Ti-Ag基合金的組織結(jié)構(gòu)與生物性能.pdf

1、近年來(lái),鈦及鈦合金由于其優(yōu)異的抗腐蝕性與良好的生物安全性在醫(yī)用領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,目前臨床應(yīng)用的主要有純鈦、Ti-6A1-4V合金、Ti-Ni合金等。但在臨床使用中,鈦及鈦合金也暴露出一定的問(wèn)題,例如純鈦的強(qiáng)度、耐磨性不足,Ti-6A1-4V合金含有元素A1、V,在植入人體后會(huì)持續(xù)溶出有毒的A1離子、V離子,對(duì)人體造成不利影響。同時(shí),鈦及鈦合金暴露于含有氟離子的生理溶液中時(shí),由于其表面鈍化膜遭到破壞,抗腐蝕性下降明顯。
　

2、　 針對(duì)以上問(wèn)題,本論文用合金化的方法,選用Ag作為鈦的第二組元來(lái)提高鈦的強(qiáng)度、耐磨性與抗腐蝕性。此外,添加Fe、Ni等第三組元,進(jìn)一步改善合金的各項(xiàng)生物學(xué)性能。采用光學(xué)組織觀察、X射線衍射分析、透射電子顯微觀察、掃描電子顯微觀察、拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)、摩擦實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、表面X射線光電子能譜分析、離子溶出測(cè)試、細(xì)胞毒性測(cè)試和溶血測(cè)試研究了Ti-Ag系合金、Ti-Ag-Fe系合金及Ti-Ni-Ag系合金的微觀組織、相組成、力學(xué)性能、抗腐蝕

3、性及生物相容性,主要考察合金元素(Ag、Fe、Ni)、處理工藝和使用環(huán)境對(duì)Ti-Ag基合金生物性能的影響規(guī)律。此外,還考察了Ti-Ni-Ag合金的抑菌性能。論文取得了如下研究成果:
　　 設(shè)計(jì)并制備了Ti-Ag二元合金,通過(guò)固溶強(qiáng)化等機(jī)制提高了合金的強(qiáng)度與耐磨性;熱.機(jī)械處理工藝對(duì)Ti-Ag合金的力學(xué)性能影響很大,950℃固溶處理的合金力學(xué)性能匹配最好,950℃固溶處理的Ti-20Ag合金拉伸屈服強(qiáng)度約620 Mpa,延伸率10

4、％。由于純銀較高的腐蝕電位,Ag的加入明顯促進(jìn)了鈦的鈍化,提高了合金的抗腐蝕性。同時(shí),對(duì)Ti-Ag合金進(jìn)行了進(jìn)一步的熱氧化處理,熱氧化處理Ti-Ag合金的抗腐蝕性明顯提高。
　　 根據(jù)鈦合金中合金元素對(duì)合金力學(xué)性能影響的規(guī)律,利用Fe元素生物安全性好、β穩(wěn)定能力強(qiáng)等特點(diǎn),在Ti-Ag二元合金的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制備了Ti-Ag-Fe三元合金。Fe元素能明顯的穩(wěn)定Ti-Ag合金的β相,當(dāng)Fe元素含量達(dá)到5wt％時(shí)可以得到全β相的組織。

5、Ti-5Ag-xFe合金在強(qiáng)度、耐磨性大幅度提高的同時(shí),兼具良好的抗腐蝕性與生物安全性,Ti-5Ag-2.5Fe合金由于其合適的合金元素含量、雙相組織結(jié)構(gòu),拉伸屈服強(qiáng)度約870 Mpa,延伸率約7％,強(qiáng)度與韌性的匹配最好,可能作為高強(qiáng)度牙科鈦合金而得到應(yīng)用。
　　 采用銅坩堝冷卻的真空非自耗熔煉爐制備了Ti-Ni-Ag塊體合金,通過(guò)急冷制備工藝,解決了高Ag含量的Ti-Ni-Ag塊體不易制備的問(wèn)題,制備出的Ti-Ni-Ag塊體合

6、金中存在彌散分布的Ag單質(zhì)顆粒。Ti-Ni-Ag合金的力學(xué)性能、抗腐蝕性、細(xì)胞毒性與Ti-Ni二元合金相當(dāng)。對(duì)制備的Ti-Ni-Ag合金進(jìn)行了抑菌性能評(píng)價(jià),同Ti-Ni合金相比,Ti-Ni-Ag合金表現(xiàn)出了明顯的抑制細(xì)菌黏附的能力。結(jié)合合金的微觀組織結(jié)果、表面分析結(jié)果和離子溶出結(jié)果,可以認(rèn)為在Ti-Ni-Ag合金與體液接觸時(shí),其中的金屬Ag與體液反應(yīng),變?yōu)殡x子態(tài)的Ag進(jìn)入體液。而Ag離子具有良好的廣譜抗菌特性,在幾微克/升的濃度下就能起