Ti6Al4V合金表面微弧氧化生物活性陶瓷層的研究.pdf

1、近年來，骨科疾病給患者帶來了極大的痛苦，骨關節置換術是治療該疾病的有效方法，加大對人工關節植入物的研究和開發、提高患者生活質量成為科研者的工作重心。目前Ti-6Al-4V合金因具備彈性模量小、比強度高、生物相容性好、無毒性、無磁性等優異性能，成了最普遍使用的醫用金屬材料，但其仍屬生物惰性材料，應用過程中仍存在不足，須對其表面進行改性。
　　本課題以外科用植入材料Ti-6Al-4V合金作為實驗研究對象，使用微弧氧化技術在含Ca、P元

2、素的電解液中對其表面進行處理，在基體表面制備一層含Ca、P元素的多孔生物陶瓷層，系統的研究了電解液體系及電參數對微弧氧化陶瓷層表面結構、膜層所含元素組成和相關的性能的影響。
　　研究結果表明:微弧氧化最優配方:K2HPO4·3H2O質量濃度為6.8 g/L，Ca(CH3COO)2質量濃度為26.5 g/L，EDTA·2Na質量濃度為20 g/L，Na2SiO3質量濃度為6 g/L;相應的最佳電參數:電流密度設定為10 A/dm2，

3、脈沖頻率設定為650 Hz，氧化時間設定為10 min。采用這種工藝條件制得的微弧氧化陶瓷層表面孔隙分布均勻，孔隙率高達14.93％，鈣磷元素含量高，且鈣磷比為1.71，接近HA中所含鈣磷元素的比值，膜層具有良好的耐磨、耐蝕及生物相容性。
　　相結構分析得到，微弧氧化陶瓷層由銳鈦礦型TiO2及金紅石型TiO2組成，在恒定電參數下，鈣鹽質量濃度對膜層孔隙率影響較小，隨鈣鹽濃度的增加，鈣磷原子比增大但增幅較緩，加入EDTA·2Na后孔

4、隙率明顯變高、孔徑增加、鈣磷原子比增大，EDTA·2Na的最佳濃度為20 g／L。四種不同的電解液體系對比得到，Na2SiO3體系得到的陶瓷膜表面最平整，孔隙率最高，孔徑較大，膜層中Ca、P原子比適宜，耐磨性和耐腐蝕性最佳;同一電解液體系中，隨著電流密度的增大，脈沖頻率的減小，氧化時間的增長，陶瓷膜中金紅石型TiO2相對含量增加，膜層的孔隙率及孔徑先增加后減少，電流密度10 A/dm2，脈沖頻率650 Hz，氧化時間5～10 min時耐