离子注入在医用钛及其合金表面改性中的应用

钛及其合金因具有较好的耐蚀抗磨性、生物活性、生物相容性以及在生理环境中的无毒性,成为医用领域中最常用的一种金属材料。但是,钛及其合金自身无抗菌性,表面摩擦因数大,抗塑性剪切能力低,且长期服役中易被环境污染和易于磨损失效,这些特性在一定程度上限制了其应用领域的扩展。因而,学者常采用离子注入技术对医用钛及其合金进行表面改性,以提升其表面性能,延长其制件服役寿命和扩展材料应用范围。研究表明,单一元素离子注入对提升钛及其合金的医用性能不够理想,因而学者采用金属+非金属、金属+金属离子进行复合注入,旨在提升改性层减摩抗磨、耐蚀性能的同时,增强改性层的生物活性及服役过程中的抗菌性。另外,对现有研究展开分析与综述后,提出了对医用钛及其合金的离子注入改性,将朝着进一步深入理论、模拟研究,多复合离子(特别是金属+金属+非金属复合离子)注入研究,高性能离子注入设备研发及其离子注入参数拟定与优化等方面发展。     

锌对医用Mg-Ca-Zn合金组织及力学性能的影响

通过显微组织观察、三点弯曲和压缩性能测试,对不同锌含量的医用Mg-Ca-Zn合金的组织、物相组成和力学性能进行研究。结果表明,在含钙量相同的情况下,Mg-Ca-Zn合金随着锌含量增加,其组织细化、力学性能明显提高,弯曲和压缩性能满足作为硬组织植入物的要求。     

金属及合金中钙和镁的光度分析

评述了金属及合金中钙和光度分析方法新近发展状况，各类显色剂及其显色反应的条件，以及相应光度分析方法的检测限，干扰情况和测定范围等。     

镁锰合金的晶粒细化及其耐蚀性的研究

通过实验对镁锰合金的晶粒细化和耐蚀性进行了探索.结果表明:在镁锰合金中加入Ca元素可以使其晶粒显著的细化,耐蚀性也得到了很大提高.     

钙钾镁锌锰与不育不孕症

近年来我国地球地质化学专家杨超群研究员,对新疆伽师县和岳湖县一带约5000km范围进行环境地球化学场研究后发现,这里流行的男性不育、女性不孕、长期稀便、肝忡大和低血钾为主要症侯的地方病(又称“伽师病”),与当地饮用水水质关系密切。因河水流经红色岩层地区后溶解了大量的硫酸盐和氯化物。     

钙对铸态医用Mg-6%Zn-x%Ca合金组织和力学性能的影响

研究了不同钙含量对铸态下医用Mg-6%Zn-x%Ca镁合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着钙含量的增加,合金的晶粒尺寸明显变小,显微硬度明显提高;能谱分析发现,钙主要分布在晶界处,也有少量钙溶解于α-Mg固熔体中。热模拟实验表明,成分为Mg-6%Zn-3%Ca的镁合金抗压强度和屈服强度最高。     

镁锂合金在人体模拟汗液中的腐蚀行为

为了研究镁锂合金在人体模拟汗液中的腐蚀特性,测试了镁锂合金在该溶液中开路电极电位与时间的关系曲线及在该溶液中浸泡不同时间的极化曲线,对比了镁锂合金在模拟汗液中及在pH=7的3．5％NaCl溶液中的电化学阻抗谱。采用数码相机、扫描电镜观察了镁锂合金在人体模拟汗液中的腐蚀形貌,用失重法测得了腐蚀速率。结果表明：在1～35min内,随浸泡时间的增加,镁锂合金会出现钝化现象,腐蚀速率降低;镁锂合金在人体模拟汗液中的电化学反应电阻为47．69Ω／cm^2,腐蚀为全面的点腐蚀,腐蚀速率为4．40g／（m^2·h）。     

碱性锌酸盐体系电镀Zn—Ce合金工艺研究

研究碱性锌酸盐体系电镀Zn-Ce合金工艺.对镀液中不同Ce~(3+)含量所获得镀层的耐蚀性作了研究,并以X-射线衍射对Zn-Ce镀层和纯Zn层的结构作了对比分析.     

钇和铈离子注入纯锆的腐蚀行为研究

为了研究铈,钇离子注入对纯锆耐蚀性的影响,纯锆样品用MEVVA源以40 kV注入1×1016 ions/cm2至1×1017 ions/cm2剂量的钇和铈,注入最高温度约为150℃.用X光电子谱仪(XPS)分析注入表层元素的价态;在1 mol/L硫酸溶液中3次极化测量来研究注入样品的耐蚀性.对于钇离子注入,当注入剂量大于5×1016 ions/cm2时,注入样品的耐蚀性显著提高.用掠角X射线衍射(GAXRD)研究氧化膜中由于铈离子注入发生的相转移.三次极化测量表明注铈样品与空白样品相比,耐蚀性下降许多.最后分别对注入钇和铈样品的腐蚀行为机理进行了探讨.     

复合改性处理对AZ91镁合金表面结构和耐蚀性能的影响

为改善AZ91镁合金的耐蚀性能,对其表面进行了固溶时效和氮铝(N+Al)双离子注入复合改性处理。通过X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)、电化学综合测试系统、显微硬度计分析比较了处理前后试样的表面结构、元素浓度-深度分布、抗腐蚀性能和显微硬度。XRD结果表明,双离子共注后AZ91镁合金表面改性层由Mg、Al12Mg17、MgAl2O4、AlN等物相组成,且Mg和Al12Mg17衍射峰位和强度发生了明显改变。AES分析发现,表面存在约30 nm由Mg、Al、O等元素组成的改性层,注入层深度达到130 nm。双离子共注后试样的显微硬度较基体和固溶时效时分别提高了27.1%和10.4%。在3.5%饱和NaCl溶液中,双离子共注入试样的极化电阻分别为基体和固溶时效试样的21.7倍和9.1倍,腐蚀电流密度降为基体的1/10。相同腐蚀条件下的双离子共注入试样表面只产生了少量腐蚀斑,而基体和固溶时效试样表面却出现了大量的腐蚀坑。     

钛离子注入对AZ31镁合金表面力学性能及耐蚀性的影响

对AZ31镁合金表面进行了钛离子注入试验,研究了钛离子注入对于镁合金表面改性层的影响。通过XRD、XPS研究了改性层的相结构和元素分布,通过硬度和摩擦磨损试验研究了改性层的力学性能。结果表明,经过钛离子注入之后,改性层中并无新相生成;当注入剂量为2.5×1017ion/cm2时,改性层深度可以达到160 nm,改性层中Ti呈高斯分布,存在形式从外到内为TiO2向Ti过渡。经过钛离子注入之后,镁合金表面硬度大大提高;改性层的摩擦因数并没有降低,但是耐磨性有所提高。随钛离子注入剂量的增加,改性层的耐腐蚀性能呈先上升后下降趋势。     

氟化处理对植入材料Mg-Ca二元合金腐蚀行为的影响(英文)

在室温下,将Mg-0.5Ca合金在不同浓度的氢氧化钠和HF溶液浸渍不同的时间,研究HF处理对合金腐蚀行为的影响。采用原子力显微镜、X射线衍射、场发射扫描电子显微镜表征样品的微观组织变化。通过动电位极化和Kokubo溶液浸泡试验测试样品的耐腐蚀性。结果表明,与35%HF处理的样品相比,经40%HF溶液处理的Mg-0.5Ca合金具有更均匀、更致密、更薄的涂层(12.6μm)。电化学测试表明,在Kokubo溶液中,经氟化物处理的Mg-0.5Ca合金样品的耐腐蚀性比未处理样品的高35倍;前者的体外降解速率远远低于后者的。在40%HF溶液处理过的样品表面只出现了一些腐蚀点,而未经处理的样品完全被腐蚀产物覆盖且出现了分层现象。40%HF处理的Mg-0.5Ca合金,具有低的降解速率和良好的生物相容性,是一种有潜力的植入材料。     

氮钛双离子注入AZ31镁合金的抗腐蚀和力学性能

利用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子源在AZ31镁合金表面进行了氮钛（N/Ti）双离子共注入。通过俄歇电子能谱（AES）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、电化学测试系统和显微硬度计,分析比较了双离子共注入前后试样表面的相组成、原子浓度-深度分布、抗腐蚀性能和显微硬度。结果表明：基体合金表面改性层主要由Mg、MgO、Ti、TiO2、TiN等相组成;改性层厚约180 nm;处理后试样显微硬度较基体提高了50%;在3.5%饱和NaCl溶液中的腐蚀电位提高600 mV,腐蚀电流密度下降110μA.cm2,极化电阻增加了67.9倍。     

Corrosion resistance properties of AZ31 magnesium alloy after Ti ion implantation

Magnesium alloys have a wide range of applications in industry; however, their corrosion resistance, wear resistance, and hardness are rather poor, which limit their applications. Ti ion was implanted into the AZ31 magnesium alloy surface by metal vapor vacuum arc (MEVVA) implanter. This metal arc ion source has a broad beam and high current capabilities. The implantation energy was fixed at 45 keV and the dose was at 9 × 1017 cm?2. Through ion implantation, Ti ion implantation layer with approximately 900 nm in thickness was directly formed on the surface of AZ31 magnesium alloy, by which its surface property greatly improved. The chemical states of some typical elements of the ion implantation layer were analyzed by means of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), while the cross sectional morphology of the ion im-plantation layer and the phase structure were observed by means of scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The property of corrosion resistance of the Ti ion implanted layer was studied by the CS300P electrochemistry corrosion workstation in 3.5% NaCl solution. The results showed that the property of corrosion resistance was enhanced remarkably, while the corrosion velocity was obviously slowed down.     

Nitrogen ion implantation and in vitro corrosion behavior of as-cast Ti-6Al-7Nb alloy

In the present investigation, surface modification of Ti-6Al-7Nb alloy with nitrogen ions is considered as a method to improve its performance with respect to corrosion. Nitrogen ion was implanted on Ti-6Al-7Nb alloy at an energy of 70 and 100 keV using a 150 keV accelerator at different doses between 1×10¹⁶ and 3×10¹⁷ ions/cm². Gracing incidence X-ray diffraction was employed on the implanted specimens to understand the phases formed with increasing doses. The implanted samples were subjected to electrochemical study in Ringer's solution in order to determine the optimum dose that can give good corrosion resistance in a simulated body fluid condition. The OCP of the implanted specimens were found to shift in the noble direction in comparison with unimplanted specimen. The passive current density and area of the repassivation loop were found to decrease as the dose values increased. The electrochemical impedance spectroscopic results indicate that the polarization resistance was higher for the dose of 2.5×10¹⁷ ions/cm² implanted at both energy of 70 and 100 keV. Nitrogen ion implantation enhanced the passivability and reduces the corrosion kinetics of the alloy surface with increasing tendency for repassivation. Nature of the surface and reason for the variation and improvement in corrosion resistance are discussed in detail.     

可降解医用镁合金耐腐蚀性能研究进展

本文针对可降解吸收的医用镁合金的耐腐蚀性较差、在临床上的应用受到了很大的限制的问题,介绍了3种典型医用镁合金耐腐蚀性能的变化和近几年有关可降解医用镁合金的腐蚀研究进展,总结了研究可降解医用镁合金耐腐蚀性能的实验方法和结果.结论 是未来医用镁合金既要充分发挥其可降解吸收的优点,又要把控好在人体服役期间的降解速度.     

合金元素及孔结构对Gasar镁合金力学性能及腐蚀性能的影响

采用金属-气体共晶定向凝固法(常称为Gasar工艺)成功制备藕状多孔Mg-Mn、Mg-Mn-Zn系合金,并研究合金元素及孔结构对藕状多孔镁合金力学性能及腐蚀性能的影响。研究结果表明：1wt.%Mn的添加,可以使藕状多孔纯镁的压缩强度从64MPa (孔隙率~36%)提升至74MPa (孔隙率~37%),而进一步添加1wt.%的Zn元素,材料的压缩强度增至115MPa (孔隙率~37%)。Zn 元素的加入可以提高藕状多孔 Mg-Mn合金的耐腐蚀性能,同时,藕状多孔Mg-1wt.%Mn-1wt.%Zn合金定向孔下方的圆锥状溶质富集区表现出良好的耐腐蚀性。孔径对藕状多孔材料腐蚀性能有一定的影响,当孔径尺寸为1026μm时,Gasar Mg-1wt.%Mn合金孔壁腐蚀较为严重,而当孔径降至306μm时,孔会被腐蚀产物封闭,孔壁的腐蚀程度较小。