微弧氧化处理的钛铌锆锡合金理化性能和生物安全性研究

发布时间：2020-05-31 17:36

【摘要】： 钛和钛合金由于具有良好的理化性能和极佳的生物相容性已经广泛应用于口腔医学领域,但由于其弹性模量较大,远大于牙体组织和骨组织,人们开始着眼于研制弹性模量更低的钛合金。Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金是一种新型的β-钛合金,具有较低的弹性模量,同时强度较高,适于做骨植入材料。同时,钛和钛合金生物活性较差,与骨结合强度较低,在生理条件下易造成金属离子析出,解决这个问题的一个方法是对其进行表面改性。本研究采用微弧氧化技术对该合金进行表面改性,并检测其理化性能、评价其生物安全性,探讨微弧氧化改性的效果。研究目的通过检测经微弧氧化处理的钛铌锆锡合金的理化性能并评价其生物安全性,探讨其应用于临床的可能性并为其今后在临床的应用提供实验依据。研究方法 1.以不同电压和频率对试件进行微弧氧化处理,用扫描电镜观察其表面形貌,检测氧化膜的厚度,评价电压和频率对结果的影响并选择合适的氧化电压和脉冲频率; 2.使用能谱分析仪、X射线衍射仪、接触角测量仪、粗糙度仪、显微硬度计和涂层附着力自动划痕仪,检测经微弧氧化处理后钛铌锆锡合金的元素组成、晶相结构、表面能、表面粗糙度、显微硬度和膜层结合力; 3.根据国际标准和医药行业标准,通过细胞毒性实验、溶血实验、口腔粘膜刺激实验以及短期全身毒性实验评价其生物安全性。研究结果 1.经微弧氧化处理后的钛铌锆锡合金表面形成了一层灰绿色的氧化膜,表面均匀分布着直径1~5μm左右的微孔,呈现粗糙多孔的表面形貌,孔径和氧化膜厚度随电压增大而增大。 2.氧化膜由Ti , O ,Ca , P,Zr,Nb,Sn 7种元素组成,二氧化钛的相位结构为金红石相和锐钛矿相,膜的显微硬度为414±1.67HV,表面粗糙度1.175±0.196μm,与基体的结合力为32±1.21N,表面能62.9 mJ/m2,微弧氧化提高了材料的表面能和粗糙度。 3.细胞毒性实验结果显示经微弧氧化处理的钛铌锆锡合金无细胞毒性,溶血实验结果显示其溶血率小于5%,具有良好的血液相容性,口腔粘膜刺激实验结果显示其对粘膜无刺激性,短期全身毒性实验显示其无短期全身毒性,具有良好的生物安全性。结论经微弧氧化处理的钛铌锆锡合金表面形成粗糙、多孔、结合紧密并富含钙磷元素的氧化膜,氧化膜厚度和表面孔径随电压增大而增大,微弧氧化技术提高了材料的表面能和粗糙度;经微弧氧化的钛铌锆锡合金具有良好的生物安全性。
【图文】：

表面形貌,脉冲频率,氧化膜,表面形貌

第四军医大学硕士学位论文浓度为 0.2mol/L，磷酸二氢根浓度为 0.09mol/L，加入适量的氢氧化钠使电解液 pH 值为 10～11。c.微弧氧化处理：分别在上述电压、频率和占空比 5～15%条件下以钛铌锆锡合金试件为阳极，不锈钢片为阴极，采用脉冲-直流电源对试件进行微弧氧化处理，恒温水浴，处理时间 5min，清洗、干燥备用。1.2.3 表面形貌观察试件喷金，用场发射扫描电子显微镜观察其表面形貌。2. 结果实验过程中，起弧后，在电解液中的试件表面可以观察到无数游动的放电弧光，处理完的试件表面形成了一层灰绿色的陶瓷膜，表面均匀一致。扫描电镜观察表面有大小不同的微孔分布，，直径约 1μm～5μm。

表面形貌,氧化膜,表面形貌,电压

不同氧化电压下氧化膜表面形貌
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：R783.1

【参考文献】