医用钛基金属表面纳米结构的构建及性能研究

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1、中图分类号：TQ134论文编号：2017310038UDC：密级：公开硕士学位论文医用钛基金属表面纳米结构的构建及性能研究作者姓名：王变学科名称：材料工程研究方向：功能陶瓷学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年12月1日申请学位类别：工程硕士导师姓名：许莹教授单位：华北理工大学周满春高工单位：唐山钢铁集团有限公司论文评阅人：匿名单位：匿名单位：论文答辩日期：2018年3月1日答辩委员会主席：梁波教授关键词：水热-等离子喷涂法；TiO2纳米棒；Ti/TiO2/Ta复合梯度材料；生物活性唐山华北理工大学2018年3月C

2、onstructionandPropertiesofNanoStructuresonSurfaceModificationofBiomedicalTitaniumDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringbyWangBian(MaterialEngineering)ProfessorXuYingSupervis

3、or:ZhouManchunMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特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的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留

4、、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：√□自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要摘要钛基金属因具有较高的强度和较低的弹性模量，在医学上被广泛用作硬组织替代材料。但是，钛基金属也存在许多临床问题。主要表现在钛基金属属于惰性材料，无法与周围组织直接形成良好的骨结合，因此生物活性差。同时钛基金属耐腐蚀性、耐磨损性较差，易导致机体炎症。通过表面改性技术可提高钛基金属的

5、生物活性和生物相容性。实验采用水热-等离子喷涂复合法制备Ti/TiO2/Ta复合梯度材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪等对复合梯度材料的晶体结构、微观形貌、表面粗糙度、表面润湿性进行表征。实验对钛表面进行酸处理法提高其表面粗糙度，最终获得了同向排列的微米台阶结构，最佳工艺参数为酸处理温度25℃、以0.53mol/LHF和0.29mol/LHNO3体积比为1:1的混合酸处理10min。采用水热法在具有微米台阶的钛表面原位生长TiO2纳米棒，其最佳参数为NaOH浓度5M、水热温度130℃、热处

6、理温度450℃，形成的纳米棒与钛基底结合牢固，由锐钛矿TiO2和金红石TiO2构成。采用等离子喷涂法在具有TiO2纳米棒的钛表面喷涂钽粉末，制备的钽涂层的最佳工艺参数为喷涂电压60V、喷涂距离150mm，钽涂层有效厚度达75μm。最终形成Ti/TiO2/Ta复合梯度材料。形成的复合梯度材料是钽、钛元素梯度分布。钽涂层与钛基体结合良好，结合力为66N。复合梯度材料的硬度为4554MPa，接近人体骨硬度，一定程度增加了材料的耐磨损性。复合梯度材料的腐蚀速度为0.547×10-6A/cm2，只有钛基体的17%，耐腐蚀性得到明显的提高。复合

7、梯度材料的表面能为63.4mJ/m2，改善了材料的润湿性。试样在模拟体液（SBF）中浸泡14d后，普通钛金属表面没有新物质生成。复合梯度材料表面羟基磷灰石（HA）的沉积量远大于钛基金属，表现出优异的生物活性。细胞毒性实验显示医用钛金属、微米台阶试样、TiO2纳米棒试样、复合梯度材料四组试样均无细胞毒性。图38幅；表14个；参61篇。关键词：水热-等离子喷涂法；TiO2纳米棒；Ti/TiO2/Ta复合梯度材料；生物活性分类号：TQ134-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractTi-basedmetalhaswidelybeenu

8、sedindentalimplantsowingtotheirexcellentstrength,lowelasticmodulusandsoon.However,asbio-inertmaterial,itcannotformche