【摘要】：在本文中,作者制備并研究了一種新型的抗菌醫(yī)用金屬材料Ti-Cu合金,相較于傳統(tǒng)純Ti,該新型合金在保持了純Ti優(yōu)秀的綜合性能的基礎(chǔ)之上,還提供了優(yōu)秀的抗菌性能。作為一種傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料,純Ti由于其優(yōu)秀的綜合力學(xué)性能、良好的生物相容性以及穩(wěn)定的耐蝕性能,已經(jīng)在外科植入體方面得到了應(yīng)用,例如骨針、骨板和口腔種植體等。但是,在外科手術(shù)中經(jīng)常發(fā)生由細(xì)菌引發(fā)的植入器械感染問題,通常需要長(zhǎng)期的抗生素治療和復(fù)雜的手術(shù)過程來解決這種植入后的問題,從而給病患帶來極大的身心上的痛苦和經(jīng)濟(jì)上的壓力。本文通過將Cu元素添加至純Ti中,并經(jīng)過不同溫度的熱處理制備出了Ti-xCu(x=3,5和7%)合金,在保持了其作為植入體的基本性能的情況下,同時(shí)賦予了該合金優(yōu)秀的抗菌性能,以解決臨床應(yīng)用中的植入后細(xì)菌感染問題,提出了新型的解決方案。對(duì)于這種新型抗菌醫(yī)用金屬Ti-Cu合金,本文主要對(duì)其微觀組織、力學(xué)性能、抗菌性能和耐蝕性能進(jìn)行了表征,并且通過HF酸蝕刻的方法對(duì)其中析出相的抗菌機(jī)制進(jìn)行了初步探討。本文中Ti-Cu合金樣品的組織表征手段主要包括:X射線衍射實(shí)驗(yàn)(XRD)、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等設(shè)備,并通過掃描電鏡能譜(EDS)和透射電鏡選區(qū)電子衍射實(shí)驗(yàn)(SDP)確定了其析出相主要為Ti2Cu。通過室溫拉伸實(shí)驗(yàn)、顯微硬度實(shí)驗(yàn)和斷口形貌觀察實(shí)驗(yàn)等分析方法表征了不同溫度熱處理后Ti-Cu合金的綜合力學(xué)性能。結(jié)果表明其中在740℃退火的Ti-Cu合金展現(xiàn)出了優(yōu)秀的綜合力學(xué)性能。借助平板法體外定量抗菌實(shí)驗(yàn)和動(dòng)電位極化測(cè)試(PD)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)等電化學(xué)分析手段評(píng)價(jià)了Ti-Cu合金的抗菌和耐蝕性能。結(jié)果表明所有樣品均展現(xiàn)出了對(duì)于金黃色葡萄球菌的優(yōu)秀的抗菌性能。并且通過在直流電源下進(jìn)行HF溶液蝕刻實(shí)驗(yàn),對(duì)Ti-Cu合金中Ti_2Cu析出相和細(xì)菌生長(zhǎng)的相對(duì)位置在掃描電鏡下進(jìn)行了觀察,對(duì)Ti_2Cu的接觸抗菌機(jī)制進(jìn)行了初步探討。在耐蝕性能表征中,Ti-5Cu合金在740℃和910℃退火后的樣品呈現(xiàn)出了良好的耐蝕性能。得出的主要結(jié)論是,Ti-5Cu合金在經(jīng)過溫度為740℃的熱處理后展現(xiàn)出了出色的強(qiáng)度-塑性匹配、抗菌性能以及耐蝕性能,在醫(yī)用種植體方面具有良好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

２．３．１邋ＴｈＣｕ合金的相變點(diǎn)以及熱處理制度設(shè)計(jì)逡逑為了制定Ｔｉ－Ｃｕ合金的處理制度，需要得到不同Ｃｕ含量Ｔｉ－Ｃｕ合金各自重要相逡逑變的轉(zhuǎn)變溫度。Ｔｉ－ｘＣｕ邋（ｘ邋＝邋３，５和７ｗｔ．％）合金的差式掃描量熱分析曲線如圖２．１逡逑所示，所有樣品采用統(tǒng)一加熱速度，從室溫加熱至ｌ000°Ｃ。在圖２．１中可以看到逡逑所有樣品都呈現(xiàn)出了吸熱峰。對(duì)于ＴｉｄＣｕ和Ｔｉ－５Ｃｕ樣品來說，可以觀察到２個(gè)逡逑吸熱峰，分別對(duì)應(yīng)的是ａ－Ｔｉ＋Ｔｉ２Ｃｕ—ａ－Ｔｉ＋｜５－Ｔｉ和ａ－Ｔｉ＋Ｐ－Ｔｉ邋—ｐ－Ｔｉ反應(yīng)過程，而逡逑且可以看到ａ－Ｔｉ＋Ｐ－Ｔｉ—Ｐ－Ｔｉ的轉(zhuǎn)變溫度隨著Ｃｕ含量的增加而降低，這也與相圖逡逑規(guī)律相符。至于Ｈ－７ＣＵ合金，只觀察到了一個(gè)吸熱峰，這個(gè)可以認(rèn)為是兩個(gè)吸逡逑熱峰太過于接近從而重合成了一個(gè)峰，因而此峰的強(qiáng)度也高于逡逑樣品中的任何一個(gè)峰，甚至和兩者各自兩個(gè)峰疊加起來的強(qiáng)度相近。出現(xiàn)這種現(xiàn)逡逑象是因?yàn)椋裕椋罚茫醯某煞址浅＝咏裕椋茫鹾辖鸬墓参龀煞?

圖２．２熱處理后Ｔｉ－Ｃｕ合金樣品Ｘ射線衍射譜逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋ＸＲＤ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｆ邋ｈｅａｔ邋ｔｒｅａｔｅｄ邋Ｔｉ－Ｃｕ邋ａｌｌｏｙｓ逡逑不同樣品的典型金相組織結(jié)果如圖２．３所示，對(duì)于７４０°Ｃ退火處理的樣品可逡逑以看到基體上彌散分布著黑色的析出相，根據(jù)ＸＲＤ結(jié)果以及相圖推測(cè)為Ｔｌ２Ｃｕ逡逑析出相，隨著Ｃｕ含量的增加，，根據(jù)軟件統(tǒng)計(jì)Ｔｉ－３Ｃｕ－７４０，邋Ｔｉ－５Ｃｕ－７４０以及Ｔｉ－逡逑７Ｃｕ－７４０樣品析出相的面積分?jǐn)?shù)分別從３７．９土５％增長(zhǎng)為６９．８土５％到７３．８土５％。逡逑對(duì)于Ｔｉ－３Ｃｕ－８３０和Ｔｉ－５Ｃｕ－８３０樣品來說，可以看到金相由淺色塊狀組織和網(wǎng)籃逡逑組織構(gòu)成，塊狀組織推測(cè)為在８３０°Ｃ形成的初生ａ－Ｔｉ而網(wǎng)籃組織則是８３０°Ｃ形成逡逑的Ｐ－Ｔｉ相在空冷過程中形成的Ｐ－Ｔｉ轉(zhuǎn)變組織，也就是由條狀的ａ－Ｔｉ和Ｔｉ２Ｃｕ析逡逑出相所組成。對(duì)于邋Ｔｉ－７Ｃｕ－８３０，邋Ｔ卜３Ｃｕ－９１０，邋Ｔｉ－５Ｃｕ－９１０邋和邋Ｔｉ－７Ｃｕ－９１０邋樣品來說，逡逑可以看到組織全部呈現(xiàn)黑白相間的網(wǎng)籃組織，這是由于在高溫下所有樣品都轉(zhuǎn)變逡逑為（３－Ｔｉ單相組織
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG146.23;R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2691783