【摘 要】
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钛合金具有优异的机械性能,物理及化学性能,作为植入物广泛应用于临床外科手术中。但是,钛合金耐磨性能差,因摩擦产生的磨屑会引发炎症对人体造成毒副作用;钛合金不具备抗菌性能,容易引发微生物感染而导致植入体失效,给患者带来痛苦和经济负担。为了改善钛合金的抗菌性能与耐磨损性能,本文以银和氮化钛的镶嵌靶材,在钛合金表面用磁控溅射技术制备了具有良好抗菌性能与耐磨性能的Ag-TiN陶瓷层。首先选取适当的溅射工艺
【基金项目】
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桂林市科学研究与技术开发计划项目（20190211-14）；
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钛合金具有优异的机械性能,物理及化学性能,作为植入物广泛应用于临床外科手术中。但是,钛合金耐磨性能差,因摩擦产生的磨屑会引发炎症对人体造成毒副作用;钛合金不具备抗菌性能,容易引发微生物感染而导致植入体失效,给患者带来痛苦和经济负担。为了改善钛合金的抗菌性能与耐磨损性能,本文以银和氮化钛的镶嵌靶材,在钛合金表面用磁控溅射技术制备了具有良好抗菌性能与耐磨性能的Ag-TiN陶瓷层。首先选取适当的溅射工艺参数进行Ag-TiN薄膜的制备,然后分别采用金相显微镜、SEM、EDS、XRD对镀层组织结构、成分及表面物相进行表征分析,采用实验研究了样品镀层的摩擦磨损性能,结合力性能,抗菌性能,并用Abaqus仿真分析了镀层划痕失效机理。得到的主要结论如下:（1）利用磁控溅射技术控制不同功率在钛合金表面制备了均匀致密的Ag-TiN涂层。通过控制不同溅射功率在钛合金表面制备得到了银含量分别为50.97%,70.42%,91.25%的样品X1,X2,X3,涂层主要物相有Ag、TiN、Ti O2。（2）磁控溅射处理后的样品X1、X2、X3耐磨损性能均有所提高,其中样品X2耐磨性能最好。经Ti靶材的中间过渡层处理后,Ag-TiN薄膜与基体材料的结合力强度提高,其中样品X2结合力强度最好为20.5N。（3）经磁控溅射改性处理后的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出优异的抗菌性能。其抗菌性能主要由两方面提供:（1）钛合金表面改性层析出银离子抗菌相,银活性粒子以离子态存在于水溶液中,从而表现出抗菌性能;（2）涂层表面的Ag粒子和Ti粒子在光照条件下表现出的光催化杀菌型性能。（4）仿真分析得到镀层的失效机理如下:（1）薄膜在制备过程中会产生残余应力,在压应力作用下,薄膜里的弹性应变能逐渐释放,从而导致薄膜基底结构发生屈曲现象,致使薄膜表面萌生裂纹。（2）膜基体系在压头附近产生应力集中,从而萌生了膜层内裂纹,并促使其扩张。（3）在划痕过程中,薄膜受到剪切拉应力和剪切压应力交替作用而容易导致薄膜疲劳断裂,此外薄膜表面萌生的裂纹在横向剪切拉应力作用不断扩展,当剪切拉力值超过薄膜的剪切强度时,薄膜从基体上剥落失效。
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