NiTi合金表面微弧氧化改性研究.pdf

1、為提高醫(yī)用NiTi合金的耐腐蝕、耐磨性能和抑制Ni離子釋放，增強(qiáng)合金的使用安全性和生物相容性，本文采用雙向脈沖微弧氧化電源在醫(yī)用NiTi合金表面制備了低Ni含量的氧化鋁陶瓷膜層。采用SEM、XRD、EDS、XPS等手段系統(tǒng)研究了陶瓷膜層的顯微組織結(jié)構(gòu)，并對(duì)微弧氧化陶瓷膜層的形成機(jī)制進(jìn)行探討；采用拉伸試驗(yàn)、球-盤摩擦磨損試驗(yàn)、電化學(xué)測(cè)試技術(shù)、體外測(cè)試等研究了膜層的結(jié)合強(qiáng)度、耐磨性能、耐腐蝕性能和體外生物學(xué)性能。
　　在NaAlO2和

2、NaAlO2-NaH2PO2電解液體系中制備的微弧氧化陶瓷膜主要由γ-Al2O3組成，其衍射峰強(qiáng)度隨著電解液濃度的增加、處理電壓的提高和處理時(shí)間的延長而增強(qiáng)。在NaAlO2電解液體系中制備的陶瓷膜層表面 Ni含量只有0.7~3at.％，NaAlO2濃度對(duì)膜層表面形貌和粗糙度影響較大，結(jié)合強(qiáng)度隨NaAlO2濃度的增加而增加，最大為28MPa。在NaAlO2-NaH2PO2體系中制備的陶瓷膜層表面呈現(xiàn)出典型的微弧氧化多孔形貌，Ni含量為3~

3、7at.%，且微孔數(shù)量和孔徑及表面粗糙度隨著處理時(shí)間、NaH2PO2濃度和正負(fù)向處理電壓的變化呈規(guī)律性變化；在0.15mol/L NaAlO2、0.01mol/L NaH2PO2的電解液中，正向電壓為400V，處理2~90min所得膜層結(jié)合強(qiáng)度均大于60MPa，過大的NaH2PO2濃度、過高的正向電壓和加載負(fù)向電壓均使膜層結(jié)合強(qiáng)度降低。
　　NiTi合金微弧氧化初期通過電解液中的鋁酸根離子在NiTi陽極試樣表面沉積形成Al2O3絕

4、緣膜，為后續(xù)的電擊穿、等離子體放電創(chuàng)造條件。分析表明陶瓷膜層可分為三層，分別為過渡層、致密內(nèi)層、多孔外層。過渡層主要由非晶的Ni2O3、TiO2、磷酸鹽和Al2O3組成，內(nèi)層是Al2O3和少量的Ni2O3、TiO2和磷酸鹽，外層是 Al2O3和極少量的 Ni2O3、TiO2。這種結(jié)構(gòu)為膜層提供了優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度、耐腐蝕性能及耐磨性能。
　　微弧氧化膜層顯著地提高了NiTi合金的耐磨性能。NiTi合金與GCr15對(duì)磨的摩擦系數(shù)為0.7

5、5~0.85，磨損率為3.5μg/Nm，磨損機(jī)制主要為磨粒磨損；微弧氧化陶瓷膜層的摩擦系數(shù)因制備工藝的不同而在0.6~0.9之間變化，磨損機(jī)制主要為粘著磨損。在正向電壓為400V，處理時(shí)間為90min條件下所得的膜層，磨損率只有0.4μg/Nm，與基體相比磨損率下降9倍。微弧氧化陶瓷膜層還顯著提高了NiTi合金的耐腐蝕性能，有效地抑制了Ni離子的釋放。在正向電壓為400V，處理時(shí)間為90min條件下制備的膜層，與基體相比，其腐蝕性能可提