医用钛合金表面微弧氧化膜层制备工艺及性能的研究

发布时间：2017-04-03 09:17

  本文关键词：医用钛合金表面微弧氧化膜层制备工艺及性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几年以来,骨及骨组织方面的病痛给患者带来了很多身体和心理上的折磨,骨组织置换技术是目前治疗此类疾病的比较有效方法,加强对人工骨关节植入体的科研和研究力度,提高患病者的日常生活水平成为当前科研工作者的工作重点。目前来看,Ti-6Al-4V合金因质量轻、比强度高、耐蚀性好、抵抗高温、生物相容性好等优良性能,成为了使用最普遍的一种医学应用类金属材料,但其生物活性比较差,在应用的时候仍然存在着一定的不足,仍须要对它的表面进行改性和处理。本课题通过外科所使用的植入材料Ti-6Al-4V合金作为实验所研究的对象,利用微弧氧化技术在具有钙、磷元素的电解质溶液之中对它的表面进行改性处理,在材料表层生成一层具有钙、磷元素的多孔且具有一定生物活性的氧化陶瓷膜层,比较完整的探究了电解质溶液体系以及电参数对陶瓷层的表面结构、氧化膜层所含元素组成及相应的性能的影响。从实验结果来看,最佳微弧氧化电解液配方:质量浓度为6.8 g/L的K2HPO4·3H2O,质量浓度为25.8 g/L的Ca(CH3COO)2,质量浓度为20 g/L的EDTA·2Na,质量浓度为6 g/L的Na2SiO3;相应的最佳电参数:设定电压参数为350V,设定脉冲频率参数为600 Hz,设定氧化时间参数为10 min。在此种工艺条件下生成的微弧氧化陶瓷膜表面的微孔孔隙分布比较均匀,孔隙率达到15.16%,钙、磷元素含量较高,这时的钙、磷比是1.70,同羟基磷灰石中所含钙、磷元素的比值接近,陶瓷膜层具有优良的耐磨损、耐腐蚀及良好的生物活性。从相结构的分析能够看出,微弧氧化陶瓷薄膜层的组成包括锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2,当电参数恒定时,乙酸钙的质量浓度对氧化陶瓷膜层孔隙率的影响不是很大,随着乙酸钙质量浓度的增大,钙、磷元素原子比也相应的增大,但增加幅度比较缓慢,而当加入EDTA·2Na后孔隙率显著升高、微直孔径也随之增大、钙、磷元素原子比增大,EDTA·2Na浓度为20 g/L时最佳;在上述电解液体系中,随着电压的逐渐增大,脉冲频率的逐渐减小,氧化时间的延长,微弧氧化陶瓷膜当中的金红石型TiO2相对含量逐渐增加,陶瓷膜层的孔隙率和微孔直径先增后减,电压350V,脉冲频率600 Hz,氧化时间10 min时耐磨、耐腐蚀性能最佳。
【关键词】：钛合金 微弧氧化 羟基磷灰石 耐磨性 耐蚀性
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4;R318.08
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-18
• 1.1 选题背景与意义7-8
• 1.2 生物医用材料8-12
• 1.2.1 生物医用材料的发展状况和未来趋势8-9
• 1.2.2 钛及钛合金9
• 1.2.3 钛及钛合金的表面改性9-12
• 1.3 微弧氧化技术12-17
• 1.3.1 微弧氧化工艺技术的发展历史12-13
• 1.3.2 微弧氧化过程13-14
• 1.3.3 微弧氧化工艺的研究14-15
• 1.3.4 微弧氧化的理论模型15-17
• 1.5 本文研究的主要内容与目的17-18
• 第二章 微弧氧化装置条件及实验方法18-23
• 2.1 实验设备18-19
• 2.2 实验材料与方法19-21
• 2.2.1 实验材料19
• 2.2.2 微弧氧化工艺流程19-20
• 2.2.3 实验试剂20
• 2.2.4 微弧氧化工艺参数20-21
• 2.3 微弧氧化膜的分析及测试方法21-23
• 2.3.1 微弧氧化陶瓷膜层的分析21-22
• 2.3.2 微弧氧化陶瓷膜层摩擦磨损性能测试22
• 2.3.4 微弧氧化陶瓷膜层耐腐蚀性能的测试22-23
• 第三章 电解液配方对微弧氧化陶瓷膜的影响23-33
• 3.1 乙酸钙溶液浓度对微弧氧化膜层性能的影响23-28
• 3.1.1 乙酸钙浓度对微弧氧化膜层相组成的影响23-25
• 3.1.2 乙酸钙质量浓度对微弧氧化陶瓷膜层表面形貌的影响25-26
• 3.1.3 乙酸钙浓度对微弧氧化陶瓷膜钙、磷元素含量的影响26-28
• 3.2 EDTA·2Na的质量浓度对微弧氧化膜层的影响28-32
• 3.2.1 EDTA·2Na的质量浓度对微弧氧化膜层相组成的影响28-29
• 3.2.2 EDTA·2Na浓度对微弧氧化陶瓷膜表面形貌的影响29-31
• 3.2.3 EDTA·2Na浓度对微弧氧化陶瓷膜钙、磷元素含量的影响31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 电参数对微弧氧化陶瓷膜层的影响33-47
• 4.1 电压对微弧氧化陶瓷膜层的影响33-38
• 4.1.1 电压对微弧氧化陶瓷膜层各相组成的影响33-34
• 4.1.2 电压对微弧氧化陶瓷膜表面形貌的影响34-36
• 4.1.3 电压对微弧氧化膜层钙、磷元素含量的影响36-38
• 4.2 氧化时间对微弧氧化膜层的影响38-42
• 4.2.1 氧化时间对微弧氧化膜层相组成的影响38-39
• 4.2.2 氧化时间对微弧氧化膜层表面形貌的影响39-40
• 4.2.3 氧化时间对微弧氧化陶瓷膜钙、磷元素含量的影响40-42
• 4.3 脉冲频率对微弧氧化膜层的影响42-46
• 4.3.1 脉冲频率对微弧氧化膜层相组成的影响42-43
• 4.3.2 脉冲频率对微弧氧化膜层表面形貌的影响43-45
• 4.3.3 脉冲频率对微弧氧化膜钙、磷元素含量的影响45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 微弧氧化陶瓷膜层体外性能测试47-53
• 5.1 电压对微弧氧化膜层耐磨性和耐蚀性能的影响47-48
• 5.1.1 电压对微弧氧化膜层耐磨性能的影响47-48
• 5.1.2 电压对微弧氧化膜层耐蚀性能的影响48
• 5.2 氧化时间对微弧氧化膜层耐磨性和耐腐蚀性能的影响48-50
• 5.2.1 氧化时间对微弧氧化膜层耐磨损性能的影响48-49
• 5.2.2 氧化时间对微弧氧化膜层耐蚀性的影响49-50
• 5.3 脉冲频率对微弧氧化膜层耐磨性和耐腐蚀性的影响50-51
• 5.3.1 脉冲频率对微弧氧化膜表层耐磨损性能的影响50-51
• 5.3.2 脉冲频率对微弧氧化膜表层耐蚀性的影响51
• 5.4 本章小结51-53
• 第六章 结论53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 作者简介59
• 攻读硕士学位期间研究成果59

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