医用多孔Ti-Mo合金的微波烧结制备及水热活化处理

发布时间：2017-10-29 14:10

  本文关键词：医用多孔Ti-Mo合金的微波烧结制备及水热活化处理

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【摘要】：多孔Ti-Mo合金除了具备钛合金优异的耐蚀性和生物相容性,还具有其β型钛合金特有的更低的与人体骨骼更为接近的弹性模量,且不含毒副元素。同时三维连通的孔隙结构能够有效的降低弹性模量,避免“应力遮挡”效应;有助于骨细胞的粘附与长入,形成机械性联锁从而实现生物固定;还有助于体液和营养物质的运输和传送,促进人体血管和肌肉等组织的再生与重建。然而,多孔Ti-Mo合金属于生物惰性金属材料,植入后难以与周围组织形成直接的化学键合。本文采用微波烧结制备了医用多孔Ti-Mo合金,研究了烧结温度、Mo含量和造孔剂含量及粒径对多孔Ti-Mo合金显微组织结构的影响规律;探讨了工艺参数及孔隙结构对多孔TiMo合金的机械力学性能、耐蚀性和摩擦磨损行为的影响;同时对多孔Ti-Mo合金进行碱溶液水热处理,评价其在SBF溶液中诱导羟基磷灰石的能力。研究表明,微波烧结制备的多孔Ti-Mo合金由α和β两相组成。随着烧结温度的升高,多孔Ti-Mo合金的β-Ti衍射峰强度逐渐增强,α-Ti衍射峰相对减弱,孔隙率随之减小,并且得出1050℃为最佳烧结温度。随着Mo添加量的增加,β-Ti含量增加,原生孔隙增多,原始孔隙的孔径为20~30μm左右,孔隙率增大。造孔剂对其物相未造成明显影响,但随着造孔剂NH4HCO3含量的增加,其孔隙率增大。随着造孔剂NH4HCO3粒径的增大,合金孔径明显变大,孔隙率变化不明显。随着烧结温度的升高,多孔Ti-Mo合金的抗压强度、弹性模量和洛氏硬度均呈上升趋势,而体积磨损率呈减小趋势。同时,抗弯强度先增强后减小,在1050℃时达到最大。随着孔隙率的增加,多孔Ti-Mo合金的抗弯强度、弹性模量和抗压强度均逐渐减小,体积磨损率剧烈增加。随着Mo含量的增加,多孔Ti-Mo合金的孔隙率随之增加,其力学性能的变化趋势与孔隙率增加的变化趋势一致。随着平均孔径的增大,多孔Ti-Mo合金的压缩强度缓慢递减,弹性模量先上升后下降,抗弯强度变化不大,体积磨损率减小。随着烧结温度的升高和孔隙率的降低,多孔Ti-Mo合金在Hank’s溶液中的耐蚀性逐渐增加,当孔隙率从50.22%降至16.5%时,腐蚀电流密度减小了一个数量级。Mo含量和孔径对多孔Ti-Mo合金的耐蚀性无明显影响。经过3.75mol/L NaOH和0.2mol/L Ca(OH)2溶液水热处理后的多孔Ti-Mo合金,表面分别形成了Na2Ti6O13和CaTiO3。在SBF溶液中浸泡3天后开始出现CaP涂层的沉积,浸泡14天后,羟基磷灰石涂层能够完整的覆盖试样的外表面和内壁。结果表明,两种碱溶液水热处理均能提高多孔Ti-Mo合金的生物活性,使其具有HA诱导能力。
【关键词】：医用多孔Ti-Mo合金 微波烧结 力学性能 水热处理 磷灰石诱导能力
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF125.22;R318.08
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 医用多孔金属材料的研究发展现状11-15
• 1.1.1 医用多孔金属材料概述11-13
• 1.1.2 医用多孔金属材料的结构特点13-14
• 1.1.3 医用多孔金属材料的性能要求14-15
• 1.2 医用多孔钛及其合金的制备方法15-20
• 1.2.1 金属粉末混合烧结技术16
• 1.2.2 快速成型技术16-17
• 1.2.3 燃烧合成技术17-18
• 1.2.4 凝胶注模成型技术18-19
• 1.2.5 微波烧结技术19-20
• 1.3 医用多孔钛及其合金的表面改性20-24
• 1.3.1 微弧氧化21-22
• 1.3.2 溶胶-凝胶法22
• 1.3.3 碱热处理22-24
• 1.4 论文研究的意义及主要内容24-26
• 1.4.1 论文研究的意义24
• 1.4.2 论文研究的主要内容24-26
• 第2章 实验材料与方法26-35
• 2.1 实验材料26-27
• 2.2 实验过程及装置27-30
• 2.2.1 多孔Ti-Mo合金的制备27-29
• 2.2.2 多孔Ti-Mo合金的表面改性29
• 2.2.3 实验装置29-30
• 2.3 组织结构分析30-31
• 2.3.1 显微形貌与成分分析30
• 2.3.2 物相分析30-31
• 2.4 性能分析31-35
• 2.4.1 孔隙率31
• 2.4.2 显微硬度31
• 2.4.3 抗弯、压缩强度31-32
• 2.4.4 摩擦磨损性能32
• 2.4.5 耐蚀性32-34
• 2.4.6 体外生物活性评价34-35
• 第3章 多孔Ti-Mo合金的显微组织结构35-48
• 3.1 微波烧结温度对多孔Ti-Mo合金的显微结构的影响35-38
• 3.1.1 物相分析35-36
• 3.1.2 微观形貌分析36-38
• 3.1.3 孔隙率38
• 3.2 Mo添加量对多孔Ti-Mo合金的显微结构的影响38-41
• 3.2.1 物相分析39
• 3.2.2 微观形貌分析39-40
• 3.2.3 孔隙率40-41
• 3.3 造孔剂NH_4HCO_3添加量对多孔Ti-Mo合金的显微结构的影响41-45
• 3.3.1 物相分析41-42
• 3.3.2 微观形貌分析42-44
• 3.3.3 孔隙率44-45
• 3.4 造孔剂NH_4HCO_3粒径对多孔Ti-Mo合金的显微结构的影响45-47
• 3.4.1 物相分析45
• 3.4.2 微观形貌分析45-46
• 3.4.3 孔隙率46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 多孔Ti-Mo合金的性能表征48-72
• 4.1 机械力学性能48-57
• 4.1.1 烧结温度对多孔Ti-Mo合金机械力学性能的影响48-51
• 4.1.2 Mo添加量对多孔Ti-Mo合金机械力学性能的影响51-53
• 4.1.3 孔隙率对多孔Ti-Mo合金机械力学性能的影响53-55
• 4.1.4 孔径对多孔Ti-Mo合金机械力学性能的影响55-57
• 4.2 耐蚀性57-62
• 4.2.1 烧结温度对多孔Ti-Mo合金耐蚀性的影响57-58
• 4.2.2 Mo添加量对多孔Ti-Mo合金耐蚀性的影响58-59
• 4.2.3 孔隙率对多孔Ti-Mo合金耐蚀性的影响59-60
• 4.2.4 孔径对多孔Ti-Mo合金耐蚀性的影响60-62
• 4.3 摩擦磨损行为62-70
• 4.3.1 不同烧结温度的多孔Ti-Mo合金的摩擦磨损行为62-64
• 4.3.2 不同Mo添加量的多孔Ti-Mo合金的摩擦磨损行为64-65
• 4.3.3 不同孔隙率的多孔Ti-Mo合金的摩擦磨损行为65-69
• 4.3.4 不同孔径多孔Ti-Mo合金的摩擦磨损行为69-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第5章 多孔Ti-Mo合金的水热活化处理72-86
• 5.1 NaOH水热处理72-78
• 5.1.1 显微组织结构72-74
• 5.1.2 体外生物活性评价74-78
• 5.2 Ca(OH)_2 水热处理78-85
• 5.2.1 显微组织结构78-81
• 5.2.2 体外生物活性评价81-85
• 5.3 本章小结85-86
• 全文总结86-88
• 参考文献88-95
• 论文发表情况95-96
• 致谢96-97

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