發(fā)布時間：2020-06-12 10:31

【摘要】：與醫(yī)用不銹鋼、鈦及其合金等常用的人體植入物材料相比,醫(yī)用塊體非晶合金兼具生物玻璃和生物金屬材料的優(yōu)良特性,擁有優(yōu)異的機械性能、耐腐蝕性和生物相容性,在生物醫(yī)學領域表現(xiàn)出極大的潛力。目前常用的醫(yī)用材料存在生物惰性、結合度不高等問題,通常需要進行復雜的表面處理以提高其生物相容性。非晶態(tài)合金處于亞穩(wěn)態(tài)結構,常用的表面處理方法會破壞其獨特的結構,影響其物化特性。而飛秒激光加工的作用脈沖寬度極短,具有很高的時間和空間分辨率,對基體的影響極小,在材料表面處理方面具有極大的優(yōu)勢。因此,開展新一代醫(yī)用塊體非晶合金飛秒激光加工研究具有重要的價值。為實現(xiàn)高效、高質(zhì)量非晶合金表面處理,本文基于相關理論與實驗研究,選取Zr_(61)Ti_2Cu_(25)Al_(12)醫(yī)用塊體非晶合金材料,以飛秒激光加工為手段,進行單點燒蝕、劃線和大面積結構制備試驗,計算了材料的燒蝕閾值,并對加工后表面微觀形貌、元素組分和潤濕性進行了檢測分析。課題具體研究如下:(1)Zr_(61)Ti_2Cu_(25)Al_(12)非晶合金的不同脈沖下的燒蝕閾值研究�；诩す鉄g閾值理論,設計不同能量和脈沖個數(shù)進行單點燒蝕試驗,利用光學輪廓儀測量出燒蝕孔直徑,建立起形貌尺寸與激光參數(shù)的關系,得出不同脈沖數(shù)下的燒蝕閾值。(2)不同參數(shù)下的飛秒激光單點燒蝕和刻槽劃線研究。利用SEM和EDS對多參數(shù)下的飛秒激光加工形貌和元素成分進行分析。結果表明,飛秒激光加工會對材料表面進行氧化;單點燒蝕時,隨著激光功率或脈沖個數(shù)的增加,在非晶合金出現(xiàn)深孔燒蝕區(qū)和微納結構改性區(qū);進行刻槽劃線時,速度較低會導致表面堆積物較多,隨著激光速度不斷增加,材料去除量降低,在沖擊壓力下,可以有效去除燒蝕生成物,表面質(zhì)量逐漸提高。同時還發(fā)現(xiàn)低速度下能量累積可能會對槽兩側的氧化層表現(xiàn)出“清洗”作用。(3)飛秒激光加工前后非晶合金表面濕潤性研究。利用接觸角測量儀對飛秒激光加工前后表面進行了測量并在3個月后再一次測量進行對比。研究發(fā)現(xiàn),未加工Zr_(61)Ti_2Cu_(25)Al_(12)非晶合金本身具有親水特性,而通過飛秒激光制備的不同微納結構表面的接觸角均明顯降低,表現(xiàn)出優(yōu)異的親水特性。同時還發(fā)現(xiàn),在空氣中靜置三個月后,未加工表面接觸角減小,加工后表面接觸角增大,親水特性降低。(4)未加工非晶合金表面及加工后靜置3月后表面化學組成變化研究。運用XPS對兩組表面的元素組成及可能存在的化合物進行了檢測分析。研究結果表明,未加工表面會在空氣中形成主要由氧化鋯構成的鈍化層。研究還從表面存在的基團變化這一角度分析了加工后表面久置后,親水性變?nèi)醯脑�。本課題的研究成果可以為醫(yī)用非晶合金的飛秒激光精密加工、親水性表面的制備和種植體的表面處理提供技術上的支持和借鑒。
【圖文】：

大學碩士學位論文 第一第一章 緒論晶合金材料綜述晶合金（AmorphousAlloys）又稱為金屬玻璃（BulkMetallicGlass），卻方法制備出的兼具一般金屬和玻璃優(yōu)異的力學、物理和化學性質(zhì)的合金材料。非晶態(tài)合金常處于亞穩(wěn)態(tài)結構，在一定溫度范圍內(nèi)可保持原子排列呈現(xiàn)無定形狀態(tài)，只表現(xiàn)出短程有序的結構，如圖 1-1 是納納米結構非晶材料缺陷和化學微觀結構之間的對比[1]。與傳統(tǒng)金屬合合金獨特的結構使其整體表現(xiàn)出更優(yōu)異的綜合性能，它具有很高的強裂韌性和耐腐蝕性，還擁有出色的軟磁能力、儲氫能力、超導能力和良的特性，在醫(yī)療、國防、信息和能源領域等方面的有重要應用前景

對低冷卻速率下，原子在足夠的時間內(nèi)重新規(guī)則排列產(chǎn)生晶合金的玻璃成形能力很弱，在以后幾十年里，只能得到狀等尺寸非常小的金屬玻璃，，極大限制了金屬玻璃的發(fā)展玻璃成為了科學家們亟待解決的問題。74 年，Chen 等[5]采用銅模吸鑄法成功地以相對較低的臨界了厚度可達 3mm 的 Pd 基塊狀金屬玻璃。，美國哈佛大學教授 Turnbull 等[6]使用氮化硼稀釋法鈍化金核，進一步得到了更大尺寸的 Pd-Ni-P 系大塊金屬玻璃。只是成分證明合金液具有一定的玻璃化能力，且成本非常面沒有太大的價值。 年和 1990 年期間，日本東北大學金屬研究所的井上明久過往制備工藝研究轉向成分設計上，通過混合許多類多組的復雜性及溶體粘度，從而制備出高成形力和熱穩(wěn)定性的La-Al-Ni-Cu、Zr-Al-Ni-Cu、Zr-Ti-Ni-Cu-Be 塊狀非晶合金上的重大突破。
【學位授予單位】：安徽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG139.8;R318.08

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本文編號：2709400