niti形状记忆合金表面改性的探索与研究

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1、摘要摘要NiTi形状记忆合金因其独特的形状记忆效应、超弹性和高阻尼特性等而在生物医学领域中具有广阔的应用前景。大量的研究表明，NiTi形状记忆合金具有强度高、无磁、耐磨、耐疲劳、耐体液腐蚀、无细胞毒性等优良的力学性能与生物相容性。目前，NiTi形状记忆合金已经广泛应用于口腔科、耳鼻喉科、整形外科和介入性医疗等众多领域。然而，NiTi形状记忆合金植入人体后，长期与血液、淋巴液、体液等直接接触，存在许多问题，诸如Ni”离子的溶出、腐蚀和凝血等。本文针对NiTi形状记忆合金在植入人体存在的问题，对合金进行表面改性，旨在不影响NiTi形状记忆合金优良的机械性能

2、和生物性能的前提下，改变其表面性能，提高植入物的抗腐蚀性能和生物相容性。在本文中，先后尝试了微弧氧化、表面氧化、水煮法、原位水热化学合成等工艺，但是效果并不理想。最后，采用辉光离子氮化的方法，在NiTi形状记忆合金基体上制备了均匀、致密、连续的TiN薄膜。根据离子氮化的原理，氮化膜与基体有着很好的结合力。文中分别用XRD分析了膜层的物相组成：用AFM测试了TiN薄膜与基体问的结合情况；用SEM观察了膜层的表面形貌、元素分布及膜层厚度；用Autolab平台检测了膜层在Ringer’S溶液中的电化学腐蚀性能；用AAS测试了膜层在Hanks’溶液中的生物相容

3、性能。研究结果表明：NiTi形状记忆合金在经过离子氮化处理后，表面制备得到了纯度很高的TiN的致密薄膜。在800℃离子氮化3个小时后，表面Ni的含量仅为0．57％，TiN薄膜厚度约为2pm。划痕试验显示，当垂直载荷为ION时，划痕头已经划到基体，但是仍然没有发生膜层的剥落。这表面TiN薄膜和NiTi合金基体有着很好的结合力。在Ringer’S溶液中的电化学实验结果表明，经过离子氮化后，试样的腐蚀电压和极化电阻得到了大幅度提高，而腐蚀电流密度下降明显；在Hanks’模拟体液中的浸泡实验结果表明，离子氮化处理大大降低了Ni2+离子在模拟体液中溶出量和溶出速

4、率。从而看出，离子氮化法制备的TiN薄膜大大提高了NiTi形状记忆合金的耐蚀性能和生物相容性能。关键词：NiTi形状记忆合金；离子氮化；人体植入材料；超弹性：TiN华南理1：大学硕士学位论文AbstractNiTiShapeMemoryAlloyhaswideapplicationprospectinthebiomedicalfieldduetoitsuniqueshapememoryeffect，superelasticity，highdampingpropertyandotherprominentcharacteristics．Manyoffund

5、amentalstudiesinthisfieldhaveshownthatNiTishapememoryalloyhasexcellentmechanicalandbiomedicalproperties，suchashighspecificstrength，paramagnetism，highabrationandfatigueresistance，non-toxicityandgoodcyto-adhesion．Anduptonow,ithasbeenwidelyusedindentistry，orthopedics，minimallyinvas

6、ivesurgeryandSOon．However，manyproblems，suchasthereleaseofNi”ion，corrosionandcoagulation，alsoexistsandareofgreatharmifNiTiimplantsareusedinthehumanbodyindirectcontactwithblood，bodyfluidandlymphpermanently．AimedattheseproblemsarisingafterNiTialloyisimplantedintothehumanbody,surfac

7、emodificationisadoptedtoimprovetheimplants’corrosionresistanceandbiocompatibilityonthepremiseoflittleinfluenceonthealloy’Sgoodmechanicalandbiomedicalproperties．Inthispaper,differentmethodsofsurfacemodificationwereattempted．suchasmicroarcoxidation。surfaceoxidation．boiledinwateran

8、din．situhydrothermalchemistrytreatmentandSOon．b