Cu-Zn-Al SMA和TAMZ在模拟体液中的耐蚀性及牺牲阳极法制备HAP涂层

论文摘要

生物医用金属材料的使用在提高人类生活质量方面发挥了巨大的作用。然而,金属材料植入人体后,在体液中不可避免地会发生腐蚀。腐蚀不仅会降低金属材料的力学和机械性能,甚至导致植入失效,而且,溶入体液的金属离子对周围组织会产生一定的副作用,严重的则引发组织病变或者癌变。因此,医用金属材料的耐蚀性研究对于保障其在人体内的安全使用具有十分重大的现实意义。 羟基磷灰石（hydroxyapatite,HAP）以其优异的生物相容性和生物活性而引起了研究工作者的极大兴趣,其力学和机械性能不能满足承力植入材料的要求。将金属材料和HAP复合综合了各自的优点,是一类极具发展前途的生物材料。开发低温低成本HAP涂层制备方法吸引了众多研究者的兴趣。 本文研究了Cu-Zn-Al SMA和TAMZ钛合金生物材料在模拟体液中的耐蚀行为,并采用牺牲阳极法在TAMZ合金表面制备生物活性HAP涂层,得出如下的结论: （1）pH 7.2的模拟宫腔液中,紫铜和Cu-Zn-AI SMA的腐蚀速率分别为66.42、7.21 p∥d,在模拟宫腔液中紫铜和Cu-Zn-Al SMA电化学反应主要受阴极氧的去极化控制。 （2）Cu-Zn-Al SMA在模拟宫腔液中发生小孔腐蚀,其在pH 7.2的模拟宫腔液中的临界孔蚀电位为1.70V（SCE）。小孔形貌有两种,分别为龟贝状和不规则溃疡状。Cu-Zn-AlSMA在模拟宫腔液中蚀孔发展的动力学方程为:i0=465.68t-0.5+1.5。 （3）在分析生理盐水中Cu-Zn-Al SMA腐蚀形貌的基础上,提出了Cu-Zn-Al SMA在模拟体液中的腐蚀模型。腐蚀产物最外层为碱式铝盐和锌盐,其次为由溶入溶液中的铜离子发生阴极沉积反应而形成的由铜组成的沉积铜层。脱成分（锌和铝选择性溶解）腐蚀层为腐蚀最里层,由铜和少量的锌和铝组成。 （4）化学镀镍磷表面改性及BTA钝化法可在金属基体表面形成性能稳定的阻碍膜层,显著提高Cu-Zn-Al SMA在模拟体液中的耐蚀性能。化学镀镍磷表面改性在Cu-Zn-AlSMA基体表面形成非晶态镀层,BTA法钝化方法在Cu-Zn-Al SMA表面形成了Cu（Ⅰ）-BTA和Cu（Ⅱ）—BTA的络合物的表面膜。 （5）腐蚀电位测试和极化曲线测试结果表明,在模拟体液中,TAMZ合金具有最优的热力学稳定性和电化学稳定性。这是由于在TAMZ合金属β相结构,具有最佳的热力学稳定性和电化学稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 生物材料概述
• 1.1.1 生物材料的发展概况
• 1.1.2 生物材料性能要求
• 1.1.3 生物材料的分类
• 1.2 含铜宫内节育器的耐蚀性研究
• 1.2.1 宫内节育器的发展历史
• 1.2.2 宫内节育器的分类
• 1.2.3 含铜宫内节育器的耐蚀性研究
• 1.3 铜基形状记忆合金的耐蚀性研究
• 1.3.1 形状记忆和形状记忆合金
• 1.3.2 形状记忆合金的分类及应用
• 1.3.3 铜基形状记忆合金的研究现状
• 1.3.4 铜基形状记忆合金的耐蚀性研究
• 1.4 钛及其合金在模拟体液中的耐蚀性研究
• 1.4.1 钛合金的性能及在医学领域的应用
• 1.4.2 医用钛合金的耐蚀性研究
• 1.5 羟基磷灰石涂层的制备
• 1.5.1 等离子喷涂法
• 1.5.2 溶胶—凝胶法
• 1.5.3 仿生溶液生长法
• 1.5.4 电化学方法
• 1.6 本文的选题背景和主要研究工作
• 2 Cu-Zn-Al SMA在模拟宫腔液中的腐蚀行为
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验材料和介质
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 试样在模拟宫腔液中的腐蚀速率
• 2.3.2 腐蚀电位测试结果
• 2.3.3 极化曲线测试结果
• 2.3.4 pH对紫铜和Cu-Zn-Al SMA腐蚀行为的影响
• 2.3.5 血清白蛋白对紫铜和Cu-Zn-Al SMA腐蚀行为的影响
• 2.3.6 Cu-Zn-Al SMA在模拟宫腔液中小孔腐蚀的动力学探讨
• 2.4 小结
• 3 表面改性Cu-Zn-Al SMA在模拟体液中的腐蚀行为
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验材料和介质
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 表面处理工艺
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 腐蚀电位测试
• 3.3.2 极化曲线测试
• 3.3.3 线性极化曲线测试
• 3.3.4 腐蚀形貌观察
• 3.3.5 Ringer's溶液中BTA法钝化Cu-Zn-Al SMA的耐蚀性能
• 3.3.6 化学镀镍磷表面改性Cu-Zn-Al SMA的腐蚀行为
• 3.4 小结
• 4 TAMZ合金在模拟体液中的腐蚀行为
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 实验材料和介质
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 腐蚀电位测试
• 4.3.2 极化曲线测试
• 4.3.3 pH对钛及其合金腐蚀行为的影响
• 4.3.4 线性极化曲线测试结果
• 4.3.5 交流阻抗测试结果
• 4.4 小结
• 5 牺牲阳极法制备HAP涂层
• 5.1 前言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 实验材料和介质
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 双室法结果
• 5.3.2 单室法结果
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书