水热温度和时间对3D打印Ti-6Al-4V植入体表面理化性能的影响

目的 研究在具有微纳米双级结构的3D打印钛合金植入体表面制备聚多巴胺涂层的最佳工艺及参数。方法 对酸蚀和阳极氧化处理后的3D打印Ti-6Al-4V样品进行水热处理,通过水热法将聚多巴胺添加到样品表面,并分析不同水热温度和时间的处理效果。使用扫描电子显微镜、三维共聚焦激光显微镜、X射线光电子能谱仪、接触角测量仪、电化学工作站对各组样品的表面形貌、粗糙度、元素组成、表面润湿性、耐腐蚀性等进行表征。结果 经过酸蚀和阳极氧化处理后,在3D打印钛合金植入体表面成功制备了微纳米双级结构,表面纳米管的管径为80 nm左右,水热处理后各组表面均可以观察到有涂层附着。样品表面元素分析结果表明,各组样品表面的N/C值均与理论值0.125接近,证明水热处理成功在微纳米结构表面添加了聚多巴胺涂层。随着水热处理温度的升高和时间的延长,纳米管的管径逐渐减小,由80 nm减小至40 nm左右。随着反应时间的延长,样品表面粗糙度逐渐降低,各组粗糙度均保持在4~5 μm,且接触角逐渐减小,酸蚀后的表面接触角为52.1°,阳极氧化后,接触角降低至42.9°。经过水热处理,各组接触角均小于35°,表现出较好的亲水性。相比于酸蚀组和阳极氧化组,水热处理后的各组的耐腐蚀性均得到增强。结论 在基本保留原有微纳米双级结构的前提下,37 ℃的反应温度和24 h的反应时间适用于聚多巴胺在钛合金植入体表面的沉积。研究结果为聚多巴胺在钛合金植入体表面自聚合的工艺参数优化提供了参考。