面復(fù)合陶瓷層的組織與性能[D];山東理工大學(xué);2019年

8 賈秋榮;純鎂微弧氧化陶瓷涂層的制備、表征及性能研究[D];山東理工大學(xué);2019年

9 郭中祥;掃描微弧氧化噴射系統(tǒng)設(shè)計及成膜工藝研究[D];北京交通大學(xué);2019年

10 姜冬雪;鈦合金表面鋁合金涂層微弧氧化工藝及耐磨性研究[D];遼寧科技大學(xué);2019年

本文編號：2678612