多孔NiTi记忆合金化学氧化和热氧化表面改性的对比研究

研究了多孔NiTi记忆合金在H2O2＋HCl溶液中的低温化学氧化过程和500℃的高温热氧化过程。通过对比分析2种表面氧化处理后合金表面氧化膜的形貌、Ni/Ti比及膜层生长动力学曲线,探讨了多孔NiTi合金表面和孔内氧化膜的生长特点。结果表明,利用2种表面氧化技术在合金表面和孔内获得的氧化膜Ni含量均明显低于基体,且合金孔内氧化膜Ni含量低于表面氧化膜;多孔NiTi合金孔内的氧化对于与氧亲和力弱的Ni而言更加困难,孔内氧化膜的生长速率低于表面氧化膜的生长速率。     

NiTi合金生物医用材料表面改性的研究进展

NiTi合金由于其形状记忆效应、超弹性和低模量等优良性能在生物医学领域得到广泛应用。然而,在生理环境中镍离子释放会诱发毒性和炎性反应,因此需要对其进行表面改性。从表面氧化、表面涂层和表面接枝大分子等方面综述了近年来国内外NiTi合金表面改性的研究进展,评述了各种表面改性技术的优势和缺陷,指明了NiTi合金表面改性的未来发展趋势。     

NiTi合金微弧氧化的初步研究

在NiTi合金表面采用微弧氧化得到一层致密的氧化膜.采用X R D分析了薄膜的结构.结果表明在室温条件下在Na2SiO3电解液中通过微弧氧化可以在NiTi合金基体上得到一层氧化物膜层,具有硬度高、耐腐蚀性能强的特点,对于NiTi合金具有良好的保护作用.     

表面氧化及离子注氮对NiTi形状记忆合金耐腐蚀性能的影响

采用电化学测试的方法，研究了表面氧化以及表面氧化-离子注氮两种表面改性方式对NiTi形状记忆合金在人体生理模拟液(Hank′s溶液)中腐蚀行为的影响。腐蚀电位和极化曲线的测量结果表明表面氧化-离子注氮的方法使NiTi合金材料的腐蚀电位正移。雏钝电流密度下降，钝化电位区间扩大，合金表面耐蚀性明显提高。尤其是NiTi合金在进行氮离子注入后，测得击穿电位显著上升．增强了表面膜的抗局部腐蚀能力。因而表面氧化-离子注氮的改性方法可使材料的耐蚀性达到最佳。通过XPS的分析发现，离子注氮后合金表面形成氮化钛相以及富含羟基的化学效应，使NiTi基体的电化学性能得到提高。     

多孔NiTi合金的化学氧化处理表面改性研究

在H2O2+HCl溶液中对多孔NiTi合金进行了化学氧化处理表面改性。利用EPMA、SEM、原子吸收光谱对合金表面氧化膜的组成、形貌及化学氧化处理前后的Ni离子释出进行了研究。结果表明,经过H2O2+HCl溶液化学氧化表面处理后合金表面Ni含量显著降低,在生理盐水中的Ni释放速率明显下降;H2O2+HCl溶液浓度和氧化时间均对合金表面氧化膜的生长有较大影响。     

化学修饰对NiTi形状记忆合金氧化膜的影响

用X光电子能谱（XPS）研究了NiTi形状记忆合金经酸、碱处理后表面氧化膜成分和结构的变化。结果表明，未经处理的NiTi合金表面最外层氧化膜主要由TiO2、TiO和少量的Ni组成，酸、碱处理后，最外层氧化膜由TiO2、Ni2O3组成，但经碱处理后，氧化膜的厚度大大增加。     

NiTi形状记忆合金表面改性的研究进展

近等原子比的NiTi合金以其优异的特性在临床医学得到广泛应用,但是由于Ni离子溶出引致的潜在生物毒性以及无生物活性,抑制了NiTi合金在生物医用领域的进一步发展。为了改善上述缺陷,对NiTi合金进行表面处理成为当前国内外NiTi合金研究的热点。从不同的改性工艺出发,全面阐述了近年来国内外对致密态和多孔态NiTi合金进行表面改性的研究进展,对各种方法可能出现的问题进行了分析,指出现有的各种表面改性方法不能有效实现对多孔NiTi合金内部孔隙进行改性,并针对这一症结提出了采用原位氮化法对多孔NiTi合金进行改性的可行性。     

NiTi 合金表面激光原位反应合成TiN增强金属基复合材料涂层

采用连续高功率固体Nd-YA G激光辐照, 使预置于NiTi 合金表面的Ti 粉在N₂ 环境中形成TiN 增强Ti 基复合材料涂层。选择适当的激光辐照工艺参数, 获得致密的TiN 增强金属基复合材料激光改性层。SEM 观察及EDAX 成分分析结果表明, TiN/ Ti 金属基复合材料表面改性层与基体NiTi 合金存在良好的冶金结合, 界面处成分均匀过渡, 表面Ni 含量极低。显微硬度测试及磨损实验表明, TiN/ Ti 金属基复合材料改性层显著提高了NiTi 合金的表面硬度和耐磨性, 激光表面改性层可有效地改善NiTi 合金作为生物医学材料使用的表面成分和性能。      

多元氮化物薄膜及其沉积工艺对NiTi记忆合金性能和组织的影响

采用真空阴极电弧沉积技术,在NiTi记忆合金表面沉积了TiAlBN和TiAlCrFeSiBN多元膜和TiN薄膜,研究了薄膜成份及沉积工艺对NiTi合金性能和组织的影响.结果表明,在NiTi合金表面沉积TiAlBN和TiAlCrFeSiBN多元膜和TiN薄膜均可降低合金在Hank溶液中的Ni溶出速率,其中多元膜的Ni溶出速率最小;提高偏压对沉积了TiAlBN多元膜的NiTi合金的Ni溶出速率无明显影响,但使沉积了TiAlCrFeSiBN膜的NiTi合金的Ni溶出速率降低.在TiAlBN和TiAlCrFeSiBN多元膜表面存在较多细小的钛滴和孔隙,钛滴与薄膜基体之间的融合良好;在TiN薄膜表面存在一些大钛滴和孔隙,钛滴与薄膜基体之间的融合不好.镀膜后,NiTi基体的加热相变点移向低温区,其幅度与薄膜成份及沉积工艺有关,提高偏压使沉积了两种多元膜的NiTi基体的相变点移动幅度增大,但却使沉积了TiN膜的NiTi基体的相变点的移动幅度减小.镀膜过程均使NiTi中的M体尺寸增大.     

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.     

Effect of micro-arc oxidation surface modification on the properties of the NiTi shape memory alloy

In this paper, the effects of micro-arc oxidation (MAO) surface modification (alumina coatings) on the phase transformation behavior, shape memory characteristics, in vitro haemocopatibility and cytocompatibility of the biomedical NiTi alloy were investigated respectively by differential scanning calorimetry, bending test, hemolysis ratio test, dynamic blood clotting test, platelet adhesion test and cytotoxicity testing by human osteoblasts (Hobs). The results showed that there were no obvious changes of the phase transformation temperatures and shape memory characteristics of the NiTi alloy after the MAO surface modification and the coating could withstand the thermal shock and volume change caused by martensite-austenite phase transformation. Compared to the uncoated NiTi alloys, the MAO surface modification could effectively improve the haemocopatibility of the coated NiTi alloys by the reduced hemolysis ratio, the prolonged dynamic clotting time and the decreased number of platelet adhesion; and the rough and porous alumina coatings could obviously promote the adherence, spread and proliferation of the Hobs with the significant increase of proliferation number of Hobs adhered on the surface of the coated NiTi alloys (P?<?0.05).     

Inhomogeneous structure of near-surface layers in the ion-implanted NiTi alloy

This paper reports the application of nitrogen ion implantation for modification of a shape memory alloy. It is known that the problem of creating a protective surface coating for the shape memory alloy is the most acute for potential applications of this material. Thus, the problem of increasing surface protective properties and, at the same time, simultaneous preservation of functional properties of shape memory materials is a subject of research and development [Pelletier H, Muller D, Mille P, Grob J. Surf Coat Technol 2002;158:309.]. The surface characterization of nitrogen implanted (fluence 10¹⁸ cm^?2 and energy 50 keV) equiatomic commercial NiTi alloy samples was performed with the assistance of high resolution transmission electron microscopy (HTEM) techniques and modifications of phase composition before and after irradiation are studied at room and martensitic transformation temperatures by X-ray diffraction methods. Differential scanning calorimetry (DSC, TA Instruments) was used to characterize the transformation sequence and transformation temperatures for the initial and surface-modified materials. Experimental results of an inhomogeneous structure of near-surface layers in the ion-implanted NiTi alloy are discussed in this paper.     

NiTi合金表面液相阴极等离子体沉积氧化铝陶瓷涂层的研究

在NiTi合金表面通过液相阴极等离子体技术制备了氧化铝(Al2O3)陶瓷涂层。采用X射线衍射和扫描电镜对涂层的相组成以及表面形貌进行了表征和分析,证实在材料表面形成了由α-Al2O3和γ-Al2O3组成的涂层,发现涂层具有粗糙多孔结构。在模拟体液中对NiTi合金的Ni离子释放情况进行了检测,发现液相阴极等离子体改性后显著降低了Ni离子的释放。为NiTi合金植入体的表面改性提供了一条新途径。     

镍钛合金在医疗器械领域应用和表面改性研究进展

镍钛合金基于特有的超弹性、形状记忆效应,广泛应用于医疗器械领域。其中超弹性表现为大变形下的弹性应变,应用于血管和腔道介入器械、口腔正畸丝、根管器械等;形状记忆效应可实现低温下易变形、体温下自回复,应用于热激活正畸丝、骨科、矫形外科、缝线等。此外,可通过多样化的表面改性技术,提升镍钛合金的生物相容性、腐蚀抗性、摩擦磨损性能,优化产品性能,拓展其在医疗器械制品中的应用范围。     

医用多孔NiTi合金表面微弧氧化改性研究

为解决多孔Ni Ti合金耐蚀性降低和Ni离子释放量增大而引起的使用安全性问题.本文采用微弧氧化技术对医用多孔Ni Ti合金进行表面改性处理,研究结果表明,微弧氧化处理并未改变多孔Ni Ti合金原有的孔隙结构和孔隙率,只在其外表面和孔隙内表面均形成了典型的微弧氧化多孔涂层.该涂层主要由氧化铝相组成,并含有少量的Ti和Ni元素,且外表面涂层的Ti和Ni含量要略低于孔隙内表面涂层.微弧氧化涂层提高了多孔Ni Ti合金的表面接触角,将原有的亲水表面转变成了疏水表面.经微弧处理后,多孔Ni Ti合金的耐蚀性较基体提高了1个数量级以上,Ni离子释放量也较基体降低了1个数量级以上.     

Surface hardening of NiTi shape memory alloy induced by the nanostructured layer after surface mechanical attrition treatment

To conduct grain refinement induced by plastic deformation, NiTi shape memory alloy is processed by surface mechanical attrition treatment. The process leads to surface nanocrystallization and consequently surface hardening. The cross sectional microhardness of the treated NiTi is measured and compared to those of annealed NiTi specimens with residual stress relaxation and recrystallization. Our results show that surface nanocrystallization induced by surface mechanical attrition treatment is an effective method to enhance the surface hardness and anti-wear properties of NiTi shape memory alloy for the biomedical application.     

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。     

NiTi合金表面化学沉积羟基磷灰石生物活性层机理的研究

用化学方法对NiTi合金表面进行处理,用SEM观察了表面形貌,测定了表面Ca/P层的成分。用热力学方法对可能获得表面结构进行了推算,表明表面结构可能为羟基磷灰石。