生物医用Ti合金处理工艺、力学性能及耐腐蚀性能研究进展

生物医用Ti合金的植入物为适应人体内部复杂的环境,要求植入物具有高强度、一定的塑韧性和低的弹性模量等优异的力学性能。当自腐蚀电位越高以及腐蚀电流密度越小时,合金的耐蚀性将越好。合金在医用过程中在体内释放的金属离子将越少,对病人造成二次伤害也就越小。对第三代生物医用Ti合金的处理工艺、力学性能和耐腐蚀性能进行综述,以期对材料研究者在生物合金的应用研究方面提供有价值的参考。

生物医用(TiZr)_(45)Nb_(x)(HfMo)_(y)中熵合金的组织和性能研究

为探究钛系BCC难熔中熵合金作为生物医用材料的潜力,通过真空电弧熔炼制备了三种铸态生物医用(TiZr)_(45)Nb_(x)(HfMo)_(y)中熵合金(x=7,5,3;y=1.5,2.5,3.5),并对其组织结构、力学性能和生物耐蚀性进行了详细表征。结果表明,三种中熵合金均呈现树枝晶形态的单相BCC结构。合金在保持低弹性模量(55~58 GPa)的同时,由于Mo产生模量失配引起的的固溶强化作用,屈服强度由781 MPa提高到927 MPa。合金在PBS溶液中未发生点蚀,但随着Mo含量的增加,耐蚀性逐渐下降。

3D打印生物医用钛合金粉末研究进展

钛合金具有优异的力学性能和良好的生物相容性,在硬组织植入方面应用广泛。介绍了目前常用钛合金粉末制备方法(气体雾化法、等离子旋转电极法、等离子体雾化法等)的原理和工艺特点,比较了不同方法制备出粉末的性能特点,以期为3D打印制造出性能优异的医用钛合金种植体提供思路。

纳米晶NiTi形状记忆合金在生物医用中的应用展望

传统的NiTi合金具有超弹性、形状记忆效应及优异的生物相容性在众多领域都有广泛应用,例如:在生物医用领域被制备成口腔正畸弓丝和血管支架。但生物医用器材需要精密化及小型化,传统NiTi合金已经跟不上发展,经过严重塑性变形的纳米晶NiTi合金比传统的粗晶和超细晶NiTi合金拥有更好的拉伸、抗压强度、塑性和疲劳性能等性能。有望扩大在生物医用领域的应用范围。纳米晶NiTi合金可以用于新型医疗器械制造和骨科生物材料,与Ag组合成NiTiAg三元合金不仅力学性能优异,还附带抗菌效果;与W纳米线/带复合形成W-NiTi复合材料提高辐射不透明度,使器械和植入物在人体内的定位和部署更加简单。近年来,还有一种新型表面改性技术:超声波纳米晶表面改性,在NiTi合金表面产生纳米结晶以改善疲劳和耐腐蚀性能等。主要介绍现有的NiTi合金的应用以及纳米晶NiTi合金在生物医用领域的应用展望。

医用镁合金元素选择的研究现状

背景:镁合金具有的天然降解性、优秀的生物相容性和良好的力学性能,已成为生物医学领域十分具有研究价值的植入材料,然而镁合金快速的降解速率限制了其进一步的发展和应用。目的:综述镁及其合金处于生理环境下降解的一般基本原理,重点从安全性及对镁及其合金性能的影响两方面介绍镁合金化元素选择的研究现状。方法:利用计算机检索中国知网、PubMed、Web of Science和Elsevier等数据库中的相关文献,以“镁(合金),铋/铝等(金属名称),腐蚀,生物相容性,金属毒性,支架/螺钉”为中文主题检索词,以“magnesium(alloy),metal name(such as:bismuth(Bi),aluminium(Al)),corrosion,biocompatibility,metal toxicity,scaffold(stent)/screw”为英文检索词进行检索,检索时限为2013-2023年,通过阅读文献内容进行筛选,最终纳入70篇文献进行结果分析。结果与结论:镁合金在医学领域的研究已相当广泛,虽然目前有一些产品已应用于临床,但镁合金在人体环境中的高降解速率仍然是临床大规模应用的主要限制,未来发展的焦点是对其腐蚀速率的控制。合金化是一种提升镁合金耐腐蚀性能的方法,并可通过不同合金成分添加来改善镁合金的各种性能,但单纯的合金化已不能满足对镁合金多元化性能的追求。为开发优异性能的多功能镁合金产品,未来需要将合金化、表面改性等多种优化方式结合来弥补各自方法的不足,同时结合合金结构更新以及制备工艺改良,共同提升镁合金的性能。

NiTi合金的生物医用性能及其在医学领域的应用

介绍NiTi合金作为医用材料的主要性能特点：良好的形状记忆效应最大可恢复应变达9％～10％，独特的超弹性使NiTi合金制成的医疗器件如NiTi丝等具有良好的柔顺性；较低的弹性模量弥补了传统医用金属材料作为骨植入物时容易出现应力遮挡现象从而造成骨质疏松的缺点；除此以外，NiTi合金还具有良好的抗疲劳、耐磨损和耐腐蚀性能；讨论了NITi合金的血液相容性和Ni^2＋离子毒性问题。总结了NiTi合金在医学领域的应用现状以及在新兴医学领域的发展，最后给出了一些NiTi医用性能改良的途径。

NiTi形状记忆合金在生物医用领域的研究进展

NiTi形状记忆合金由于具有良好的力学相容性、耐蚀性和生物相容性而在生物医用材料领域得到广泛应用。本文总结了医用 NiTi 形状记忆合金的研究现状,评述了NiTi形状记忆合金的耐蚀性和生物相容性特点,并详细讨论了NiTi形状记忆合金的表面改性问题,对NiTi形状记忆合金的医用前景进行了展望。

预时效热处理对新型近β医用Ti-10Mo-6Zr-4Sn-3Nb合金组织演变和力学性能的影响

研究了预时效对一种近β型Ti-10Mo-6Zr-4Sn-3Nb(Ti-B12)医用钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,在325、425℃分别预时效0.5~8.0 h后,在β母相中均匀析出了大量的椭球状等温ω相。随着预时效温度的升高和时间的延长,ω相的尺寸逐渐增大,而密度则逐渐减小。基于等温ω过渡相辅助α相形核与细化作用,在较低的预时效温度和较短的时间下可获得密度更高、尺寸更细小且弥散分布的次生α相。此外,经预时效后,通过显著细化次生α相的尺寸和提高α相的析出密度,强度得到了明显提升,并获得了较好的塑性。然而,当将预时效时间增加至一定值时,强化效应变得不再明显。

NiTi合金生物医用材料表面改性的研究进展

NiTi形状记忆合金作为重要的生物医用材料已经获得了广泛的应用,但Ni离子在人体环境中的释放引起了人们的忧虑。系统介绍了近年来表面改性提高NiTi合金生物相容性的主要方法、技术特点和优势。在众多的研究方法中,热氧化和自组装方法因具有工艺简单、成本低等优点而最具工业应用前景。有关NiTi合金表面涂层与细胞和血液的相互作用机理的研究亟待加强,微观方面应重视基因水平的评价,宏观方面应加强活体植入的研究。研究机构应与产业界密切配合,进一步推动相关涂层的产业化进程。

基于选择性激光熔化NiTi形状记忆合金研发适用于Hybrid手术的脊柱变刚度复合内固定系统

目的基于选择性激光熔化3D打印Ni Ti形状记忆合金,研发弹性模量可调节的变刚度内固定棒,设计出适用于Hybrid手术的刚性-半刚性复合内固定系统。方法制备Ni Ti合金支架,使用扫描电镜观察其形貌,培养小鼠成骨细胞前体细胞,通过CCK-8试剂盒、Calcein/PI试剂盒和Actin-Tracker Red荧光染色检验选择性激光融化Ni Ti合金的生物相容性。利用腰椎有限元模型构建出适用于Hybrid手术的刚性-半刚性内固定棒模型,选择出对腰椎活动范围影响最小的最适弹性模量。制备最优刚性-半刚性复合内固定系统,通过ASTM F1717-21标准,验证其达到医学应用标准。结果利用选择性激光熔化3D打印技术成功制备出Ni Ti合金支架,通过扫描电子显微镜观察发现支架表面存在着未熔Ni Ti颗粒、裂纹等缺陷。利用CCK-8试剂盒、Calcein/PI试剂盒和Actin-Tracker Red荧光染色证明其生物相容性良好。有限元研究显示,6~50 GPa复合内固定系统的腰椎ROM保留效果最佳。ASTM F1717-21标准测试显示所制备的刚性-半刚性复合内固定系统符合应用标准。结论本研究证明了选择性激光熔化Ni Ti合金具有良好的生物相容性,并通过有限元分析选择出最优的刚性-半刚性复合内固定系统,根据ASTM F1717-21标准证明其达到了医学应用的标准。

NiTi合金激光熔凝处理及其生物腐蚀性能研究

目的通过对NiTi合金表面进行激光熔凝处理,从而提高Ni Ti合金的耐腐蚀性能。方法利用紫外激光器对NiTi合金进行表面熔凝处理,借助扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)等技术手段,研究了激光熔凝处理前后Ni Ti合金的表面显微组织、成分和相结构。测试了激光熔凝处理前后NiTi合金表面与模拟体液(SBF)的接触角、熔凝层的显微硬度等表面性能。通过全浸腐蚀试验和电化学测试,研究了熔凝层在SBF溶液中的生物腐蚀性能,并分析了腐蚀机理。结果NiTi合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了厚度为90~150μm的熔凝层,熔凝层主要由TiO_(2)、β相以及少量的Ti O相组成。合金表面的平均显微硬度提高了153~279HV,合金的表面接触角增大,由亲水性转为疏水性。相较于未处理的样品,熔凝处理后的样品在SBF溶液中的腐蚀电位分别正移了435 mV和413 mV,腐蚀电流密度分别下降了83%、62%左右。熔凝处理后的样品在SBF溶液浸泡168 h后,SBF溶液中的Ni2+浓度下降了约1/3。结论以适当的激光加工参数对NiTi合金进行激光熔凝处理,可在NiTi合金表面形成致密的氧化膜,这层氧化膜和熔凝层可以有效地抑制NiTi合金在SBF溶液中的点腐蚀行为。

医用NiTi形状记忆合金表面类金刚石薄膜的生物摩擦磨损性能研究

利用脉冲电弧离子镀在医用N iTi形状记忆合金基底上沉积无氢类金刚石(DLC)薄膜,采用Ram an光谱分析薄膜的微观结构,在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上考察了薄膜的体外生物摩擦磨损特性.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜为四面体非晶碳薄膜,具有典型的类金刚石结构特征;在干摩擦及0.9%NaC l溶液和Hank’s溶液润滑条件下,DLC薄膜显示出良好的抗磨减摩性能;在N iTi合金表面沉积DLC薄膜以提高其生物相容性是可行的.

医用NiTi合金表面双层生物活性薄膜的制备及表征

采用溶胶-凝胶法在NiTi合金基体上制备出TiO2-SiO2-HAP梯度生物活性薄膜,通过仿生合成进一步制备了TiO2-SiO2-HAP/HAP双层生物活性薄膜。SEM、XRD和FTIR对复合薄膜的测试结果表明,外层的HAP薄膜呈多孔网状;电化学腐蚀测试表明,与TiO2-SiO2-HAP梯度生物活性薄膜相比,TiO2-SiO2-HAP/HAP双层生物活性薄膜的抗腐蚀性进一步增强。

燃烧合成制备生物医用多孔NiTi形状记忆合金

多孔 N i Ti形状记忆合金是一种具有良好应用前景的生物医用材料。其独特的孔隙结构可保证组织的长入和体液的传输。同时 ,多孔 Ni Ti合金具有优良的生物相容性和高的力学性能。已在俄罗斯等国得以成功地应用。 本文采用 N i及 Ti的元素粉末 ,在保护性气氛 Ar气中通过燃烧合成法制备多孔 N i Ti形状记忆合金。并通过 X射线衍射 ( XRD)、光学显微镜、扫描电子显微镜 ( SEM)等手段研究了合成的多孔Ni Ti合金的相组成、孔隙的宏观、微观特征。并测定了孔隙度、孔隙尺寸、弹性模量等。 研究表明 ,燃烧合成法制备的多孔 N i Ti合金孔隙均匀、三维连通、孔隙度达 55%以上 ,孔隙尺寸为 2 10～ 550 μm,弹性模量为 1～ 4 GPa。

医用镁合金涂层的抗菌性研究进展

近年来,可降解生物医用材料得到迅猛发展,金属镁及其合金具备相比其他医用金属合金更为优异的生物可降解性和相容性,受到越来越多国内外研究人员的关注。但镁和镁合金在空气中和体液内腐蚀速度过快的缺点,限制了其在医用植入物领域的应用,并且其抗菌性也是一个较为复杂的问题。本文概述了近年来国内外医用镁合金涂层抗菌性的研究状况,着重介绍了镁基银离子抗菌涂层、铜离子抗菌涂层、锌离子抗菌涂层和其他抗菌涂层的抗菌原理和研究进展,最后总结归纳,并对未来镁合金涂层抗菌性能研究的新方向提出展望。

高强度低模量生物医用(Ti-15Mo)-xNb合金组织与性能

为了开发兼具高强度与低弹性模量的生物医用钛合金,本文设计并采用粉末冶金技术制备四种不同成分的(Ti-15Mo)-xNb(x=2.75,5.84,8.85,15.56,质量分数,%)合金,研究Nb含量对其微观结构、力学性能与生物相容性的影响。结果表明:四种合金均由β相组成,呈现等轴晶组织;随着Nb含量的增加,合金强度逐渐降低,但四种合金均具有较高的抗拉强度(>980MPa),且伸长率保持约10%。添加适量Nb元素可以有效降低Ti-15Mo合金的弹性模量。其中,(Ti-15Mo)-15.56Nb合金具有最低的弹性模量值,约为60GPa,远低于常见医用钛合金的。四种合金均有利于细胞的生长和增殖,Nb含量对其生物学性能无明显影响。

医用NiTi合金的表面改性研究进展

近等原子比的NiTi合金作为生物医用材料,以其优异的特性而在医学各科临床得到广泛应用。但由于Ni离子释放而引起的潜在毒性和无生物活性问题,抑制了NiTi合金在生物医用领域的进一步发展。对医用NiTi合金进行表面改性是解决上述问题的有效途径,并成为近年国内外研究的热点。本文全面阐述了近几年来国内外对医用NiTi合金的表面改性方法的研究进展,并对各种方法可能出现的问题进行了分析;提出了采用微弧氧化技术对NiTi合金表面改性的可行性。

多孔NiTi形状记忆合金的生物医学特性及其医用前景

讨论了多孔NiTi形状记忆合金的生物医学特性 ,尤其是其多孔性带来的诱导骨组织长入的特性 ,使植入物与人体骨组织的结合更加牢固可靠。阐述了多孔NiTi合金适于植入的力学性能 ,如形状记忆效应、高的抗压、抗弯强度和与骨组织接近的弹性模量 ,探讨了其在人体骨组织修复和替换方面的应用前景。

生物医用Ti6Al4V合金上电弧沉积TiAlN陶瓷涂层的表面、力学和体外腐蚀性能

研究在医用Ti6Al4V合金上采用阴极电弧蒸发沉积制备的纳米晶TiAlN涂层的表面特性和体外腐蚀性能。采用XRD和FE-SEM对其结构和表面形貌进行分析,采用显微压痕法表征其表面的显微硬度,在模拟体液和人工唾液中进行体外腐蚀实验。结果表明:与无涂层合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面硬度提高,为44.4 GPa,弹性模量为419.9 GPa,塑性变形能力增强,润湿角由(70.61±1.25)°增大到(86.27±2.2)°。生物腐蚀实验表明,沉积TiAlN涂层后,Ti6Al4V合金的腐蚀电位显著正移约150 m V,腐蚀电流密度显著降低约一个数量级,电荷转移电阻提高,证明合金的耐腐蚀性提高。与无涂层的合金相比,沉积TiAlN涂层后合金的表面性能、力学性能和耐腐蚀性能均有所提高。

生物医用镁合金的腐蚀行为与力学性能研究

生物医用镁合金凭借自身的优点,在医疗领域的应用中发挥了重要的作用。但也需注意到,在生物医用镁合金的腐蚀与力学性能的研究中仍存在着材料失效机理复杂难预测、测试方法缺乏标准化、生物医用镁合金的表面处理对其应用的影响大的问题。因此提出了提高生物医用镁合金腐蚀耐久性、开发生物医用镁合金的新应用领域、发展生物医用镁合金与其他材料的复合结构的建议,以实现生物医用镁合金更好的被研究利用。