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生物医用钛合金(Ti6Al4V)因其优良的生物相容性,同时兼具比强度高、耐腐蚀及弹性模量接近人体骨组织等优点,现已在医疗手术器械、种植体等医用材料方面得到了广泛的应用。但其作为体内植入材料,仍然存在着一些隐患。首先,Ti6Al4V植入物不具备抵抗细菌感染的能力,植入后细菌容易在其表面粘附,从而导致植入物过早失效。其次,Ti6Al4V为生物惰性材料,植入体内后将会因骨整合不佳而引起植入松动。此外,Ti6Al4V中的Al、V在长期服役过程中容易释放,对人体有潜在危害。这些问题限制了Ti6Al4V在医学领域更为广阔的应用。为此,对钛合金进行适当的表面改性处理,消除上述问题成为当前研究的热点。近年来,采用阳极氧化、微弧氧化、离子注入等表面改性技术在钛基植入材料表面通过添加抗菌性元素及生物活性元素(Ag、Zn、Cu、Ca和Sr等)来构建微孔结构的生物涂层得到了广泛关注,且这种表面相对粗糙的微孔结构植入物表现出了显著的骨整合能力。因此,本文拟首先采用磁控溅射镀膜技术在Ti6Al4V表面沉积Zr膜,然后在含Zn成分的电解液中进行微弧氧化处理,进而在Ti6Al4V表面原位制备出具有良好抗菌性、细胞相容性和耐腐蚀性的Zn掺杂ZrO2/TiO2(Zn-ZrO2/TiO2)涂层。主要研究内容及结果如下:(1)采用磁控溅射与微弧氧化复合处理技术在Ti6Al4V表面获得了Zn-ZrO2/Zr、Zn-ZrO2/TiO2氧化物陶瓷膜涂层。划痕实验表明,Ti6Al4V基体表面原位生长的Zn-ZrO2/Ti O2氧化物涂层拥有最佳的膜基结合强度。(2)通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对陶瓷膜涂层进行了表征。结果表明,Ti6Al4V表面原位构建的Zn-ZrO2/TiO2涂层呈多孔结构,Zn、Zr元素分别以ZnO、ZrO2化学态存在于氧化物涂层中。(3)采用活死染色及MTT法评价Zn-ZrO2/TiO2涂层的细胞相容性,采用涂平板法测定Zn-ZrO2/TiO2涂层的抗菌能力。生物学实验表明,Zn-ZrO2/TiO2涂层不仅能够促进成骨细胞的增殖,同时对金黄色葡萄球菌展现出良好的杀菌能力。(4)电化学测试表明,相比Ti6Al4V基体,Zn-ZrO2/TiO2涂层在模拟体液中的自腐蚀电位显著提高,自腐蚀电流密度也明显降低,有效的改善了Ti6Al4V基体的耐蚀性能。摩擦磨损实验表明,Zn-ZrO2/TiO2陶瓷膜涂层能增强Ti6Al4V合金的耐磨性能,同条件下的磨损率仅为Ti6Al4V基体的1/3。