Ti-25Nb-2Zr合金表面生物活性化研究

论文摘要

β钛合金因具有良好的综合力学性能、生物相容性和较低的弹性模量,而得到广泛关注。本研究采用自主开发的β-Ti-25Nb-2Zr（at%）合金,进行表面生物活性处理。首先对Ti-25Nb-2Zr进行氧化处理,随后在1.5倍模拟体液中仿生生长Ca-P层,用SEM、AFM、XRD、FT-IR以及XPS对合金表面的氧化层和Ca-P层进行分析与表征。结果表明,300℃和400℃氧化后,合金表面形成了主要由亚稳态的TixO2x-1和结晶度不高的锐钛矿型TiO2组成的氧化层。500℃下氧化,能够得到结晶度较高的、近棱柱形纳米金红石结构TiO2,以及少量的Nb2O5和ZrO2,具有诱导磷灰石形成能力。温度为600℃时,虽然同样会形成金红石型氧化层,但存在α相的析出。对于500℃氧化处理的合金,随着仿生生长时间的延长,Ca-P层不断变厚,结晶度也获得了提高,微观结构由颗粒状逐渐变为短棒状,再到长棒状,最终形成了多孔网状结构,并且存在沿（002）晶面择优取向生长。仿生生长3d后的Ca-P层是含有CO32-的羟基磷灰石,即类骨磷灰石,这种Ca-P层的形成将会极大地改善合金表面的生物活性和生物相容性。另外,在仿生生长之前,进行预钙化处理,能够使合金表面形成钙磷初始晶核,从而为磷灰石晶体的仿生生长提供形核质点,有利于促进晶体非均匀成核和继续长大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 生物医用钛合金材料的基本要求
• 1.3 生物医用钛合金材料的发展
• 1.3.1 生物医用钛合金的发展现状
• 1.3.2 国内外新型 β 型钛合金的研究进展
• 1.4 钛合金的表面活性化
• 1.4.1 表面改性方法
• 2）'>1.4.2 二氧化钛（TiO₂）
• 2 的结构和性质'>1.4.2.1 表面TiO₂的结构和性质
• 2 层的研究'>1.4.2.2 钛合金表面TiO₂层的研究
• 1.4.3 羟基磷灰石（HA）
• 1.4.3.1 HA的基本性质
• 1.4.3.2 HA的特性
• 1.4.3.3 钙磷生物活性层的研究
• 1.5 课题背景及研究内容
• 第二章 β-Ti-25Nb-2Zr合金表面氧化层的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料及设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 实验分析方法
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）
• 2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.4 实验过程
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 XRD分析
• 2.5.2 SEM分析
• 2.5.3 AFM分析
• 2.5.4 XPS分析
• 2.5.5 氧化层诱导Ca-P沉积
• 2.6 本章小结
• 第三章 β-Ti-25Nb-2Zr合金表面Ca-P层的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验设备
• 3.3 实验分析方法
• 3.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.3.2 X射线衍射（XRD）
• 3.3.3 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 3.3.4 X射线光电子能谱（XPS）
• 3.4 实验过程
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 不同生长方式对比
• 3.5.2 涂层表面形貌及成分
• 3.5.3 钙磷层的分析与表征
• 3.5.3.1 XRD分析
• 3.5.3.2 FT-IR分析
• 3.5.3.3 XPS分析
• 3.6 预钙化在Ca-P层形成中的作用
• 3.7 本章小结
• 第四章 全文总结
• 4.1 全文总结
• 4.2 下一步工作计划
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢