NiTi合金表面生物活性涂層的制備與表征.pdf

1、NiTi合金是一種金屬間化合物,具有獨特的物理和機械性質,如形狀記憶效應,高強,超彈性和生物相容性等,引起廣泛的關注。NiTi合金作為醫用生物材料已廣泛應用,但由于NiTi合金中含有約50at.％的鎳,當NiTi合金植入人體,在生物環境下發生腐蝕,釋放出Ni2+,Ni2+會引起細胞畸變,發生致癌作用,這是NiTi合金作為生物材料的最大缺陷。針對這一缺陷,科研研究者們對醫用NiTi合金的表面改性主要集中在降低其表面Ni含量和抑制表面Ni離

2、子的溶出,以及提高NiTi合金的抗腐蝕性能等方面。
　　 本文采用電化學沉積技術在NiTi合金表面直接制各羥基磷灰石(HAP)涂層及其HAP/ZrO2、HAP/TiO2復合涂層,以提高NiTi合金的耐腐蝕性能,抑制Ni2+的析出,改善生物相容性。而且,采用熱原位氧化法和陽極氧化法在NiTi合金表面制備TiO2涂層,探討TiO2涂層的生長機制。
　　 在制備HAP涂層過程中,電解液為0.0167 M Ca(NO3)2,0.

3、01 M NH4H2PO4,調節pH為6.0。制備HAP/ZrO2,HAP/TiO2復合涂層的電解液中分別加入ZrO2,TiO2,形成懸濁液。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、紅外光譜、結合力測試、動電位極化和電化學阻抗譜等對NiTi合金表面HAP涂層及HAP/ZrO2,HAP/TiO2復合涂層的結構及其性能進行表征,并研究了HAP涂層及其復合涂層的生長機制。研究發現,ZrO2和TiO2的加入改變了羥基磷灰石的形貌,從薄片花形結構轉化成針

4、狀花形結構,而且涂層更加的致密。涂層中羥基磷灰石晶粒沿著[001]晶向,即c軸方向垂直于合金表面擇優生長。而且,加入ZrO2、TiO2,可以增強涂層和NiTi合金基體的結合強度。通過電化學腐蝕測試,NiTi合金表面HAP/ZrO2,HAP/TiO2復合涂層的耐腐蝕性都有了很大的提高,分別提高至約60倍和50倍,均能夠有效保護NiTi合金基體受到腐蝕。因此,NiTi合金表面HAP/ZrO2,HAP/TiO2復合涂層有效的提高了NiTi合金

5、的生物相容性。
　　 在采用熱原位氧化在NiTi合金表面制各TiO2涂層的過程中,NiTi合金分別在500～800℃高溫氧化1h;在采用陽極氧化制備TiO2涂層的過程中,電解液為乙二醇和蒸餾水。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡和電化學阻抗譜等對NiTi合金表面TiO2涂層的結構及其性能進行表征,并研究了TiO2涂層的生長機制。研究發現,在熱原位氧化中,NiTi合金表面發生選擇性氧化,生成TiO2,基本上沒有NiO生成。但隨著溫度的

6、升高,TiO2的晶型也從500℃的銳鈦礦轉變成600℃的銳鈦礦和金紅石混合晶型,最后到700℃只有金紅石。溫度高于500℃時,涂層中有Ni3Ti出現。而且500,600℃氧化1h生成的涂層的耐蝕性大幅度下降,應用受到限制。利用陽極氧化法在NiTi合金表面生成的TiO2涂層為無定形態,190℃下水熱4h可轉變為銳鈦礦型,而且陽極氧化2h,NiTi合金的耐腐蝕性比改性前提高到25倍,能夠有效保護NiTi合金受到腐蝕,提高了NiTi合金的生物