医用钛合金的表面改性课件.ppt

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1、医用钛合金材料表面改性生物医学金属材料金属材料是生物医学材料中应用最早的。由金属具有较高的强度和韧性，适用于修复或换人体的硬组织，早在一百多年前人们就已用贵金属镶牙。随着抗腐蚀性强的不锈钢、弹性模量与骨组织接近铜铁合金，以及记忆合金材料、复合材料等新型生物医学金属材料的不断出现，其应用范围也在扩大。生物医学金属材料的特殊要求并不是多有的金属材料都能用作生物医学材料，生物医学金属材料还有一些特殊要求。（1）抗腐蚀性（2）毒性低或无毒性（3）高机械性能常见生物医学金属材料金属及其合金在生物体内的生物活性、磨损、腐蚀问题尚未解决，需对其表面进行改性。

2、表面改性不仅要抑制有害金属离子的溶出，而且要促进组织的再生和加强材料与组织结合。生物钛合金材料的表面改性技术主要可以分为：（1）物理化学方法（2）形态学方法（3）生物化学方法。医用金属与合金表面涂层处理1物理化学方法----改善金属生物材料表面性能的主要方法（1）热喷涂热喷涂是利用一种热源的火焰将粉末状的金属或非金属喷涂材料加热熔融并软化，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的液滴以一定的速度喷向经过预处理干净的基体表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，与基体形成结合层的工艺方法。可分为电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、爆炸喷涂等

3、。热喷涂的优点：①取材广泛②可对各种基体进行喷涂③尺寸大小不限④速度可控⑤操作简单，效率高。不足之处：①不适用于形状复杂的生物金属材料基底；②制备过程中温度较高，；③冷却时，残余应力高、结晶度低、弹性模量大、结合度低（2）脉冲激光融敷是在低输出功率、高扫描速度的脉冲激光照射下，将涂敷材料融敷在基体表面的方法优点：涂敷过程中涂敷材料的结构不会发生明显改变，所以性能相对稳定。缺点：提供的基体-涂敷层结合力不强，受力易脱落，在融敷过程中还可能会使涂敷层因过冷而形成非晶态，导致涂层结构不一致，甚至出现裂纹。（3）离子溅射离子溅射以高速离子轰击靶材，使涂敷

4、材料粉粒溅射并沉积在金属基体优点：形成的涂层具有高密度、高粘附性等特点缺点：涂层稳定性差，需后续热处理，而热处理又有可能减损基体与涂层及涂层与骨组织之间的结合力。（4）喷砂法用喷砂机将涂敷材料粉末直接高速喷出镶入基体表面。优点：方法简单易行，低温操作，涂层粉末不产生分解，成分稳定，结构一致，并且在喷涂过程中由于颗粒间高速摩擦，形成了部分化学键联接，所以涂层与基体间的结合力较高。（5）电化学法电化学法是用电化学的方法，通过调节电解液的浓度、PH值、反应温度，电场强度，电流等来控制反应的制备方法。优点：①涂层均匀②制备过程简洁③原料利用率高④工艺简单

5、缺点：基膜结合不够高，并且在机理确定和工艺参数的改进等方面还有很多工作。（6）离子注入法离子注入改性是将所需的元素在离子气化室中进行气化，通过高频放电使其离子化，以外加电场导出、聚束和加速，使其形成高能细小的离子束而打入作为靶的固体材料表面，从而达到改变材料表层性能的方法。非热平衡过程，不受冶金学规律的限制，可以将任何元素原子加速注入粉盒材料之中；离子注入过程是低温过程，不会引发金属靶材料内部结构、成分和外部形状的变化；同时离子注入技术又是一种高度可控技术，通过控制注入能量与注入剂量可以准确控制靶材料的注入浓度、梯度和注入深度。2形态学方法：在不

6、改变金属基体表层的化学组成的情况下，将其直接植入生物体内，从而达到对生物体组织在其上的粘附、生长以及粘附强度产生重要影响。此方法并不在基体表面产生强化层或附加涂层，而是通过改善植入体的表面微观形貌来获得最好的植入效果。形态学表面改性工艺在提高结合强度的同时，一般不会减损材料的生物相容性，是一种比较简单有效的表面改性方法。其具体方法有：等离子喷刷、超音振荡、激光束点融以及电化学晶界腐蚀等。3生物化学方法将大分子蛋白质或酶等有机高分子物质引入基体表面，使其具有更优良的生物活性，因而具有更直接、更有效的特点。这样的材料可以促进植入处伤口的愈合，加速植入

7、体与周围组织的结合，同时也可以提高植入体的安全性和使用寿命。大多数金属表面存在一层氧化膜，一定条件下会与[H]或H+作用，形成附于基体表面的-OH羟基。在这种情况下用(APS)对基体进行硅烷化处理，再通过戊二酸醛的作用将一些蛋白质或酶的分子如胰蛋白酶，以化学键联接在基体表面上。此方法是由美国科学家David.A.Puleo提出，它可以将活的生物分子固定在无机、非孔状、非松散生物材料的表面，从而使材料表面活性大大提高。医用钛合金的发展：（1）纯钛和Ti-6Al-4V为代表（2）新型α+β为代表（3）β型钛合金为代表医用钛合金存在的问题：（1）生物活

8、性不理想（2）耐磨性差（3）耐蚀性有待提高提高生物活性的钛合金表面改性为了改善医用钛合金的生物活性，提高其血液相容性，通常是在钛合金表面