含hfti24nb4zr8sn陶瓷涂层制备工艺研究【字数：10296】
摘 要 高强度、低弹性模量、无毒元素的医用钛合金，其耐磨损性能、在人体的耐腐蚀性能已成为当前的研究热点之一。为了提高钛合金的表面性能，国内外研究人员开发了多种表面处理和改性技术，使钛合金微弧氧化涂层具有极高的电阻、绝缘和不导电性能，从而避免了接触腐蚀。本课题开展Ti-24Nb-4Zr-8Sn-Hf基陶瓷涂层的制备工艺的研究。利用微弧氧化的原理,通过调整微弧氧化电压参数分别为为390v、420v，氧化时间为10min和20min，使用电解质配方硅酸盐体系，在带电电解质表面原位生长了陶瓷相陶瓷膜，即具有特殊性能的钛合金改性膜。采用模拟人工体液Hanks溶液对微弧氧化后陶瓷涂层耐腐蚀性能进行研究。观察腐蚀前后的表面形貌发现，当电压越高时，膜层表面平整而光洁，当氧化时间过长，部分膜层会出现与基体脱落的现象。经过对比研究，微弧氧化电压参数为420V时间参数为10min时，所得的试样最耐腐蚀。
目录
1、绪论 1
1.1生物医学钛合金的发展现状 1
1.1.1钛和钛合金的研究趋势 1
1.1.2 Ti24Nb4Zr8Sn钛合金的研究现状 2
1.1.3钛合金在生物医药领域的发展 2
1.2钛合金的微弧氧化 3
1.2.1微弧氧化技术的发展 3
1.2.2微弧氧化技术的优点 3
1.2.3微弧氧化机制 4
1.2.4钛及其合金微弧氧化的特征 5
2、实验方法 7
2.1实验材料和设备 7
2.1.1 实验所需原材料和仪器 7
2.1.2 微弧氧化实验材料及设备 7
2.1.3 电化学腐蚀实验材料及设备 8
2.2实验方法 9
2.2.1 试样制备实验 9
2.2.2 微弧氧化实验方法 9
2.2.3 电化学腐蚀实验 10
2.2.4扫描电镜组织分析 11
3.结果与讨论 12
3.1 制备参数对合金微弧氧化涂层的影响 12
3.1.1 电压对涂层的影响 12
3.1.2氧化时间对涂层的影响 12
3.1.3 Ti2448 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
微弧氧化涂层的形成机理 13
3.2 Ti2448合金电化学腐蚀行为 15
3.2.1钛合金电化学腐蚀基本原理 15
3.3涂层对电化学腐蚀性能的影响 15
3.3.1微弧氧化电压参数对合金在Hanks中的电化学腐蚀行为影晌规律 15
3.3.2微弧氧化时间参数对合金在Hanks中的电化学腐蚀行为影晌规律 16
3.3.3 试样表面观察与分析 17
4.结论 19
参考文献 20
致谢 21
1、绪论
1.1生物医学钛合金的发展现状
1.1.1钛和钛合金的研究趋势
钛和钛合金的发展有三个阶段[1]。第一个是以纯钛和Ti6Al4V为代表的钛合金，然后是以新的α+β型合金Ti6Al7Nb为代表的钛合金，最后是致力于钛合金的研究和发展，使钛合金具有更好的生物相容性和机械相容性。其中β型钛合金是钛合金中的一种，研究最广泛。
纯钛和Ti6Al4V是临床医学中使用的第一种钛合金。纯钛在人体环境下具有很好的耐腐蚀性能，但是在强度和耐磨性方面仍有较大的缺点。这些缺点则使得纯钛不适合作为身体植入材料的首选。目前，它主要用于牙科假体和较轻负荷部位的组织置换。Ti6Al4V本身存在着不可克服的缺点，如成分元素V可以诱发癌症。为消除有毒元素V的副作用，提高材料的耐腐蚀性，研制了新型的A+β型合金Ti5Al2.5Fe和Ti6Al7Nb。这些合金含有无毒元素Nb和Fe而不是V，消除了V对人体的不利影响，尽管这两种合金具有良好的生物相容性，但与第一代钛合金相比，其机械相容性和生物活性仍有待提高。新型医用β型钛合金的开发，不仅解决了第一代和第二代钛合金中有毒成分和耐磨、耐腐蚀的问题，而且往往追求良好的机械相容性（高强度、低弹性模量、高断裂韧性、高疲劳强度等），以及生物相容性（血液相容性、组织相容性等）[2]。
从表1.1中可以看出，钛及钛合金一般比其他常用的生物医学金属材料具有更高的强度，而β型铁合金比其他组织型钛合金具有更低的弹性模量，在临床医学上具有很大的潜力。
表1.1生物医用传统金属材料及新型医用β型钛合金的力学性能
合金
组织类型
抗压强度/MPa
屈服强度/MPa
弹性模量/GPa
人骨
90140
316L
A
465950
170750
200
CoCrMo
A+hcp
6001795
2751585
200230
TA1
α
240
170
102.7
Ti6Al4V
α+β
895930
825869
100124
Ti6Al7Nb
A+β
9201050
890950
124
2Ti10Al5Fe
A+β
1020
876
112
ll13Nb13Zr
β
9731037
836908
7984
Ti12Mo6Zr2Fe
β
10601100
10001060
7485
Ti15Mo3Nb
β
1020
目录
1、绪论 1
1.1生物医学钛合金的发展现状 1
1.1.1钛和钛合金的研究趋势 1
1.1.2 Ti24Nb4Zr8Sn钛合金的研究现状 2
1.1.3钛合金在生物医药领域的发展 2
1.2钛合金的微弧氧化 3
1.2.1微弧氧化技术的发展 3
1.2.2微弧氧化技术的优点 3
1.2.3微弧氧化机制 4
1.2.4钛及其合金微弧氧化的特征 5
2、实验方法 7
2.1实验材料和设备 7
2.1.1 实验所需原材料和仪器 7
2.1.2 微弧氧化实验材料及设备 7
2.1.3 电化学腐蚀实验材料及设备 8
2.2实验方法 9
2.2.1 试样制备实验 9
2.2.2 微弧氧化实验方法 9
2.2.3 电化学腐蚀实验 10
2.2.4扫描电镜组织分析 11
3.结果与讨论 12
3.1 制备参数对合金微弧氧化涂层的影响 12
3.1.1 电压对涂层的影响 12
3.1.2氧化时间对涂层的影响 12
3.1.3 Ti2448 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
微弧氧化涂层的形成机理 13
3.2 Ti2448合金电化学腐蚀行为 15
3.2.1钛合金电化学腐蚀基本原理 15
3.3涂层对电化学腐蚀性能的影响 15
3.3.1微弧氧化电压参数对合金在Hanks中的电化学腐蚀行为影晌规律 15
3.3.2微弧氧化时间参数对合金在Hanks中的电化学腐蚀行为影晌规律 16
3.3.3 试样表面观察与分析 17
4.结论 19
参考文献 20
致谢 21
1、绪论
1.1生物医学钛合金的发展现状
1.1.1钛和钛合金的研究趋势
钛和钛合金的发展有三个阶段[1]。第一个是以纯钛和Ti6Al4V为代表的钛合金，然后是以新的α+β型合金Ti6Al7Nb为代表的钛合金，最后是致力于钛合金的研究和发展，使钛合金具有更好的生物相容性和机械相容性。其中β型钛合金是钛合金中的一种，研究最广泛。
纯钛和Ti6Al4V是临床医学中使用的第一种钛合金。纯钛在人体环境下具有很好的耐腐蚀性能，但是在强度和耐磨性方面仍有较大的缺点。这些缺点则使得纯钛不适合作为身体植入材料的首选。目前，它主要用于牙科假体和较轻负荷部位的组织置换。Ti6Al4V本身存在着不可克服的缺点，如成分元素V可以诱发癌症。为消除有毒元素V的副作用，提高材料的耐腐蚀性，研制了新型的A+β型合金Ti5Al2.5Fe和Ti6Al7Nb。这些合金含有无毒元素Nb和Fe而不是V，消除了V对人体的不利影响，尽管这两种合金具有良好的生物相容性，但与第一代钛合金相比，其机械相容性和生物活性仍有待提高。新型医用β型钛合金的开发，不仅解决了第一代和第二代钛合金中有毒成分和耐磨、耐腐蚀的问题，而且往往追求良好的机械相容性（高强度、低弹性模量、高断裂韧性、高疲劳强度等），以及生物相容性（血液相容性、组织相容性等）[2]。
从表1.1中可以看出，钛及钛合金一般比其他常用的生物医学金属材料具有更高的强度，而β型铁合金比其他组织型钛合金具有更低的弹性模量，在临床医学上具有很大的潜力。
表1.1生物医用传统金属材料及新型医用β型钛合金的力学性能
合金
组织类型
抗压强度/MPa
屈服强度/MPa
弹性模量/GPa
人骨
90140
316L
A
465950
170750
200
CoCrMo
A+hcp
6001795
2751585
200230
TA1
α
240
170
102.7
Ti6Al4V
α+β
895930
825869
100124
Ti6Al7Nb
A+β
9201050
890950
124
2Ti10Al5Fe
A+β
1020
876
112
ll13Nb13Zr
β
9731037
836908
7984
Ti12Mo6Zr2Fe
β
10601100
10001060
7485
Ti15Mo3Nb
β
1020
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