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相较于不锈钢和钴基合金,Ti-6Al-4V合金拥有更接近生物骨的密度、弹性模量、更高的比强度、能耐体液的腐蚀以及良好的生物相容性,广泛应用于人工关节、接骨板等医疗器件。然其耐磨性差导致的骨溶解、无菌性松动;表面不具有生物活性,无法诱导新骨生长形成骨性结合;Al、V等有害离子的释放诱发感染等问题仍亟待解决。据此,本文采用磁控溅射技术在Ti-6Al-4V合金表面沉积羟基磷灰石(HA)涂层来改善其生物活性,并在HA与Ti-6Al-4V合金之间引入致密耐磨层TiN,以达到增强基体耐磨性并阻碍金属离子释放的目的。最后对TiN、HA/TiN涂层的表面成分、形貌、物相组成、界面结构、力学性能、耐腐蚀性、生物摩擦学性能及涂层的生物降解等性能进行分析测试,综合评价Ti-6Al-4V合金表面沉积TiN及HA/TiN涂层后的性能。研究发现,采用反应磁控溅射沉积TiN过渡层时,其颜色不仅仅取决于Ti靶的溅射功率,也与氮气的分压息息相关,当溅射功率与氮气分压的比值介于13.45-13.88时可获得金黄色的TiN涂层;此时,TiN涂层表面结构均匀、致密而无裂纹等缺陷,表面粗糙度仅为5.8nm,TiN沉积速度约为8.6mm/h,呈柱状晶形式生长,与基体之间无明显的分界面;其涂层内应力、磨损量以及摩擦系数均较低;在小牛血清的润滑下,TiN涂层的磨损量仅为Ti-6Al-4V合金基体的1.3%,且摩擦系数更低更稳定。HA/TiN涂层在热处理前,其内应力随着氩气压强增大而降低,随着偏压的增加先增大后降低;热处理后,HA由非晶转化为晶体,活性基团羟基(-OH)得以恢复,表面颗粒在重结晶过程中发生团聚,使得其表面粗糙度增大(介于17.8到45.2nm之间),远高于单一TiN涂层。单一HA层与基体的结合力为7.5N,而在引入TiN作为过渡层后,其结合力介于16.9N到40.0N之间。HA/TiN涂层的耐腐蚀性也明显优于Ti-6Al-4V和单一TiN涂层,过渡层TiN亦可有效屏蔽V等有害离子的溶出,其降低幅度高达88%。当溅射偏压增大、氩气压强降低时,HA/TiN涂层的磨损量越低,其摩擦系数在初期较为稳定且与涂层表面粗糙度呈正相关,而后逐渐降低并稳定在0.2左右。Ti-6Al-4V合金由于表面氧化层(Ti O2)的存在,仍然表现出一定的生物相容性;而表面沉积HA后则拥有更为优异的生物活性。