針對生物環(huán)境的TiNi合金設(shè)計及表面改性.pdf

1、TiNi形狀記憶合金被認為是最有應(yīng)用潛力的生物醫(yī)用金屬材料,但是,作為植入人體的材料,它存在形狀記憶相變點隨成分大幅波動和合金中Ni離子的釋放問題.為了解決這些難題,本文研究者利用離散變分法對相變點隨成分變化的本質(zhì)做理論的探索,并研究了TiNi合金表面的羥基吸附行為,為表面改性做理論的鋪墊.最后,采用等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)技術(shù)在TiNi合金表面制備類金剛石膜,并對類金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、力學性能以及在Troyde'

2、s模擬體液中的耐蝕性能進行了研究與評價.研究結(jié)果如下:1.采用基于密度泛函理論的離散變分Xα方法對Hf、Zr添加對TiNi合金馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度(M<,s>點)影響的電子結(jié)構(gòu)進行分析.結(jié)果發(fā)現(xiàn),母相最強鍵的鍵級和(110)面的費米能級處的價電子態(tài)密度與合金的M<,s>點有密切的關(guān)系,母相單胞最強鍵的鍵級越大,(110)面的費米能級處的價電子態(tài)密度越小,合金相變溫度M<,s>點越低.2.通過基于密度泛函理論的離散變分Xα方法的理論計算,

3、確定了在TiNi合金表面,羥基會優(yōu)先與Ti吸附.對于羥基在TiNi基體(110)和(100)表面吸附的進一步研究指出,羥基在兩個表面的整個吸附過程中,都是僅僅與離它最近的一個鈦原子發(fā)生相互作用.3.可見Raman光譜分析表明:實驗制得的均為典型的類金剛石薄膜.AFM分析表明表面光滑的薄膜由納米級的非晶態(tài)顆粒組成.通過FT-IR分析研究表明:薄膜中含有CH<,3>、CH<,2>、CH、Si-O-Si,Si-O-C和Si-CH<,3>等化學

4、鍵.4.本實驗制備的類金剛石薄膜的硬度達到了15Gpa,約為TiNi合金基體的5倍,其摩擦系數(shù)為0.124,薄膜與基體之間的結(jié)合強度為20N.其力學性質(zhì)與類金剛石膜中含氫非晶態(tài)碳膜結(jié)構(gòu)與成分有關(guān).5.采用PECVD技術(shù),當束電源能量為500V下制備的類金剛石薄膜在Troyde's模擬體液中的耐蝕性能最好.分析發(fā)現(xiàn),上述膜層的腐蝕是由于膜層中存在的缺陷導致的,膜層本身并不參加電化學反應(yīng).電化學腐蝕反應(yīng)過程為:1)形成閉塞電池;2)自催化過