水热处理镁离子改性改善纯钛骨传导性的研究

在200℃,0.1mol/L的MgCl₂溶液中对纯钛进行了水热处理,以期改善其生物活性。采用多种分析手段对水热处理前后试样的形貌、粗糙度、润湿性能及表面化学成分进行了分析;采用模拟体液浸泡法评价了处理前后试样的体外骨传导性。水热处理在试样表面形成了纳米氧化钛颗粒,但并没有改变试样的微米尺度的形貌,经过水热处理的试样表现出了超亲水性。水热处理成功地将Mg元素复合至钛表面;在MgCl₂溶液中进行水热处理时,Mg元素主要以钛酸镁形式存在,而在pH为9.5的MgCl₂的溶液中进行水热处理时,Mg元素主要以Mg(OH)₂形式存在。在SBF中浸泡3天后,水热处理试样表面即可观察到典型的羟基磷灰石球状晶簇,而未经处理的试样表面则未能发现沉积,此外,过高的Mg复合量抑制了羟基磷灰石的形核长大。结果表明,水热处理在保持种植体宏观形貌不受影响的前提下可作为种植体生产的最后工序以提高其骨结合性。     

酸刻蚀处理对IrO2-Ta2O5/Ti阳极寿命的影响

通过改变腐蚀方法,研究了使用H₂C₂O₄和H₂SO₄进行钛基体表面刻蚀对金属氧化物钛阳极电化学性能和表面形貌的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和光电子能谱等测试方法对样品进行了结构分析。然后利用电化学工作站测试了样品的电催化活性,利用加速寿命测试研究了样品的电化学稳定性。结果表明,通过H₂C₂O₄和H₂SO₄分步腐蚀可以获得更加均匀致密的表面形貌和更好的催化稳定性。在此基础上,进一步研究了预处理对钛阳极寿命的影响原因。IrO₂-Ta₂O₅/Ti阳极的催化活性和稳定性与酸刻蚀处理的先后顺序及表面结构密切相关,并建立了预处理方法与阳极性能之间的关系。分步腐蚀使钛表面具有合适的粗糙度,因而提升了涂层附着力。在热分解过程中,经分步腐蚀形成的氢化钛在不改变表面形貌的情况下转变为金红石结构的氧化钛,有利于电子输运,从而增强涂层附着力并延长加速寿命。     

表面纳米化对纯钛阳极氧化膜组织及特性的影响

通过表面机械研磨处理（SMAT）制备了表面梯度纳米晶结构,研究了表面纳米化对纯钛阳极氧化膜的表面组织及特性的影响。在30 V恒电位模式、0.5 mol/L H₂SO₄溶液中进行不同时长的阳极氧化处理。使用光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、光电子能谱及电化学测试研究氧化膜的表面特性及腐蚀抗性。结果表明,梯度纳米晶结构可以增加氧化膜的厚度,促进结晶行为,提高抗腐蚀性。阴阳离子空位凝聚机制能够解释梯度纳米晶结构对抗腐蚀性的影响。     

纯钛表面超疏水性着色膜的制备及性能

以 Na₂HPO₄·12H₂O 溶液作电解液对纯钛表面先进行阳极氧化,再用氟硅烷做表面修饰,在纯钛表面制备出超疏水性着色膜。 结果表明,钛基体的前处理工艺,阳极氧化电流、电压和时间是影响超疏水性着色膜的重要参数。 相比化学抛光,机械抛光的前处理能获得更加光亮的彩色膜。 电压一定时,随时间延长,着色膜的颜色饱和度下降,但水接触角提高;时间一定时,随电压升高,颜色饱和度下降,水接触角呈升高趋势。 总体来看,当阳极氧化电压为 30 V,阳极氧化时间为 6 h 时,可以获得膜厚约为 3~ 4 μm 蓝色膜,并具有较好的超疏水性(水接触角可达(156. 1±1. 3)°)和耐磨性,具有“花瓣状”的粗糙微纳结构,既微米级的花瓣状凸起和纳米级的薄片,这有利于膜的超疏水性。 耐污试验进一步表明,上述工艺制备的超疏水性着色膜具有优异的自清洁和耐污染能力。     

超细晶纯钛微弧氧化表面润湿性和耐腐蚀性能研究

以纯钛为原料,经等通道转角大应变加工处理得到超细晶纯钛,采用微弧氧化法对纯钛和超细晶纯钛表面进行了改性处理,研究了改性处理对样品的表面形貌、润湿性和耐腐蚀性等的影响。实验发现微弧氧化处理后,虽纯钛及超细晶纯钛表面均形成多孔氧化膜层、接触角减小、表面粗糙度和表面能提高,但与纯钛相比,超细晶纯钛腐蚀速率与电流密度较纯钛的更小。因此,经微弧氧化法改性后,超细晶纯钛比纯钛更适合应用于医用植入物领域。     

Al2O3微粉添加量对镁合金微弧氧化膜特性影响研究

为了研究添加Al₂O₃微粉对AZ31A镁合金微弧氧化膜特性影响,在不同浓度Al₂O₃微粉电解液中对其进行了微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)观察微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析了膜层表面Ca、Mg、O、Al元素分布,X射线衍射仪(XRD)分析了相组成,测定了膜厚、硬度和氧化液中Al₂O₃表面电荷,讨论了掺杂改性机理。结果表明,加入Al₂O₃微粉后,氧化电压随Al₂O₃添加量增加先增加后降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,膜层表面Ca元素分布逐渐减少,成膜效率降低,膜层致密度和表面疏松层硬度提高,氧化膜主要由MgO和MgO₄等相组成。     

纯钛TIG焊接接头的高温氧化行为

对纯钛氩弧焊焊接接头在550 ℃下氧化不同时间（2,4,6,8 h）以及在不同温度（650,750,850,950 ℃）下氧化4 h的氧化动力学、氧化形态和氧化产物进行了研究。结果表明,在550 ℃下,氧化时间对焊接接头氧化行为的影响有限,而氧化温度对纯钛焊接接头的氧化行为有显著影响,且温度越高,氧化越严重。在低温下,纯钛焊接接头的氧化动力学接近准线性定律,随着温度升高,氧化速率呈指数增长。此外,焊接接头表面产生的氧化产物是具有锐钛矿和金红石结构的TiO₂,温度对TiO₂的类型没有明显影响。纯钛焊接接头的氧化过程可描述为：氧气在表面被吸收;氧化物优先在缺陷区形核;氧化物横向生长、增厚。在较高温度下,氧化膜中出现裂纹或空隙,成为O原子传输通道,导致O和Ti原子的高扩散速率和氧化速率。     

阳极氧化处理对钛表面粗糙度和亲水性的影响（英文）

通过阳极氧化处理技术在钛表面制备出具有不同粗糙度和亲水性的纳米表面。采用扫描电镜观察表面特征,原子力显微镜检测表面粗糙度,接触角仪测量亲水性。实验结果表明,表面形貌随着氧化电压和时间的改变有较大变化。在优化的电解液和氧化条件下,可以在钛表面制备规则排列的纳米管阵列。粗糙度随着氧化时间的延长而增大,在几十到几百纳米之间变化,而氧化电压对粗糙度的影响不大。表面亲水性随着氧化时间的延长先增加再降低。钛表面结构形貌、粗糙度与亲水性的变化可用阳极氧化过程中表面发生的反应进行解释。     

阳极氧化处理对钛表面粗糙度和亲水性的影响

本文通过阳极氧化处理技术在钛表面制备出具有不同粗糙度和亲水性的纳米表面。采用扫描电镜观察表面特征,原子力显微镜检测表面粗糙度,接触角仪测量亲水性。实验结果表明,表面形貌随着氧化电压和时间的改变有较大变化。在优化的电解液和氧化条件下,可以在钛表面制备规则排列的纳米管阵列。粗糙度随着氧化时间的延长而增大,在几十到几百纳米之间变化,而氧化电压对粗糙度的影响不大。表面亲水性随着氧化时间的延长先增加,再降低。钛表面结构形貌、粗糙度与亲水性的变化可用阳极氧化过程中表面发生的反应进行解释。     

外电阻对纯钛微弧氧化膜特性的影响

在Na2SiO3-Na3PO4溶液中,研究了恒定电压下通电回路中有、无外电阻对纯钛微弧氧化膜特性的影响。结果表明,MAO膜的生长特性、相组成、表面形貌和处理后样品的耐腐蚀能力受MAO过程中外电阻的影响较大。无外电阻时制备的氧化膜相组成和表面形貌与处理电压U密切相关,当U<450 V时,氧化膜由锐钛矿相TiO2组成,当U≥450 V时,氧化膜由锐钛矿相和金红石相TiO2组成。而有外电阻时制备的氧化膜相组成和表面形貌与U的关系不大, 膜层由锐钛矿相TiO2组成,膜表面的微孔尺寸更小、其分布也更均匀;在30%硫酸溶液中的耐腐蚀测试表明,有外电阻时制备的样品比无外电阻时制备的样品其耐腐蚀性能平均高出40%     

钛及钛合金植入体表面微纳结构制备技术及生物性能研究进展

对国内外医用钛及钛合金植入体表面微纳结构制备技术的研究现状进行综述。介绍了喷砂、微切削和激光等机械加工方法,等离子喷涂、溅射等物理方法,酸蚀、碱热处理、阳极氧化等化学处理方法在钛及钛合金植入体表面制备的微纳结构,概述了微纳结构对钛及钛合金植入体生物相容性的影响。最后,总结各种制备方法的优劣,并结合目前医用钛及钛合金植入体表面微纳结构研究中存在的问题,指出了植入体表面微纳结构制备方法的发展趋势。     

Surface characteristics of anodized and hydrothermally treated titatnium with an increasing concentration of calcium ion

Titanium is widely used as an implant material due to its good mechanical properties and the excellent biocompatibility of the oxide film on the surface. To modify the unstable oxide surface of pure titanium, plasma electrolytic oxidation was applied in this study. The electrolyte used for anodizing was a mixture of GP (glycerophosphate disodium salt) and CA (calcium acetate). In addition, a hydrothermal treatment was performed to precipitate a calcium phosphate crystal on the titanium oxide layer for bioactivity. The effect of the CA concentration of the electrolyte on the surface of titanium was investigated, with CA concentrations at 0.1 M, 0.2 M, and 0.3 M. A high concentration of CA results in a low breakdown voltage; hence many large micropores were formed on the anodized surface. Moreover, the size of the HA crystals was more minute in proportion to the increasing concentration of CA. The crystal phase of titanium dioxide was mainly anatase, and a rutile phase was also observed. As the size and/or amount of HA crystals increased, the surface roughness increased. However, the surface roughness could be decreased by fully and uniformly covering the surface with HA crystals. The corrosion resistance in the saline solution was increased by anodic spark oxidation. In addition, it was slightly increased by a hydrothermal treatment. It is considered that a more stable and thicker titanium oxide layer is formed by anodic oxidation and a hydrothermal treatment.     

Effects of anodizing voltage on the anodized and hydrothermally treated titanium surface

Anodic oxidation is the process of creating a titanium oxide layer with various defects more dense and stable. In this study, a dense, stable and porous oxide layer was formed using anodic spark oxidation on pure titanium surface and hydroxyapatite crystals were formed on its surface via a hydrothermal treatment. A mixture of 0.02M−GP (Glycerolphosphate disodium salt) and 0.2M-CA (Calcium acetate) was used as an electrolyte. By increasing the anodizing voltage to 220, 260, 300, and 360 V, the effects of the anodizing voltage were examined by evaluating the film properties after anodization and a hydrothermal treatment. Breakdown occurred around 230 V. As the voltage increased after breakdown, the pore size increased. After the hydrothermal treatment, the amount of HA crystal precipitation was also increased as the voltage increased. The mean surface roughness (Ra) of the anodizing surface was also increased as the voltage increased. The Ra value was larger in the hydrothermally treated group compared with the group treated with anodization as a result of the HA crystals present on the surface after the hydrothermal treatment. Corrosion resistance of the surface modified by anodization was significantly increased in a saline solution compared to that for the non-treated group; this increased further after the hydrothermal treatment. These increases were most likely due to a thick stable oxide layer formed through anodization. Thus, it is believed that titanium with its surface modified through anodic spark oxidation would be a suitable biomaterial due to its corrosion resistance and biocompatibility.     

纯钛表面微弧氧化羟基磷灰石膜的制备

应用微弧氧化技术在纯钛表面制备了含羟基磷灰石的氧化物膜。在氧化过程中,将钛试件放入含磷酸二氢钠(NaH2PO4.H2O)和乙酸钙((CH3COO)2Ca.H2O)的电解液中,用双脉冲交流电源处理。用扫描电镜(SEM)观察试件的表面形貌,用普通光学显微镜(OM)观察试件的截面形貌,用X射线衍射(XRD)分析其显微结构。结果表明,微弧氧化处理后,纯钛表面生成了内层致密外层多孔的氧化膜。     

Characterization of the surface layers formed on titanium by plasma electrolytic oxidation

This paper is concerned with the surface modification of titanium by the PEO method (plasma electrolytic oxidation) in the solutions which contain Ca, P, Si and Na. The chemical composition of the thus formed surface layers was examined by XPS and EDS. The morphology of the surface was observed by SEM. The phase composition was determined by X-ray diffraction (XRD). The adhesive strength of the oxide layers was evaluated by the scratch-test. The corrosion resistance was determined in a simulated body fluid (SBF) at a temperature of 37 °C by electrochemical methods for various exposure times.The oxide layers obtained were porous and enriched with Ca, P, Si and Na and their properties depended on the electrolyte solution and the parameters of the oxidation process. The results of the electrochemical examinations show that the surface modification by PEO does not worsen the corrosion resistance of titanium after a 13 h exposure in SBF. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results indicate that the surface layers have a complex structure and that their electric properties undergo changes during long-term exposures in SBF.     

等离子合金化/热氧化复合技术制备光催化N掺杂TiO2薄膜

目的 提高316 L不锈钢表面的光催化和亲水性能.方法 通过等离子表面合金化技术在316 L不锈钢表面制备结合良好的TiN薄膜,然后对TiN薄膜进行热氧化,得到N掺杂TiO2薄膜.利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜及紫外-可见分光光度仪对制备的N掺杂TiO2薄膜进行表征,并通过光催化实验和亲水性实验考察其光催化性能和亲水性.结果 经过空气中450℃氧化处理2 h的薄膜中存在锐钛矿晶型的TiO2,样品中的N元素取代了部分O.未掺杂TiO2和N掺杂TiO2的带隙宽度分别为3.25、3.08 eV.经热氧化处理后,薄膜表面致密,无裂纹和微孔,均匀分布着尺寸相近的微小凸起物.经可见光照射150 min后,N掺杂TiO2薄膜对亚甲基蓝溶液的最终降解率为20%.此外,N掺杂TiO2薄膜具有较高的亲水性,可见光照射下,30min内接触角降为8.5°.结论 N掺杂TiO2薄膜能有效提高316 L不锈钢表面的光催化和亲水性能.     

退火温度及TiO_2结构对羟基磷灰石的沉积诱导作用

采用阳极氧化法在钛金属表面制备TiO2薄膜,将表面改性的钛金属在过饱和钙化溶液中浸泡,在其表面沉积羟基磷灰石,研究了退火处理温度对TiO2薄膜晶型转变的影响以及TiO2的晶型结构对羟基磷灰石的诱导沉积作用。研究表明,300℃退火处理,TiO2薄膜为板钛矿相,500℃退火处理转变为锐钛矿相,高于500℃退火处理,锐钛矿相开始向金红石相转变。其中锐钛矿相的TiO2对羟基磷灰石的沉积具有最好诱导作用,沉积物分布均匀,板钛矿相对羟基磷灰石的诱导作用最差,所形成的沉积层是由片状的羟基磷灰石围成的多孔结构。     

纯钛表面渗Mo改性层在模拟人工体液中的腐蚀行为研究

为了提高纯钛表面的耐磨性,并检测改性层在模拟人工体液中的耐蚀性能,利用等离子表面合金化技术在纯钛表面渗Mo,对改性层的组织、成分进行测试,并对其在模拟人工体液中的耐蚀性进行了研究.结果表明:表面改性层由渗层及扩散层组成,改性后的钛材不但表面硬度显著提高,在模拟人工体液中的耐蚀性也得到改善.