ag改性tini合金的组织结构与性能

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限....................................................58致谢............................................................................................................................59-IV-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1研究目的和意义由于战争、车祸以及老龄化等原因，每年都有不计其数的

2、患者需要将人工或天然材料植入体内，这就促进了生物医用材料的发展。生物医用材料分为医用陶瓷材料、医用高分子材料和医用金属材料，与医用陶瓷及医用高分子材料相比，医用金属材料具有良好的塑性变形能力从而赋予了材料优异的加工性能，同时具有较高的强度、较好的韧性和其它材料所不具有的优异性能[1]。医用金属材料主要有医用贵金属材料、不锈钢、钛及钛合金材料，而TiNi合金因具有独特的形状记忆效应和超弹性、良好的力学性能以及生物相容性，使其在生物医用领域有着广泛的应用，但是作为医用材料植入人体后，除了材料磨损、金属离子溶出以及应力屏蔽等原因所引起的人工植入体发生无菌

3、松动导致植入体失效外，植入部位感染也容易引起植入体的失效，导致手术失败[2]。所以赋予TiNi合金抗菌性能成为医疗应用所急需解决的问题。目前作为抗菌剂的金属元素有Ag、Cu和Zn，它们作为抗菌剂都具有广谱性和不易产生耐药性等特点，而Ag离子对于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有最佳的抗菌效果，同时，Ag也是人体内的一种微量元素，是目前使用最为广泛的金属抗菌元素[3]。所以将Ag离子引入到TiNi合金的基体或表面是赋予TiNi合金抗菌效果的有效途径。1.2医用TiNi合金的研究现状TiNi合金自20世纪70年代开始使用于医用领域，也是目前唯一在医用领域

4、有实际应用的形状记忆合金，主要用于牙齿矫形丝、脊椎矫形棒、接骨板、人工关节、心血管支架脑动脉瘤夹等方面[4,5]，图1-1是用TiNi合金在医用领域的实际应用。作为医用材料，首先要求材料具有与骨骼相近的弹性模量和材料无磁性，同时材料应具备良好的耐腐蚀性能和生物相容性。而研究发现，TiNi合金具有与人体骨骼相接近的弹性模量，它是普通不锈钢弹性模量的1/3，这样就可以明显的降低因为植入材料的弹性模量与骨骼弹性模量不同而引起的应力屏蔽，避免了骨质疏松；TiNi合金无磁性，植入人体后可进行核磁共振成像，同时植入体不会受到外磁场的影响[6]。-1-哈尔滨工业

5、大学工学硕士学位论文a)b)图1-1TiNi合金的实际应用[4]a）TiNi合金矫形棒和b）TiNi合金骨卡环金属材料植入人体后，如果其没有良好的耐腐蚀性能，则会与体液发生反应，然后导致金属离子的溶出，而金属离子溶出会影响正常的人体组织性能，轻者引起炎症，重则导致植入手术的失败甚至致癌，所以要求生物医用材料必须具备良好的耐腐蚀性能。TiNi合金作为一种金属植入材料，植入人体后也会出现离子溶出的问题，对于TiNi合金中的镍离子，我们必须抑制它的溶出，因为镍离子是毒性离子，溶出后对人体有潜在的致畸致癌作用，所以为了解决离子溶出的问题，我们要求TiNi合

6、金具有较好的耐腐蚀性能[7-9]。目前，对于TiNi合金耐腐蚀性能的研究已较为成熟，WeverDJ[10]使用原子吸附分光光谱法研究了在Hank’s溶液中TiNi合金的镍离子溶出速率随时间的变化规律。结果表明，随着合金在溶液中浸泡时间的延长，镍离子溶出速率急剧下降，浸泡10天后的溶出速率已无法测到。同时通过XPS的检测手段表明，TiNi合金在Hank，s溶液中经长时间浸泡后其表面将会有钙磷层生成。Vandenkerckhove等人[11]在9g/L的氯化钠溶液中研究了溶液的溶解氧量对TiNi合金开路电位的影响。研究表明，在含有溶解氧的溶液中TiNi

7、合金的开路电位要比脱氧溶液中TiNi合金的开路电位高，同时，开路电位达到稳定时所需要的时间也短。Vandenkerckhove等人又通过电化学阻抗谱的测量发现，即使在脱氧溶液中TiNi合金表面也能形成一层具有钝化作用的氧化膜。薛淼等人[12]采用了多种腐蚀液对TiNi合金的耐腐蚀性能进行了研究，包括TiNi合金在模拟体液、新鲜尿液和人造胃液中的浸泡实验，也研究了TiNi合金在动物体内的埋片实验。其结果表明，TiNi合金具有良好的耐腐蚀性能，表现为在模拟体液和新鲜人体尿液中浸泡的TiNi合金其表面光洁无点蚀发生，在动物体内埋片一年的TiNi合金其表面

8、也是光洁的，表现为良好的耐腐蚀性能。-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Rondelli等人[13]研究了TiNi合金丝在