纯钛表面载银微弧氧化陶瓷膜的制备及性能

将微弧氧化和水热处理相结合,在纯钛表面制备载银微弧氧化陶瓷膜,改善其润湿性及耐蚀性,并赋予抗菌性。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对微弧氧化陶瓷膜层进行表征,通过接触角测试评价膜层亲水性,采用电化学测试对膜层耐蚀性进行评价,抗菌性实验分析膜层抗菌性。结果表明:载银微弧氧化陶瓷膜的表面形貌仍为火山多孔结构,纳米级Ag颗粒均匀分布在微孔周围。载银微弧氧化陶瓷膜的表面主要为TiO_2和纳米Ag颗粒。载银微弧氧化陶瓷膜的亲水性比纯钛的亲水性高77.0%,比微弧氧化陶瓷膜的高68.2%。与纯钛相比,载银微弧氧化陶瓷膜的自腐蚀电位提高了0.44 V,与微弧氧化相比增加了0.31 V。微弧氧化陶瓷膜的抗菌率为32.2%,载银微弧氧化陶瓷膜的抗菌率大于99.9%。     

纯钛表面载银微弧氧化陶瓷膜的制备及性能EI北大核心CSCD

将微弧氧化和水热处理相结合,在纯钛表面制备载银微弧氧化陶瓷膜,改善其润湿性及耐蚀性,并赋予抗菌性。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对微弧氧化陶瓷膜层进行表征,通过接触角测试评价膜层亲水性,采用电化学测试对膜层耐蚀性进行评价,抗菌性实验分析膜层抗菌性。结果表明:载银微弧氧化陶瓷膜的表面形貌仍为火山多孔结构,纳米级Ag颗粒均匀分布在微孔周围。载银微弧氧化陶瓷膜的表面主要为TiO2和纳米Ag颗粒。载银微弧氧化陶瓷膜的亲水性比纯钛的亲水性高77.0%,比微弧氧化陶瓷膜的高68.2%。与纯钛相比,载银微弧氧化陶瓷膜的自腐蚀电位提高了0.44 V,与微弧氧化相比增加了0.31 V。微弧氧化陶瓷膜的抗菌率为32.2%,载银微弧氧化陶瓷膜的抗菌率大于99.9%。     

表面预氧化镍钛丝微弧氧化涂层的研究

通过微弧氧化法(MAO)在表面预氧化镍钛(NiTi)丝(直径(0)0.5mm)表面制备含Ca、P的均匀微孔涂层,对不同处理时间形成的涂层进行扫描电镜(SEM)形貌观察和电子探针(EPMA)成分分析,并探查了涂层的血液相容性.实验结果表明,表面预氧化的NiTi丝在微弧氧化处理时,随微弧氧化时间的延长,氧化层中Ti/Ni提高,Ca、P含量也提高.微弧氧化20s时,涂层质量较好,微孔均匀分布,微孔孔径1μm左右,表面没有裂纹,而且此时涂层有较好的生物相容性.     

纯钛微弧氧化膜的性能评价

采用微弧氧化-碱热处理复合的方法,在纯钛表面制备出较大表面积且成分单一的TiO2陶瓷膜,并在模拟体液中对膜层的生物活性予以评价。结果表明,纯钛微弧氧化膜层主要由锐钛矿型的TiO2构成,其表面孔径均匀,孔隙率达到12%;经碱热处理后,与模拟体液和去离子水的润湿角实验证明膜层具有较好的亲水性;碱热处理后的膜层置于模拟体液中培养14d后,膜层表面被生长出的类骨磷灰石完全覆盖,证明其具有良好的生物活性,且生长出的缺钙型磷灰石与人体自然骨成分相似。     

微弧氧化处理对钛铌合金力学及摩擦磨损性能的影响

采用微弧氧化的方法于磷酸盐电解液中在二元β型TiNbx(x=5,10,15,20,25)合金表面制备了微弧氧化涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征各合金表面微弧氧化涂层的物相组成和微观形貌。采用纳米压痕仪、球-盘摩擦磨损实验仪分析了微弧氧化处理对钛铌合金力学性能、耐磨性的影响。结果表明,通过微弧氧化处理可以有效的在各基体表面制备出氧化涂层,表面微孔数目及大小无明显差别,拥有相似的致密度,氧化涂层主要由TiO₂相组成。随着基体Nb含量的增加,各基体表面微弧氧化涂层的硬度值与弹性模量表现出相同的变化趋势,Ti-15Nb合金表面微弧氧化涂层的硬度值和弹性模量值最大。经过微弧氧化处理后,Ti-5Nb和Ti-15Nb表面摩擦系数与基体相近,并无减摩效果;Ti-10Nb、Ti-20Nb和Ti-25Nb表面摩擦系数下降了55%以上,主要磨损机制由磨粒磨损变为粘着磨损,改善了合金的耐磨性能。     

微弧氧化时间对铝合金陶瓷涂层结构和耐磨性的影响

铝合金微弧氧化陶瓷涂层结构致密,与基体结合牢固,具有良好的耐磨、耐蚀和电绝缘性能,应用前景广阔.采用微弧氧化工艺在6063铝合金表面沉积了Al2O3陶瓷涂层,考察了不同微弧氧化时间对涂层的微观结构、显微硬度、结合力及摩擦磨损性能的影响.结果表明:在电流密度一定的条件下,处理时间对涂层组织结构和性能有着较大的影响,随着微弧氧化时间的延长,涂层中α-Al2O3与γ-Al2O3相的衍射峰明显增强,制备的涂层表面更加致密,孔隙减少,同时所制备的涂层具有高的显微硬度(平均1180 HV)和好的抗耐磨性能,涂层与基体间的临界载荷约为85N,即涂层与基体间有强的结合力.     

前处理工艺对钛基PbO_2电极性能的影响

为了得到寿命长、性能好的钛基Pb O_2电极,采用不同的酸(盐酸、硫酸和草酸)在不同温度下酸蚀钛基材,之后在基材表面电镀Pb O_2。通过表面形貌分析了酸种类以及酸蚀温度(80℃)对钛基材表面性能的影响,采用热震和加速寿命试验测试Pb O_2镀层与基体之间的结合力,并对钛基Pb O_2电极的电化学性能进行了分析,研究了基材前处理酸蚀对钛基Pb O_2电极性能的影响。结果表明,20%(质量分数)HCl在90℃的条件下酸蚀2 h的钛基体与Pb O_2镀层结合力最好,且电极电化学性能最优。     

TC4钛合金不同表面预处理对化学镀Ni-P合金性能的影响

为了进一步弄清钛材表面不同预处理工艺对其后化学镀Ni-P合金层性能的影响,应用预浸镀镍、磷化、氟化物-磷酸盐化学转化及微弧氧化方法对TC4钛合金(Ti-6Al-4V)表面进行了预处理。采用综合测试及电化学测试技术,研究了TC4钛合金不同表面预处理对Ni-P合金化学镀层沉积速度、结合力、耐磨性及耐蚀性的影响。结果表明:TC4钛合金表面预浸镀镍和微弧氧化后,Ni-P合金化学镀层沉积速度较快,且与基体结合更好,至少能承受40 N载荷,但其表面的平整度比磷化和氟化物-磷酸盐化学转化后的差;预浸镀镍后的表面Ni-P合金镀层的耐蚀性最好,微弧氧化膜表面的Ni-P合金镀层耐磨性最好,摩擦系数减小至0.12;微弧氧化膜提高了基体表面的化学活性,同时增强了对Ni-P合金化学镀层具有类似"抛锚作用"的机械力,增强了其与基体的结合力。     

微弧氧化和碱处理对钛的细胞粘附和骨植入行为的影响研究

考察了微弧氧化处理和碱处理对钛表面形貌、涂层成分、羟基磷灰石沉积能力、细胞黏附、骨内植入的影响。结果表明,微弧氧化和碱复合处理后的钛表面TiO2薄膜呈现大量裂缝,表现出表面含大量OH-极性基团的纳米多孔网状结构,此微观结构和组成使材料诱导羟基磷灰石生成能力显著,利于成骨细胞黏附及繁殖,无细胞毒性,细胞兼容性好。通过植入兔股骨4和12周体内动物实验组织学切片表明,材料无毒、无刺激性,与周围组织间有良好的组织相容性,该材料植入动物骨环境中可刺激成骨,具有骨传导作用。相比下,微弧氧化和碱复合处理样品的生物相容性较为优异。     

纯钛材微弧氧化电参数对陶瓷层组织结构的影响

以往就纯钛材表面微弧氧化陶瓷层表面积对提供羟基磷灰石生长条件的研究不多,为此,在Na2HPO4电解液中,采用微弧氧化法在纯钛材表面制得多孔结构的二氧化钛陶瓷层.研究了正向电压、频率对微弧氧化陶瓷层组织结构的影响.结果表明,随正向电压升高,膜厚增加,孔径增大,表面变得粗糙;随频率的增加,膜层表面变得光滑,孔径减小,膜厚减...     

镁合金预处理对其表面有机涂层耐蚀性的影响

镁合金压铸件上涂覆有机涂层后的耐蚀性能与其涂装前的表面处理状态有着密切关系.采用中性盐雾试验和盐水浸渍法对经喷砂、打磨、无铬化学转化、微弧氧化4种不同表面预处理后的丙烯酸树脂涂层进行了耐蚀性测试.结果表明:采用合适的预处理能显著提高涂层的耐蚀性能,其中微弧氧化涂层耐蚀性最佳,在盐雾和盐水浸渍试验中失效时间分别达96 h和168 h;预处理后基材表面光滑的涂层失效形式以起泡为主,而具有微孔或粗糙表面的涂层则以点蚀为主.     

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.     

钛表面铜离子注入对细菌和细胞行为的影响

医用钛及其合金被广泛用作骨组织替换材料,但缺乏抗菌性,易导致细菌感染。铜具有良好的抗菌性能,将其引入到钛表面,可改善医用钛的抗菌性能;然而铜含量过高对细胞具有毒性。因此,需要调节铜的含量,实现铜的抗菌性能和细胞相容性之间的平衡。本研究采用等离子体浸没离子注入技术对医用钛进行表面改性,获得表面含铜量不同的样品,并研究改性钛表面对细菌和细胞行为的影响。结果表明,钛表面含铜量较低的样品能够促进大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的增殖,但对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌没有抑制能力;随着离子注入时间的延长,钛表面含铜量较高的样品抗菌能力显著提高,同时也未产生明显细胞毒性。因此,通过控制钛表面的铜含量,可以获得兼具良好抗菌性能和生物相容性的钛植入材料。     

输尿管支架表面化学接枝镀铜涂层及其性能

采用聚多巴胺接枝化学镀铜方法在316L不锈钢表面制备载铜聚多巴胺涂层,使用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、电感耦合等离子体质谱仪等手段表征其表面形貌、成分和铜离子释放量并将其与细菌和细胞共培养,研究了涂层的抗感染、抗结石性能和生物相容性。结果表明,载铜涂层的厚度为27 nm,分布均匀,其中的铜以Cu、CuO和Cu₂O的形式存在。将涂层在人工尿液中浸泡14 d,铜离子每天的释放量接近。将涂层分别与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养24 h后,抗菌率为96.2%和95.9%。在金黄色葡萄球菌悬液中浸泡30 d后在涂层表面沉积的钙离子和镁离子含量分别为48.7 mg/L和235.3 mg/L,明显低于对照组。细胞增殖实验的结果表明,这种涂层无细胞毒性。     

磁控溅射纳米银含量对钛种植体抗菌性的影响

纯钛因具有优良的生物相容性，被广泛应用于口腔种植相关领域，但其本身并不具备抗菌性能，为改善钛种植体表面的抗菌性，采用磁控溅射法在钛种植体表面制备Ti-Ag纳米复合涂层，研究了涂层中纳米Ag含量对具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum, Fn)抗菌性能的影响。分析了样品的表面形貌、粗糙度和水接触角；对Ag⁺释放进行了检测；采用CCK-8法检测材料的细胞毒性；将各组样品与具核梭杆菌共培养，检测材料的抗菌性能。结果表明，载Ag复合涂层成功沉积在Ti片表面，并且随着纳米Ag含量的增加，样品的表面粗糙度和水接触角均增大。该Ti-Ag纳米复合涂层对小鼠L929细胞未表现出细胞毒性，符合生物安全标准。抗菌实验结果表明，随着纳米Ag含量的增加，Ag⁺释放量增加，涂层的抗菌效果也增强。可见，Ti-Ag纳米复合涂层可有效抑制Fn的生长，有望提高钛种植体的抗菌性能，为其临床运用奠定了实验基础。     

高能喷丸预处理对钛表面组织及生物活性微弧氧化层的影响

为了提高钛表面的生物活性,利用微弧氧化工艺分别在普通粗晶钛和表面高能喷丸细晶钛上制备了多孔TiO2氧化层。经光镜和透射电镜观察,喷丸钛表面形成厚度40μm,直径100～200nm的等轴晶结构层。利用扫描电镜(带能谱分析)和X射线衍射仪对氧化层表面形貌、成分和相组成进行分析。结果表明,高能喷丸钛的表面生成的氧化层中含有α-Ca3(PO4)2相且钙磷百分含量提高。在粗糙的高能喷丸钛表面,微弧氧化速度在不同位置有所不同,氧化层与基体形成微机械咬合,基层结合力提高。     

纯钛微弧氧化阳极工艺过程模型的建立及实验研究

对纯钛微弧氧化陶瓷膜在工艺过程中的生长规律进行了实验研究,分析了陶瓷层表面形貌、厚度、相结构等不同生长阶段的特点。基于微弧氧化工艺过程阳极等效电路,建立了电极电压、电流密度、频率、占空比、时间等工艺参数对陶瓷膜性能影响的理论模型。模型分析结果表明:在陶瓷层成膜后,随着膜层厚度的增加,金红石相TiO2相对含量增加;膜层厚度不变时,工艺过程趋于停止。模型分析与实验结果是吻合的,为提高陶瓷膜层性能并改善微弧氧化工艺提供了理论基础。     

钛表面等离子体氧化及其对细胞粘附增殖的影响

采用真空射频辉光放电技术对喷砂酸蚀工艺处理后的钛表面进行了等离子体氧化处理,利用扫描电子显微镜、接触角测量仪及X射线光电子能谱仪研究了氧化膜对钛表面形貌和亲水性的影响以及其化学组成和价键状态;同时通过体外细胞培养研究了钛表面等离子体氧化膜对细胞粘附增殖的影响。结果表明:等离子体氧化处理保留了钛表面喷砂酸蚀形成的微观孔洞结构,获得了平均接触角低于10°的超亲水性表面;钛表面出现Ti 4+、Ti 3+和Ti 2+离子,其中主要以Ti 4+存在;相比未氧化的钛表面,氧化后的钛表面对成骨细胞的粘附增殖有更显著的促进作用,这表明钛表面等离子体氧化膜具有很好的润湿性,利于细胞的粘附增殖。     

SiC粉体化学镀铜前的铁盐活化工艺

为了实现Si C粉体化学镀前的无钯活化,采用铁盐的乙醇溶液对Si C粉体进行活化,通过单因素试验研究了活化液中铁盐含量、硼氢化钠的含量、活化温度和p H值等对Si C粉体表面铜沉积量的影响。采用扫描电镜(SEM)对Si C粉体包覆前后的表观形貌进行了观察,通过X射线衍射仪(XRD)获得了包覆前后Si C粉体的组成,并对活化粉体化学镀铜后镀层的结合力进行测试。结果表明:经过铁盐活化后Si C表面吸附上了铁微粒,化学镀处理后在其表面沉积了一层铜,其结合力符合要求;最佳活化工艺条件为5.0 g/L硝酸铁,3.0 g/L硼氢化钠,p H值12.5,温度20℃。     

《钛及钛合金表面处理技术和应用》出版发行

该书由屠振密教授主编,得到了国家科技学术著作出版基金和国防科技出版基金的资助,已于2010年11月出版。该书主要对钛及钛合金电化学表面处理技术的原理、工艺、膜层特性和应用等进行了全面论述,内容包括钛及钛合金特性及应用、表面处理前准备、化学氧化、阳极氧化、微弧氧化、化学镀、电