钛合金TC4基多孔生物陶瓷膜层的微弧氧化工艺及生物性能研究

发布时间：2017-11-16 14:13

  本文关键词：钛合金TC4基多孔生物陶瓷膜层的微弧氧化工艺及生物性能研究

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【摘要】：本文利用微弧氧化技术在Ti6A14V (TC4)合金表面原位生成陶瓷膜层。通过X射线能谱分析仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等检测手段研究微弧氧化的最佳制备工艺并进行优化试验;与昆明医科大学合作进行动物试验研究,通过组织切片、X光照射等手段研究了不同试验条件下获得的微弧氧化陶瓷膜生物相容性以及早期骨愈合促进性能。恒电压正交试验及恒电流响应曲面设计以所获得的膜厚度及耐腐蚀性能为主要考虑指标,正向电压及正向电流越大,膜越厚,所获得膜层越粗糙；而耐腐蚀性能主要与频率及正向电压和电流以及时间有关；电解液浓度越高,在微弧氧化产生的局部高温高压作用下,电解液中更多的Ca2+、PO43-离子在电场的作用下通过扩散和迁移到达阳极样品表面而参与成膜；正向电压及电流越大,微弧氧化过程中放电能量越大,导致微弧氧化膜层被二次甚至多次击穿,表面微孔径增大,熔融物增多,使得膜层表面变得更加粗糙；时间越长,越有利于钙磷化合物的形成及羟基磷灰石晶化；膜厚在氧化刚开始时快速增长,随着氧化时间的延长,膜厚的增长率下降,外部疏松层会随着氧化时间的继续增长而开始脱落,膜层厚度开始下降；频率越大,单个脉冲放电能量越低,膜厚度越小,膜层表面生成的微孔洞越小,膜层也越均匀,当经微弧氧化处理之后,钛表面较高的粗糙度以及孔隙率有利于成骨细胞的附着生长,膜层中Ca/P含量随频率的增大而上升,膜层中的金红石是二氧化钛的稳定结构,在高温下由锐钛矿转化而来。恒电压微弧氧化及恒电流微弧氧化所获得的膜层规律相差甚微,但恒电流微弧氧化获得的膜层表面更为均匀。通过恒电压正交试验及其优化试验得出最优工艺参数组合为：电压500V,电解液Ca/P为1.67,频率300Hz,时间20min通过恒电流响应曲面设计及其优化试验得出最优工艺参数组合为：正向电流2.5A,微弧氧化时间15min,频率300Hz,Ca/P为2.5。通过将不同试验条件下所获得的微弧氧化陶瓷膜植入日本大耳兔股骨远端,分别于4W、12W、24W处死动物取样进行各种检测。结果表明：钛合金微弧氧化样品植入后,无明显感染出现,不发生骨吸收现象,植入后,有新生骨细胞,并逐渐形成钛合金植入材料与股骨的生物结合-骨生长,表现出良好的生物活性。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：1192623