钛合金微弧氧化生物陶瓷层的制备研究

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1、北京交通大学硕士学位论文中文摘要摘要：钛合金作为人体植入用材料已经得到广泛的应用，微弧氧化表面改性可以改善钛合金生物活性和耐磨性。目前，对钛合金微弧氧化生物陶瓷层的研究逐步开展，多数研究通过采用含有钙磷元素的电解液来微弧氧化处理得到钛合金生物陶瓷层。但由于微弧氧化过程影响陶瓷层形成的参数繁多，因此对于微弧氧化机理还需要开展广泛深入的研究。本课题利用微弧氧化技术，进行不同工艺参数下的钛合金微弧氧化表面改性：研究不同钙磷比对陶瓷层相结构、微观形貌及元素含量的影响规律；分析电压、频率和占空比变化对陶瓷层微观特征的影响，并据此探讨微弧氧化生

2、物陶瓷层的形成机理；通过一定时间的模拟体液浸泡，分析微弧氧化陶瓷层中的钙、磷含量对其生物性能的影响；开展摩擦磨损试验，研究电参数变化对陶瓷层耐磨性的影响。研究结果表明：微弧氧化陶瓷层主要由锐钛矿型Ti02和金红石型Ti02组成，两者的相对含量随参数的不同发生变化。陶瓷层中的钙含量随着电解液钙磷比的增大呈现上升趋势，而磷含量先减后增；当钙磷比增大至一定值时，陶瓷层中开始出现羟基磷灰石相。改变电源电压、频率或占空比，陶瓷层表面孔隙率以及其钙、磷含量都会发生变化，其中电压的影响最为明显。这是因为，电参数的改变影响试样表面的电荷积累，使得氧

3、化膜发生不同特点的电击穿过程，并形成形貌不同、组成各异的陶瓷层。电解液部分形成了电阻和电容并联的等效负载，电参数改变会影响流经等效电阻的电荷数量以及等效电容极板上的电荷积累，改变电解液内部的电场分布，对粒子的扩散和电泳造成影响，进而影响陶瓷层微观结构。模拟体液浸泡试验表明，陶瓷层中钙磷含量较高的试样，更易诱导羟基磷灰石的生成。钛合金经含钙磷电解液的微弧氧化处理后，生物活性得到改善。摩擦磨损试验结果显示，微弧氧化处理有利于钛合金耐磨性的提高。微弧氧化处理电压、频率和占空比的提高，都会增大材料在相同摩擦条件下的磨损率，降低其耐磨性。关键

4、词：钛合金；微弧氧化；生物陶瓷层；生物活性；耐磨性分类号：TGl74．4北京交通大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACT：TitaniumAlloyiSwidelyusedasimplantmaterial．Micro-arcoxidationiSoneofthesurfaceprocessingmethodswhichcanimprovealloy’Sbiologicalactivityandweal"resistance．Nowadays，thestudyontitaniumbioceramiccoatingprepar

5、edbyMAOtechnologyWascarryingoutgraduall％Theelectrolytewithadditionofcalciumandphosphorusisthefirstchoicethroughmoststudy．However,themicroscopiccharacteristicsandperformanceoftheMAOcoatingsisrelatedtoalargenumberofparameters．Therefore，afurtherstudyshouldbedevelopedonthe

6、formationmechanismofMAObioceramiccoatings．KindsofMAObioceramiccoatingswerepreparedunderdifferentparametersinthispaper．Phasestructure，elementcontentandsurfacemorphologyofMAOcoatingswhichwerepreparedunderdifferentCa／Poftheelectrolytewerestudied．Theinfluencelawofelectrica

7、lparameterstothemicroscopiccharacteristicsofMAOcoatingswerealSOanalyzedinthePaper．ThefomationmechanismofMAOcoatingshadherebybeendeveloped．TheinfluencelawofthecontentofcalciumandphosphorusinMAOcoatingstothebiologicalactivitywasstudiedbyimmersingtheMAOsampleinSBFsolution

8、forseveraldays．Andthewearresistanceofcoatingswasanalyzedthroughfrictionandweartest．TheresultshowsthattheMAOcoatingswe