医用钛表面石墨烯薄膜的PECVD法制备及其性能

目的在医用钛表面制备石墨烯薄膜,研究生长时间对石墨烯薄膜理化性能和生物学性能的影响。方法采用等离子体增强化学气相沉积设备,在医用钛表面制备石墨烯薄膜,控制石墨烯薄膜生长时间为5、10、30 min。通过拉曼光谱、扫描电子显微镜、接触角测量仪和电化学工作站对石墨烯薄膜的结构、表面形貌、表面润湿性和耐腐蚀性进行表征,通过小鼠成骨细胞培养评价石墨烯薄膜的细胞相容性。结果薄膜的拉曼结果呈现石墨烯的D、G和2D特征峰。生长时间为10 min和30 min的石墨烯薄膜在医用钛表面呈现垂直纳米片状态。随着生长时间的延长,医用钛表面石墨烯薄膜的水接触角逐渐增大。3组样品中,生长时间为5 min的样品具有最小的腐蚀电流密度(1.822×10^(‒7)A/cm^(2)),生长时间为10 min的样品具有最高的腐蚀电位(‒0.404 V);生长时间为5 min和10 min的样品有利于细胞的黏附与铺展,生长时间为30 min的样品对小鼠成骨细胞活性具有一定的抑制作用。结论石墨烯薄膜可以有效提高医用钛的耐腐蚀性。石墨烯薄膜生长时间影响其形貌,进而改变水接触角。不同生长时间的石墨烯薄膜对小鼠成骨细胞的黏附和铺展表现出明显的差异。

医用钛合金海尔贝克磁场阵列化学磁流变抛光研究

为了提高医用钛合金(TC4)抛光中的精度以及效率,采用基于海尔贝克磁场阵列的化学磁流变抛光方法加工医用钛合金.利用海尔贝克磁场阵列强化磁场强度,将过氧化氢溶液作为氧化剂来进行抛光加工.通过仿真模拟对比海尔贝克磁场阵列与常规N-S磁场阵列,改变羰基铁粉的活性来验证实验可行性,研究了加工间隙、主轴转速以及磨粒粒径对工件表面粗糙度以及接触角的影响规律.结果表明,海尔贝克磁场阵列比常规N-S磁场阵列有更高的磁场强度;采用本文方法抛光的医用钛合金表面粗糙度比单一纯磁流变抛光降低80%;当加工间隙为0.8mm,主轴转速为400rad/min,磨粒粒径为1µm时,可使工件表面达到光滑效果,表面粗糙度最优可达15.5 nm,同时测量出实验组钛合金表面接触角数值多数小于90°.应用该方法抛光医用钛合金可以得到超光滑表面,表面具有亲水性,符合医用钛合金标准.

医用钛合金微弧氧化研究进展

概述了医用钛合金微弧氧化膜层研究的发展历程,探讨了微弧氧化陶瓷膜形成的机理,分析了不同种类医用钛合金微弧氧化膜的特点、应用以及微弧氧化膜成形质量及性能的影响因素,总结了不同占空比、脉冲频率和氧化时间等影响因素对微弧氧化膜层性能的影响规律,给出了研究发展以电解液成分多样化、微弧氧化膜成分复合化及微弧氧化膜功能化的的展望,提出了微弧氧化陶瓷膜在医用领域的发展趋势及研究建议。

医用钛植入体激光微纹理生物性能研究进展

医用钛合金具有强度高、弹性模量低、疲劳性能好、密度最接近人骨等优点,被广泛应用于临床医学牙科和骨移植等领域。目前较常用的医用钛合金表面加工方法包括机械加工、酸蚀、喷砂、等离子喷涂和激光加工等。通过对比分析,激光加工表现出明显优势,与化学或传统物理加工方法相比,采用激光加工医用钛植入体表面具有高效、清洁、准确、柔性等优势。应用各类脉冲激光器,可以在植入体表面加工特定的表面纹理和纹理组合,改善植入体的生物相容性。归纳了植入体表面纹理对植入环境的影响,表面纹理形状、粗糙度和润湿性等表面特性直接影响细胞组织的黏附、生长和增殖,对细胞生长具有接触导向作用。通过调控激光通量、脉冲频率、扫描速度和脉冲宽度等激光参量可对表面纹理的规则性、准确性、尺寸、氧化程度等特征产生不同影响,进而影响医用钛植入体的表面微观形貌、粗糙度、硬度和润湿性,使其在生物环境中获得更好的服役性能。通过激光加工获得的理想医用钛植入体表面可有效避免植入体表面细菌的滋生,降低发病率,提高植入成功率。经激光加工后,医用钛植入体表面会出现不同程度的裂纹,导致在服役过程中植入体表面产生的摩擦碎屑对植入体环境造成不良影响。通过综述以上各方面的研究进展可知,随着超短脉冲激光技术的发展和新型医用植入体材料β钛合金制备技术与工艺的完善,经激光加工后植入体将获得更理想的表面特性和服役性能。

医用钛合金表面防护技术研究取得新成果

2023年1月,安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室张世宏教授团队在《Corrosion Science》上发表了医用钛合金表面防护的最新研究成果。医用钛合金具有密度小、比强度高、生物相容性好和耐腐蚀性优良等特点,是人体植入体的首选材料,但其长期服役于人体环境中易产生腐蚀磨损,进而影响钛合金植入件的功能。物理气相沉积(简称PVD)技术所制备的氮化锆(ZrN)涂层具有优异的抗磨性能和生物相容性.

研究人员采用Zr/ZrN多层涂层提升医用钛合金表面防护效果

医用钛合金由于具有质量轻、比强度高、极好的生物相容性和耐腐蚀性等优点,成为了人体植入体的首选材料,但其长期服役于人体环境产生易腐蚀磨损,进而影响钛合金植入件的功能。物理气相沉积(简称PVD)技术所制备的氮化锆(ZrN)涂层具有优异的抗磨性能和生物相容性,使其成为骨植入件的重要防护涂层。但ZrN涂层中存在的柱状晶界和生长缺陷,易为腐蚀介质的渗透提供“通道”,降低其腐蚀和腐蚀磨损性能,限制了其在骨植入件上的进一步应用。

用微弧氧化技术处理医用钛合金表面的研究

采用微弧氧化对钛合金表面改性,讨论在不同条件下微弧氧化膜的形貌、结构和成份。结果表明,在钛合金表面得到一层金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2的多孔氧化膜,且在膜中可以渗入钙,磷离子。膜层中的元素呈阶梯分布,外层的Ca,P含量较大,Ca/P含量随溶液中Ca/P含量近似呈线性增加。在确定的电解液下表面孔隙率基本不变,但孔洞大小随反应电压的增加而增加;膜的生长速率随反应时间的延长呈先快后慢变化。这种含有Ca,P成份的多孔表层结构有利于骨细胞的吸附和结合。

医用钛表面纳米结构化改性

利用纳米技术对医用材料进行表面改性,已成为近年该领域的发展方向之一。本文从医用钛表面纳米羟基石涂层和自组装改性两方面介绍了相关研究进展,以便为材料科技工作者和有关人员提供信息。

医用钛合金的发展及研究现状

纯钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性等在临床上得到了越来越广泛的应用.综述了医用钛合金的发展和研究现状,阐述了钛的生物相容性原理,同时简单评述了钛及其合金表面改性与钛基复合材料的研究现状.分析表明:纯钛及其合金具有出色的生物相容性主要归功于表面附着的氧化层;β型钛合金与α/α+β型钛合金相比,具有较高的耐磨性,是一种很有前途的外科植入用钛合金;寻求更为理想的表面改性工艺从而获得高质量的涂层,或将生物活性相添加进钛合金基体中制备成复合材料是提高医用钛合金生物活性的两种有效途径.

医用钛表面激光显微加工工艺参数的优化

为了改善医用钛的表面性能,增强植入物与骨组织之间的结合强度,采用400 WNd:YAG激光器,在压缩空气辅助条件下,对纯Ti进行激光微加工试验,并研究了激光加工工艺参数对微孔形状的影响.实验结果表明,随着激光辐照脉冲能量、脉冲宽度、脉冲次数的增加,微孔的孔径和孔深增加.激光辐射脉冲频率增加,微孔孔径加大,而孔深基本不变.采用优化的激光微加工工艺参数,对纯钛样品进行激光显微加工,可获得表面排布有规律的微孔,从而有利于扩大医用钛的临床应用范围.

医用钛合金热氧化处理工艺及其耐磨损、耐腐蚀性能和生物活性的研究进展

热氧化处理可改善医用钛合金耐磨损、耐腐蚀及生物活性等性能,为研发新一代人工关节耐磨涂层提供了希望。结合笔者研究结果探索了热氧化钛合金的薄膜生长机理及工艺参数优化,综述了热氧化处理对医用钛合金耐磨损、耐腐蚀及生物活性改进的研究进展,最后对氧化膜失效机理及发展趋势进行了总结和展望。

医用钛合金的微弧氧化膜层组织及其磨损性能

采用微弧氧化方法对医用钛合金表面进行改性,利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对微弧氧化膜层的表面形貌和化学成分进行分析,通过小振幅往复摩擦磨损试验测量膜层的耐磨损性能。结果表明:钛合金经过微弧氧化表面处理后,所得膜层存在不同尺寸的放电微孔,氧化膜内层相对外层较为致密;膜层主要由大量金红石型TiO_2相、非晶相SiO_2及少量锐钛矿型TiO_2相组成;与基体相比,微弧氧化膜层的初期摩擦因数从0.7降低至0.1,耐磨性提高。

医用钛合金的研究及应用现状

综述了医用钛合金的发展历史,重点介绍了国内外新型医用β钛合金的研发现状,以及钛合金作为骨与关节替代物、牙科植入物、颅骨修复植入物、心血管修复材料等在临床治疗中的应用情况。指出,我国在医用钛合金的开发与应用中存在研究起步较晚,整体水平不高,相关产业基础薄弱,缺乏精细和深加工产品等问题。今后,我国不仅要大力开发低弹性模量的新型医用β钛合金,还要加快医用钛合金植入件的产业化发展,从而促进医用钛合金的应用。

显微组织对Ti-13Nb-13Zr医用钛合金力学性能的影响

研究了Ti-13Nb-13Zr合金在β相区和α+β相区固溶和时效处理后合金的力学性能变化规律。利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察和X射线衍射分析,重点分析了不同显微组织对合金强韧性的影响。结果表明:含有一定数量初生α析出相的加工态组织具有较高的强度和断裂韧性。固溶时效处理后,随着显微组织的形貌、晶粒大小和数量的不同,其对强度和断裂韧性的影响也有所不同。

新型生物医用钛合金组织与性能研究进展

文章综述了传统生物医用钛材料及新型医用钛合金组织与性能的研究发展现状,重点介绍了国内外对目前热点研究的新型医用β型钛合金在弹性模量、复杂的相转变、超弹性、超细晶制备及组织性能研究方面的进展,为新型医用钛合金的设计、开发及应用提供了参考。

Ti-6Al-4V医用钛合金表面载银涂层的制备和抗菌性能研究

目的通过两步微弧氧化法在医用Ti－6Al－4V表面制备载银多孔涂层．研究其抗菌性能。方法选用医用Ti－6A1—4V，在其表面先采用250V低电压微弧氧化法制备TiO：预涂层，然后将样品浸入到浓度1mol／L的AgNO，溶液浸泡2h．再经紫外光照射3．5h，以实现银颗粒在预涂层上的固定．最后在含银（浓度O．2mol/L）电解液中经过350V正向电压的二次微弧氧化处理制备出载银多孔涂层。利用扫描电子显微镜和能量分散谱仪对涂层表面形貌、载银量进行了表征，并通过金黄色葡萄球菌检验了涂层的抗菌性能。结果Ti-6Al-4V表面预涂层呈多孔状，孔洞呈火山口形，平均孔径0．71μm，而载银涂层表面平均孔径约为1．57μm。银颗粒分布在微孔表面和孔洞内壁，涂层平均银含量约为8％。抗菌试验结果显示．当载银涂层与细菌的接触1d后，对金黄色葡萄球菌的杀菌率均达到96．94％．7d后抑菌率仍达到71-27％。结论通过两步微弧氧化法可在医用Ti-6A1—4V钛合金表面制备出具有良好抗菌活性的载银涂层。

生物医用钛合金的研究进展

钛合金具有较低的弹性模量、优异的耐腐蚀性能和生物相容性,是理想的生物医用材料。综述了医用钛合金的发展过程及新型医用β钛合金的研究现状,以及开发的新合金系列。目前开发的医用钛合金中,Ti-35Nb-7Zr-5Ta和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金的弹性模量为55 GPa,与致密骨的弹性模量很接近,与人体骨有较好的力学相容性。

外科植入物用第三代新型医用钛合金研究

为了实现传统医用钛合金的更新换代,我们设计研制了第三代医用TZNT钛合金,本文介绍了该合金的设计思想以及力学、腐蚀、生物学等性能。

医用钛合金在体内的抗蚀性能及其影响因素

医用钛合金的弹性模量与人体组织接近,且具有良好的生物相容性和抗蚀能力,在义齿、血管支架、人工机械心脏瓣环中应用广泛。本文综述了医用钛合金在体内的抗蚀性能及影响因素,总结了提高医用钛合金抗蚀性的方法,展望了对钛合金植入物的表面改性要求。

超声波作用下医用钛合金(Ti-6Al-4V)植入物的电解抛光

在电解抛光钛合金(Ti-6A l-4V)植入物的过程中引入功率超声波。分析了功率超声波对电解抛光过程的作用及对抛光效果的影响。通过合理利用功率超声波的能量特性,发挥其对传质过程的强化作用、空化效应,并与电化学抛光的特点相结合,对钛合金植入物进行抛光处理。结果表明,引入功率超声波,不但可以大幅度改善钛合金植入物的表面粗糙度,而且还可以增加其表面氧化膜中Ti的氧化物含量,进一步提高钛合金植入物的生物相容性和耐腐蚀性。