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医用NiTi合金化学抛光及阳极氧化表面改性研究

作　者: 程占保
导　师: 朱维东
学　校: 贵州大学
专　业: 材料学
关键词: NiTi合金化学抛光热力学选择性脱Ni 阳极氧化 TiO2膜
分类号: TG175
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

NiTi SMA作为医用金属材料在临床上的应用越来越广泛。但也暴露出了不少问题,如长时间植入人体易产生炎症甚至致癌作用。然而对NiTi SMA进行表面改性显得尤为重要。本文对应用于生理环境下的NiTi SMA进行表面改性研究。针对医用NiTiSMA形状复杂,传统的机械抛光难以满足表面预处理的要求,从而提出了一种简便易行、高效的化学抛光方法,取代传统的机械抛光方法作为表面预处理。并对在以HF和HNO₃为基础配方的化学抛光液中的热力学条件进行理论计算,从理论上验证了化学抛光的可行性。通过正交实验得出NiTi SMA化学抛光工艺参数为:HF 300g/l、HNO₃350g/l、氧化剂X 300g/l、添加剂110g/l、温度50℃、时间为60秒。并得出HF含量对化学抛光效果影响最大,添加剂含量影响最小。在最优工艺参数下进行化学抛光验证试验,对其采用美国Nanovea三维非接触光学表面轮廓仪测得平均表面粗糙度为88.4nm。并通过单因素试验考察了各因素对化学抛光效果的影响。对化学抛光和机械抛光试样对比分析得出:化学抛光样孔隙率相对较少,化学抛光获得的反射率和粗糙度接近于机械抛光效果,但化学抛光单位面积的失重明显低于机械抛光,且耐腐蚀性优越于机械抛光。在化学抛光作为表面预处理的基础上,通过对纯Ti和NiTi SMA在稀HCl中的动电位阳极极化曲线的分析,得出选择性脱Ni阳极氧化电流密度为0.066A/cm²,以该工艺参数进行阳极氧化处理5min,在NiTi SMA表面制备出了完整致密的TiO₂膜,并对成膜机理进行了理论分析。SEM分析得出氧化膜表面形貌呈钩槽状,有利于细胞爬行生长。自腐蚀电位测试和阳极极化曲线分析,证明此氧化膜具有良好的热力学稳定性和耐腐蚀性。并从理论上建立了基体中的Ni原子向合金表面扩散的数学模型,结合在细胞培养液中的Ni离子析出实验分析,进一步说明了NiTi SMA经阳极氧化处理后具有更好的耐腐蚀性能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-24
  1.1 引言  8
  1.2 NiTi记忆合金的基本特性  8-11
    1.2.1 形状记忆效应  8-10
    1.2.2 超弹性  10-11
    1.2.3 生物相容性  11
  1.3 NiTi记忆合金的表面改性  11-18
    1.3.1 表面改性要求  11-12
    1.3.2 表面改性方法  12-18
  1.4 NiTi记忆合金化学抛光及阳极氧化  18-22
    1.4.1 化学抛光概述  18-19
    1.4.2 化学抛光机理  19-20
    1.4.3 化学抛光特点  20-21
    1.4.4 三种抛光方法比较  21-22
    1.4.5 阳极氧化  22
  1.5 本论文研究背景、研究目的及研究内容  22-24
    1.5.1 研究目的  23
    1.5.2 研究内容  23-24
第二章 NiTi记忆合金化学抛光热力学条件分析  24-34
  2.1 引言  24
  2.2 液—固界面现象  24-26
    2.2.1 液—固界面张力  24-25
    2.2.2 Young方程和接触角  25
    2.2.3 润湿现象  25-26
  2.3 热力学条件分析  26-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 NiTi记忆合金化学抛光工艺研究  34-44
  3.1 引言  34
  3.2 试验部分  34-37
    3.2.1 实验材料及药品  34-35
    3.2.2 实验仪器及设备  35-36
    3.2.3 实验方法  36-37
  3.3 结果与讨论  37-43
    3.3.1 正交实验结果及极差分析  37-38
    3.3.2 验证实验  38
    3.3.3 搅拌与否对抛光效果的影响  38-39
    3.3.4 HF含量对抛光效果的影响  39-40
    3.3.5 HNO_3含量对抛光效果的影响  40
    3.3.6 氧化剂X含量对抛光效果的影响  40-41
    3.3.7 添加剂含量对抛光效果的影响  41
    3.3.8 温度对抛光效果的影响  41-42
    3.3.9 时间对抛光效果的影响  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 NiTi记忆合金化学抛光和机械抛光的性能对比分析  44-51
  4.1 引言  44
  4.2 试验部分  44-46
    4.2.1 实验材料及体系  44
    4.2.2 实验方法  44-46
  4.3 结果与讨论  46-49
    4.3.1 表面形貌及成分分析  46-47
    4.3.2 表面反射率、粗糙度及失重  47
    4.3.3 腐蚀失重—时间分析  47-48
    4.3.4 模拟生理盐水0.9%NaCl中的腐蚀电位测试  48-49
    4.3.5 模拟生理盐水0.9%NaCl中的动电位阳极极化测试  49
  4.4 本章小结  49-51
第五章 NiTi记忆合金阳极氧化法制备TiO_2膜  51-65
  5.1 引言  51
  5.2 试验部分  51-53
    5.2.1 实验材料及体系  51
    5.2.2 实验方法  51-53
  5.3 结果与讨论  53-64
    5.3.1 阳极氧化电流密度确定  53-54
    5.3.2 阳极氧化时间对氧化膜性能的影响  54-55
    5.3.3 成膜理论分析  55-56
    5.3.4 氧化膜的表面形貌  56
    5.3.5 氧化膜成分分析  56-58
    5.3.6 模拟唾液中的腐蚀电位测试  58
    5.3.7 模拟唾液中的动电位阳极极化测试  58-59
    5.3.8 氧化膜中Ni的数学扩散模型  59-63
    5.3.9 Ni离子析出分析  63-64
  5.4 本章小结  64-65
全文总结  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-73
附录  73-74

医用NiTi合金化学抛光及阳极氧化表面改性研究

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