纳米晶ta2o5涂层的生物相容性与耐冲刷性能研究

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1、中图分类号：TG178.445论文编号：102870618-SZ035学科分类号：085204硕士学位论文纳米晶Ta2O5涂层的生物相容性与耐冲刷性能研究研究生姓名鲍习科专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师徐江教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologyResearchonbiocompati

2、bilityanderosion-corrosionresistanceofnanocrystallineofTa2O5coatingAThesisinMaterialScienceByXiKeBaoAdvisedbyProf.JiangXuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特

3、别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要随着人们的物质生活的逐渐改善，对自身健康的越发重视，追求更优的的医疗条件(医院的级别，医生的水平，使用的医疗器械等)成为一种趋势。而当今世

4、界，老龄化的加剧，车祸的频繁产生，恐怖袭击和宗教问题所带来的许许多多的对身体的伤害催生了医疗器械市场的火爆。而作为人体替代的生物材料中，具有良好的机械性能以及抗腐蚀性能的钛合金得到了广泛的应用。但是近期的研究表明，作为人体使用的钛合金材料由于其高的摩擦系数导致其在应用过程中微摩擦效应产生脱落的碎片，加之使用后期耐腐蚀性能的下降导致有害离子的释放引起周围组织的炎症反应，最终导致植入材料的失效。在过去的几十年，科学家们通过不同的表面改性技术来促进钛合金表面骨整合的性能，在临床的实践应用过程中，材料表面的抗菌性能和

5、细胞相容性亦扮演着重要的角色。在此背景下希望通过表面改性的方法能够改善目前生物材料钛合金所面临的问题。同时由于海洋的探索越来越深入，对海洋中的机械设备要求越来越严格，因此初步研究了涂层在模拟海水中冲刷腐蚀性能。本课题采用双阴极辉光等离子溅射沉积技术在直径为30mm厚度为10mm的Ti-6Al-4V合金圆片表面制备了Ta2O5纳米晶涂层。达到结合涂层和基体二者之间的优良性能。对制备的纳米晶涂层主要性能测试结果如下：1)通过XPS和XRD检测手段确定所制备的涂层为Ta2O5涂层，SEM显示涂层表面致密均匀无缺陷，

6、涂层厚度可达到32μm,AFM测试显示涂层的表面粗糙度为6nm,TEM分析显示涂层的晶粒大小是由13nm左右的等轴状晶粒组成。划痕测试表明涂层与基体之间结合良好，基体和涂层的结合强度为75N远高于滑动工况要求的30N。纳米压入测试结果显示涂层的硬度达22.4GPa，H/E值为0.076，分别是基体的3.6倍和1.9倍。2)在模拟人体体液Hank’s和PBS(磷酸盐缓冲液)中浸泡不同时间段Ta2O5涂层和Ti-6Al-4V基体电化学测试(OCP、EIS和Tafel)等表明纳米晶Ta2O5涂层显著提高了基体Ti-

7、6Al-4V的抗腐蚀性能。同时肖特基测试表明制备的涂层为n型半导体，两种溶液中测试载流子浓度均小于基体。零点电荷测试显示涂层相对于基体具有更强的排斥Cl-能力。3)细胞在涂层的表面具有比基体更好的铺展性能，增殖的数量更多，表明涂层具有更好的细胞相容性。初步的体外动态凝血和溶血及抗菌测试显示纳米晶Ta2O5涂层比Ti-6Al-4V合金基体具有更好的血液相容性和抗菌性能。4)比较基体Ti-6Al-4V合金与纳米晶Ta2O5涂层在冲刷条件下的腐蚀性能，结果表明基体在冲蚀时存在临界速度且失重率以腐蚀失重为主，冲刷为辅

8、。而涂层在此冲刷速度下未出现临界速度，且冲刷失重率、纯腐蚀失重率以及更重要的两者交互作用时失重率均小于基体。关键词：Ta2O5涂层，抗腐蚀性能，电化学阻抗谱，细胞相容性，冲刷腐蚀性能i纳米晶Ta2O5涂层的生物相容性与耐冲刷性能研究ABSTRACTWiththegradualimprovementofpeople'smateriallife,ithasbecomeatrendthatmoreandm