超细晶纯钛材电化学抛光表面生物相容性研究-论文.pdf

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1、第42卷第l0期稀有金属材料与工程Vb1．42．NO．102013笠10月AREME，上MATERIALSANDENGINEER1NGOctober2013超细晶纯钛材电化学抛光表面生物相容性研究许晓静，盛新兰，张体峰，刘敏，牛小、r，朱利华(江苏大学，江苏镇江212013)摘要：研究了常规纯钛材和超细晶纯钛材电化学抛光表面的形貌、抗腐蚀性能、微动摩擦磨损性能和生物活性。结果表明：与常规纯钛材电化学抛光表面相比，超细晶纯钛材电化学抛光表面具有更多小尺寸(纳米尺度)蚀坑，更高的抗模拟体液电化学腐蚀性能(后者的腐蚀速率是前者的2／5)，更低的摩擦系数0．12(VS．

2、0．15)、更高的耐磨性(后者的磨痕宽度是前者的4／5)，以及较高的生物活性，模拟体液中ca—P层的生长速率21．03g／m(VS．18．40g／m)。分析认为，以上性能变化是纯钛材组织超细化提高其晶体缺陷(内能)所致。关键词：超细晶纯钛材；电化学抛光；表面形貌；抗腐蚀性能；生物活性中图法分类号：TG174．4文献标识码：A文章编号：1002—185X(2013)10-2053—04先进的生物医用金属材料及表面处理是国家中长期H，<0-30Fe，<0．15Si，其余为Ti。将~10mm的纯钛科学和技术发展的优先主题。组织结构超细／纳米化的生材以Bc方式经4道次等

3、通道转角大应变挤压(ECAP)物医用纯钛材具有高强度、不含对人体有毒的元素(A1，制备出超细晶钛材_5]，挤压温度为450℃。纯钛材经Ni等)、更好的生物相容性【】。】等特性，是一种新一代砂纸磨平、抛光后用丙酮进行超声波清洗。用稀硫酸生物医用金属材料【l4】。用等通道转角大应变加工技术(质量分数为17％)对其表面进行3～5min活化处理，(equalchannelangularpressing／extrusion，ECAP／E)制接着进行电化学抛光处理。电化学抛光电解液基本组备的超细晶纯钛(TA2)材其力学性能已经达到甚至超成为浓磷酸、浓硫酸和纯化水。实验所采用

4、的电参数过目前临床应用的钛合金(Ti．6A1—4V等)L4J。为直流电压10～12V，频率800Hz，处理时间60S，对于与自然骨(骨水泥)接触的植入体如人工关温度控制在80～90℃。节基干、骨创伤产品、种植牙等，其表面不仅必须要采用带有x射线能谱仪(EDS)的JEOL有好的生物活性，而且必须要有好的抗微动摩擦损伤JSM．7001F型场发射扫描电子显微镜(SEM)观察微观性能、好的抗腐蚀性能【ll6】。近年来，纳米尺度几何仿形貌。采用WYKO—NT1100表面形貌三维测量仪测量生形貌备受研究关注，大量研究证明，纳米尺度几何表面粗糙度。采用D／max一2500PC

5、型x射线衍射仪进形貌能有效提高生物医用材料的生物活性【1-3,7,8]。行物相分析，扫描速度为7~／min、步宽0．01。、Cu靶、电化学抛光是生物医用金属材料常用的表面处理管流200mA，扫描角度为10090。。采用双单元电化学方法【9，l们。组织超细化的纯钛材，由于晶界等晶体缺工作站测试电化学腐蚀性能，扫描电位范围为一1．0～2．5陷显著增多，导致易被腐蚀点增多，因此可以通过电v，扫描速率20mV／s。采用MGW-01型高频往复微动化学抛光获得更高密度的纳米尺度形貌。本实验研究摩擦磨损试验机测试摩擦磨损性能，摩擦对偶件为直径常规纯钛材组织超细化对其电化学抛光

6、表面的形貌、4mm的Si3N4球，载荷1N，时间10min，频率20Hz，抗腐蚀性能、微动摩擦磨损性能和生物活性的影响，位移幅值0．4～0．5mm，室温Kokubo模拟体液。采用体以期为生物医用金属材料的发展提供科学依据。外模拟体液(simulatedbodyfluid，SBF)诱导Ca．P涂层生长(单位面积增重)来表征生物活性。按照Kokubo1实验提出的SBF方案配制模拟体液。Kokubo人体模拟体液实验所选用10mm的纯钛材(TA2)，名义化学(1000mE)的成分为7．996gNaCI，0．35gNaHCO3，0．224成分为(质量分数，％)：0．25O

7、，0．05N，0．10C，<0．015gKCI，0．278gK2HPO4’3H20，0．228gMgCI2‘6H20，收稿日期：2012．10．15基金项目：江苏省高校自然基金重大项I~(11KJA430004)：江苏大学优秀学术青年骨干培养对象基金(12l11100O1)作者简介：许晓静，男，1967年生，博士，教授，博士生导师，江苏大学先进成形技术研究所，江苏镇江212013，电话：0511-88792058，E—mail：~xu67@ujs．edu．cn·2056·稀有金属材料与工程第42卷纯钛材组织超细化使其电化学抛光表面的摩擦磨Biomateriali

8、a[J]，2009，5(