Ti6Al4V表面医用氧化钽复合涂层的制备及其性能研究

发布时间：2021-06-26 02:18

　　Ti6Al4V钛合金在生物相容性、耐腐蚀和力学性能等方面具有良好的综合性能,是当今医用植入体的首选材料。但是,体液环境的腐蚀性使长期服役的Ti6Al4V植入材料释放有毒的Al³⁺、V²⁺等金属离子,引发宿主产生不良反应,导致植入体失效;另外,Ti6Al4V本身不具备抗菌功能,细菌感染率高,对人体健康构成极大威胁。本文基于Ti6Al4V临床应用中存在的问题,采用磁控溅射技术在其表面制备多功能医用涂层,围绕涂层的成分设计、制备与表征、结合强度、电化学腐蚀和抗菌等方面开展系统地研究。基于功能梯度材料理论,提出了新型多功能医用复合涂层的设计理念。该涂层由5层薄膜组成,第1至第5层依次为Ti、TiO₂、Ta_xO_y-TiO₂,Ta_xO_y和ZnO-Ta_xO_y。其中第1至第3层为中间层,其作用是提高涂层统的结合强度,第4层Ta_xO_y薄膜起抗腐... 

【文章来源】：湖南工业大学湖南省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

人体结构中的植入体

有观察到细菌菌落；另外，ZnHAp1 涂层表面的表皮葡萄球菌细菌数量较 HAp涂层低 4 倍，而 ZnHAp2 和 ZnHAp3 涂层表面的细菌数量则低 10 倍。1.3.4 Ti6Al4V 表面功能梯度涂层的研究现状功能梯度材料(Functionally Gradient Materials，FGM)是指沿着某一方向其物理、化学、生物、力学等单一或复合性能发生连续变化，以适应不同环境，实现某种特殊功能的先进材料。与均质材料相比，FGM 内部的成分和显微结构可被控制地实现连续梯度变化，使材料性能平稳连续变化，从而消除材料服役时内部产生的应力界面，达到缓和应力的目的。图 1-2 所示为 FGM 的概念示意图[93]。由图可知，FGM 有两种渐变结构，即连续结构（图 1-2a）和逐步结构（图 1-2b）。在连续渐变结构的情况下，组成和微观结构的变化随位置连续发生，材料内部没有界面；在逐步渐变结构中，微结构特征以逐步的方式改变，材料内部为存在界面的多层结构。目前，FGM 已渐应用于机械、核能、电子和光学等领域，其前景十分广阔[94-96]。

Ti6Al4V 表面氧化钽复合涂层的制备及其性能研究与 TaxOy都属于无机材料，溅射方式沉积的 Ti、TiO2和 TaxOy具有相似的晶粒大小，初步分析，TaxOy/TiO2/Ti/Ti6Al4V 组成的涂层-基体系统的结合强度高于TaxOy/Ti/Ti6Al4V 的涂层-基体结合强度。（3）中间层为 TaxOy-TiO2/TiO2/ Ti 三层复合薄膜（图 2-1d）。由于 TaxOy-TiO2同时含有相邻两层即第2层TiO2和第4层TaxOy的化学成分，能减小TiO2与TaxOy之间热膨胀系数的不匹配，从而提高以 Ti6Al4V 为基体、TaxOy为表面涂层的整个涂基系统的结合强度。


本文编号：3250431