钛合金表面生物活性化及仿生生长羟基磷灰石研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chitianshyitt
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本文采用热氧化及离子注入法对Ti6Al4V合金进行表面改性,结果发现:这两种方法均可以显著提高Ti6Al4V合金的生物活性,与注氧层相比,热氧化形成的氧化层具有较好的生物活性,在较短时间内仿生生长出一层富含Ca和P的羟基磷灰石涂层。随着热氧化温度的提高,Ti6Al4V合金表面氧化层的粗糙度增大,致密性以及与基体的结合强度变差,在900℃时宏观上出现脱落。由XRD分析可知,氧化层中的金红石二氧化钛的含量逐渐增多,生物活性提高。在碱处理后,Ti6Al4V合金的氧化层变得致密,粗糙度减小,在SBF溶液中浸泡后,氧化层表面的沉积颗粒分布均匀,团聚现象减少。随着NaOH溶液浓度的增大,生物活性提高。但是过高浓度的碱溶液处理后使模拟体液的pH值剧烈波动,不利于后续羟基磷灰石的仿生生长。采用等离子体基离子注入技术对Ti6Al4V合金在50kV,注入剂量为6×1017/cm2,形成蓝色注氧层。随着退火温度的升高,注氧层表面的粗糙度先减小后增大,NaOH溶液处理和SBF溶液浸泡后,表面出现富含Ca、P的沉积点,生物活性逐渐提高。经过离子注入工艺处理的Ti6Al4V合金在SBF溶液中浸泡14d,表面未观察到陶瓷层,而Ti6Al4V合金经热氧化,碱处理后,在SBF溶液中浸泡11d表面出现一层富含钙、磷的陶瓷层。随着预处理中热氧化温度的升高,陶瓷层表面的裂纹先减少后增多,在750℃时裂纹最少,在800℃以上时陶瓷层出现局部脱落。经XRD分析,陶瓷层为羟基磷灰石,随着热氧化温度的升高,羟基磷灰石的结晶度提高。经红外吸收光谱和XPS分析可知,羟基磷灰石陶瓷层中含有CaCO3、CaHPO4和Ca3(PO42,其Ca/P的比值随氧化温度的升高由1.24增大到1.69,接近羟基磷灰石的标准值。
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