TiNi合金表面DLC膜的组织结构与腐蚀行为和血液相容性

论文摘要

本文采用等离子浸没离子注入和沉积技术成功地在TiNi合金表面制备了类金刚石（DLC）膜,以乙炔和石墨为碳源制备的DLC膜记为DLCa和DLCg膜。采用Raman光谱、X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、原子力显微镜（AFM）、纳米压痕技术、划痕试验、电化学测试技术和体外试验系统研究了TiNi合金表面DLC膜的表面特性、微观组织结构、力学行为、腐蚀行为以及血液相容性。研究发现,制备工艺对DLC膜的表面特性和结构影响较大。随着脉冲偏压的增大, DLC膜的表面RMS降低、sp3/sp2比值先增大后减小。工作气压增大,DLCg膜的表面RMS增大,而sp3/sp2比值降低。高峰值脉冲偏压制备的DLC膜在膜与基体之间形成成分梯度过渡层。随着脉冲偏压的增大,DLC膜的纳米硬度和弹性模量先增大后减小;DLCg膜与基体的结合力先增大后减小。随工作气压的增大,DLCg膜的纳米硬度、弹性模量和膜基结合力均减小。TiNi合金表面DLCg膜的sp3/sp2比值越高,纳米硬度和弹性模量越大,DLCg膜的抗载荷能力越强,因而膜基结合力越高。TiNi合金表面制备DLC膜,提高了抗腐蚀性能,有效地抑制了Ni离子析出。DLC膜极化阻抗和击穿电位随着脉冲偏压增大先增大后减小,随工作气压增大而降低。制备工艺不同对DLCg膜的腐蚀机制有显著影响,工作气压较高,缺陷多、结合力较差,腐蚀形式主要为点蚀;工作气压较低,DLCg膜均匀致密、与基体结合力较高,腐蚀形式主要为均匀腐蚀。这种腐蚀形式被加速老化试验证实。DLC膜改善了TiNi合金表面的血液相容性。DLC膜表面血小板粘附数量和激活率随着脉冲偏压的增大先减小后增大;随着工作气压的增大而增大。在综合分析TiNi合金表面DLC膜的组织结构-性能-制备工艺之间内在联系的基础上,阐明了决定DLC膜提高TiNi合金表面力学性能,改善生物相容性的本质。在脉冲偏压20kV,工作气压0.02Pa下制备的DLC膜的sp3/sp2比值高,纳米硬度高,承载能力强,膜基结合力好;sp3/sp2比值越高,极化阻抗越大,耐腐蚀性能越强,因而抑制TiNi合金中Ni离子溶出的能力越强。sp3/sp2的比值越高,疏水能力越强,血小板粘附数量越少,血液

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 引言
• 1.2 TiNi 合金的性能特点和生物医学应用
• 1.2.1 TiNi 合金的性能特点
• 1.2.2 TiNi 合金的生物医学应用
• 1.2.3 TiNi 合金的血管支架
• 1.3 TiNi 合金的腐蚀行为
• 1.3.1 TiNi 合金的体内外腐蚀
• 1.3.2 TiNi 合金的Ni 离子析出
• 1.4 TiNi 合金的生物相容性
• 1.4.1 TiNi 合金的生物相容性（体外）
• 1.4.2 TiNi 合金的生物相容性（体内）
• 1.5 TiNi 合金的表面修饰
• 1.6 DLC 膜的性能及应用
• 1.7 DLC 膜的腐蚀行为和生物相容性
• 1.7.1 DLC 膜的耐腐蚀性
• 1.7.2 DLC 膜的细胞毒性
• 1.7.3 DLC 膜的血液相容性
• 1.8 金属材料表面DLC 膜存在的问题及对策
• 1.9 选题意义及主要研究内容
• 1.9.1 选题意义
• 1.9.2 主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 TiNi 合金基体制备
• 2.2 DLC 膜的制备
• 2.3 DLC 膜表面特性和微观结构分析
• 2.4 力学性能测试
• 2.5 腐蚀性能测试
• 2.6 血液相容性试验
• 2.6.1 动态凝血时间和凝血率测试
• 2.6.2 血小板粘附和疏水性能测试
• 2.6.3 蛋白质表面吸附实验
• 第3章 TiNi 合金表面DLC 膜的表面特性和微观组织结构
• 3.1 引言
• 3.2 DLC 膜截面形貌和膜厚
• 3.3 DLC 膜的表面形貌与粗糙度
• 3.3.1 DLCg 膜的表面形貌和粗糙度
• 3.3.2 DLCa 膜的表面形貌和粗糙度
• 3.4 DLC 膜的化学结构
• 3.5 DLC 膜的 XPS C1s 谱峰
• 3.6 DLC 膜的深层分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 TiNi 合金表面DLC 膜的力学性能
• 4.1 引言
• 4.2 DLC 膜的纳米硬度和弹性模量
• 4.2.1 DLCg 膜的纳米硬度和弹性模量
• 4.2.2 DLCa 膜的纳米硬度和弹性模量
• 4.3 TiNi 合金基体与DLC 膜之间的结合力
• 4.4 本章小结
• 第5章 TiNi 合金表面DLC 膜的腐蚀行为
• 5.1 引言
• 5.2 DLC 膜的开路电位
• 5.3 DLC 膜的电化学阻抗谱
• 5.4 DLC 膜的动电位极化曲线
• 5.5 DLC 膜对TiNi 合金Ni 离子溶出的影响
• 5.6 DLC 膜腐蚀形式
• 5.6.1 点腐蚀
• 5.6.2 均匀腐蚀
• 5.7 本章小结
• 第6章 TiNi 合金表面DLC 膜的血液相容性
• 6.1 引言
• 6.2 DLC 膜的溶血率
• 6.3 DLC 膜的动态凝血时间
• 6.4 DLC 膜的血小板粘附
• 6.4.1 DLCa 膜的血小板粘附
• 6.4.2 DLCg 膜的血小板粘附
• 6.5 DLC 膜的疏水性能
• 6.6 DLC 膜的表面蛋白质吸附
• 6.7 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历