表面处理的NiTi合金特性

英国诺丁汉大学的Armitage等探讨了不同表面处理技术对NiTi合金表面化学成分及形貌的影响。     

医用NiTi合金表面改性技术研究进展

近等原子比的NiTi合金以其独有的形状记忆效应和超弹性在医疗领域具有广泛的应用,但近年来研究表明,镍离子会使人体发生中毒反应,甚至致癌,这一因素制约了它在生物医用材料领域的使用。为了抑制镍离子的释放,通过对NiTi合金表面改性,制备一层氧化膜,可有效提高使用的安全性。文章全面阐述了近几年来NiTi合金表面改性的研究进展,提出了对多孔医用NiTi合金表面TiO2改性的发展前景。     

材料表面微纳形貌对血管细胞行为影响的研究综述

镁合金具有良好的生物相容性、优良的力学性能以及可完全降解的特点,是制备血管支架的理想材料。然而在支架植入初期,支架表面平滑肌细胞增殖速率超过内皮细胞增殖速率,导致支架内再狭窄的发生。近年来,在材料表面构筑微纳尺度形貌,通过调控血管内皮细胞和平滑肌细胞行为,实现支架表面快速内皮化成为一种新的研究思路。从基底材料、形貌特征、制备工艺、细胞种类以及实验结果等方面,系统地总结了近年来关于材料表面微纳形貌对血管细胞行为的影响。因为目前镁合金表面微纳形貌对血管细胞行为影响的报道尚少,从镁合金种类、形貌制备工艺、形貌特征以及形貌功能等方面详细整理了不同研究领域,在镁合金表面制备微纳形貌的相关研究。与此同时,分析了在镁基血管支架表面制备微纳尺度形貌用于实现支架表面快速内皮化研究所面临的挑战,并介绍了本课题组相关研究工作进展。     

医用多孔NiTi合金的制备及表面改性研究进展

综述了医用多孔NiTi合金的粉末冶金制备方法及其表面改性研究进展,对各种方法可能出现的问题进行分析,并对医用多孔NiTi合金的制备及表面改性前景进行了展望。     

超声场下磷化时间对NiTi合金表面磷化膜形貌及性能的影响

目的通过表面改性处理来减小镍离子溢出对人体产生的危害,同时提高其力学及生物性能。方法采用超声磷化技术在镍钛合金表面制备磷化膜,研究磷化时间对NiTi合金表面磷化膜形貌及性能的影响,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、摩擦磨损仪及电化学工作站等仪器对表层的形貌、结构、成分、耐腐蚀性、耐磨性、生物活性进行表征。结果超声磷化最优磷化时间为1 h,生成的磷化膜均匀、致密、完整,呈细小短棒状,其厚度约为17.5μm,自腐蚀电位由基材的-0.72 V提高到-0.3229 V,自腐蚀电流密度下降了2个数量级,摩擦系数稳定在0.12左右,相比于基材的0.50,降低了很多。磷化膜浸泡在SBF中30天后,成功吸附了细小、均匀、致密的类羟基磷灰石。结论超声磷化处理能明显改善镍钛合金的耐蚀性能、耐磨性能以及生物性能。     

电刷镀工艺对 Ni-Mo 合金镀层表面形貌与硬度的影响

目的优化电刷镀制备Ni-Mo合金镀层工艺,并分析对镀层表面形貌和硬度的影响。方法改变电极相对速度和工作电压,获得不同电刷镀条件下的Ni-Mo合金镀层。采用金相显微镜观察镀层的表面形貌,采用显微硬度计测试镀层的显微硬度。结果最佳工艺为:工作电压14 V,电极相对速度11.3m/min。镀层光亮致密,显微硬度达到503.90HV。结论适当提高电极相对运动速度、工作电压,能有效改进Ni-Mo合金镀层的沉积速度、表面形貌及显微硬度。     

热处理对NiTi合金耐点蚀性能的影响

NiTi合金是目前应用最广的形状记忆合金,在富Ni的NiTi合金中,NiTi的机械性能受相变温度的影响,且与基体中Ni的含量有关。热处理对NiTi耐点蚀行为的影响没有被系统地研究过,香港科技大学应用物理系研究组对此进行了研究。从2mm厚的NiTi板(含Ni50.8%)切取13mm×13mm的样品,用砂纸     

升温速率对Micro-FAST制备NiTi合金的影响

采用多物理场活化烧结微成形技术(Micro-FAST),低温(850℃)、短时间内(约8 min)成功制备了Φ4 mm×4 mm的Ni Ti微型圆柱,并研究了升温速率对制备Ni Ti合金致密度的影响。结果表明,试样在快速升温阶段发生最大的收缩量,直接影响了试样的烧结质量。在升温速率为25~125℃/s的范围内,随着升温速率的提高,Ni Ti合金的相对密度降低。升温速率越大(电流越大),大电流促进原子扩散,形成富Ni区,利于Ni Ti_2和Ni_3Ti相的形成,并加剧Kirkendall效应,生成更多孔隙;试样在电流作用下产生局部高温,促使局部液相生成,融化周围粉末生成孔隙。     

渗硼对60NiTi合金表面组织与性能的影响

60NiTi合金具有高硬度、低弹性模量、耐腐蚀等优点,被认为是极具应用潜力的新型航空航天轴承材料。为了进一步提升60NiTi合金的耐磨特性,本文利用固相渗硼技术对其进行了表面改性处理,研究了改性层的显微结构特征及其相结构的热力学形成机理,分析了表面改性对合金力学与摩擦学性能的影响规律。结果表明,60NiTi经1000℃-5h渗硼处理后形成了TiB₂/NiTi₂+TiB₂/Ni₃Ti的梯度涂层结构,整体厚度约20μm。渗硼后样品的表面硬度从420HV0.2提升至2600HV0.2,20N外加载荷作用下的平均摩擦系数和磨损率分别降低了约39%和92%。由于摩擦热的作用,渗硼样品表面会生成具有润滑作用的氧化硼相,因此呈现出良好的减摩耐磨特性。     

NiTi形状记忆合金的生物相容性及其表面生物活性化

NiTi合金具有优异的综合性能 ,是一种很有发展前景的医用金属生物材料。表面生物活性化能够进一步改善NiTi合金的表面状态 ,提高其生物相容性。本文对NiTi合金生物相容性、表面生物活性化的工艺进行了综合评述 ,并对表面生物活性化的发展方向进行了探讨     

TC4钛合金在Na_3PO_4-KF-HF溶液体系中转化膜的制备及其性能研究

采用Na3PO4-KF-HF溶液对TC4钛合金进行表面转化膜处理,结果表明,50g/L磷酸三钠、20g/L氟化钾及2.5%氢氟酸组成的溶液体系能够使钛合金表面有效黑化。研究了酸洗对Na3PO4-KF-HF溶液体系TC4钛合金表面转化膜处理成膜增重的影响,结果表明,25℃下反应6min时成膜效果最好;对成膜前后的涂层附着力进行比对结果表明,经过磷酸盐-氟化物混合溶液处理的样品表面涂层不脱落,附着力得到了显著提升;并采用SEM、EDS、XRD对转化膜表面形貌和组成进行了分析。     

激光选区熔化成形TC4钛合金表面粘粉及残余应力研究

采用激光选区熔化成形技术制备了TC4钛合金试样,检测分析了试样的表面粘粉现象及表面残余应力分布状态。在保证熔池充分熔化的前提下,减少熔池热输入可有效缓解成形件表面的粘粉现象。成形件沿生长方向存在较大的拉伸残余应力,易导致层间剥离,应通过后续热处理减小残余应力累积。     

表面处理对不锈钢夹层结构板胶接强度的影响

使用环氧树脂结构胶粘剂,通过未表面处理和5种不同的表面处理工艺的对比试验,研究了不锈钢表面处理方法对不锈钢/铝蜂窝夹层结构板胶接强度的影响.结果表明,盐酸-甲醛法、硫酸-重铬酸钾法和盐酸-氢氟酸法均具有较高的胶接强度,胶接界面剥离后为内聚破坏;若配合适当的表面机械粗化,胶接强度将进一步提高;考虑到盐酸-甲醛法表面处理的环境协调性较好,建议实际生产采用该方法.     

基板表面特性对彩涂板涂层附着力的影响

涂层附着力是评价彩色涂层钢板质量好坏的一个重要技术指标。根据现场生产实绩统计,确定了涂层附着性劣化与基板类别和来源的关系,采用电化学电位测试和辉光光谱仪(GDS)表面成分分析对彩涂基板的表面特性进行了分析,研究基板表面特征对彩涂板涂层附着力的影响。结果表明,彩涂基板的表面电化学活性对彩涂板的涂层附着力有明显影响,而基板的表面电化学活性则与表面特定合金元素铝的富集相关。     

镍钛合金的高级氧化法表面改性及其血液相容性研究

通过高级氧化法对NiTi形状记忆合金进行表面改性，SEM和TF—XRD分析证实，羟自由基（·OH）氧化后的NiTi形状记忆合金表面生成了金红石和锐钛矿结构的二氧化钛薄膜。通过测定动态凝血时间、溶血率和研究血小板黏附行为等方法进行了血液相容性评估。结果表明，经高级氧化法表面改性后的NiTi形状记忆合金血液相容性获得了明显的改善。     

Cr离子注入镍钛合金的表面组织结构

针对镍钛合金(NiTi)进行3种不同浓度Cr离子注入,采用扫描电子显微镜、三维白光形貌干涉仪、小角度掠射X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪分析了离子注入前后镍钛合金表面形貌、粗糙度、组织结构及化合态。结果表明,随着注入Cr离子浓度的增大,镍钛合金表面更加平整,粗糙度变小。所有注入试样表面形成了近60nm厚的注入膜层,主要成分为三氧化二铬和铬碳化合物,并且随Cr离子注入剂量的增加,三氧化二铬和铬碳化合物的含量增加。     

表面微结构对冰粘附强度的影响

目的研究试片表面粗糙度及分形维数对冰粘附强度的影响。方法通过对裸铝表面进行化学刻蚀及氟硅烷修饰,制备不同表面试片,测试试片表面的粗糙度和分形维数,应用冰粘附强度实验装置测试不同试片表面的冰粘附强度。结果粗糙度(x)与粘附强度(y)的关联式为:y=1.0966x+51.816(亲水表面),y=-0.67x+74.98(疏水表面)。分形维数(z)与粘附强度(y)的关联式为:y=-146.6z+493.5(亲水表面),y=95.45z-209.9(疏水表面)。结论亲水表面试片冰粘附强度随粗糙度的增加而增加,随分形维数的增加而减小,疏水表面试片的变化趋势则相反。冰粘附强度与粗糙度及分形维数之间存在较强的线性关系。表面粗糙度相同的试片经氟硅烷修饰后,冰粘附强度降低,且表面粗糙度越大,冰粘附强度下降越多。     

激光表面重熔NiTi形状记忆合金组织及腐蚀性能

采用2kWNd：YAG激光器对NiTi合金进行表面重熔处理，利用扫描电镜、X射线衍射、X光电子能谱分析重熔层成分和组织结构，利用电化学测试研究重熔层耐腐蚀性能。结果表明：NiTi合金经过激光重熔处理后，可得到致密的重熔层；根据激光处理参数的不同，在重熔层中会出现TiNi、TiNi3等新相，重熔层表面Ti／Ni及Ti^4 /Ti比显著提高；电化学极化曲线表明激光重熔后NiTi合金的耐蚀性得到了显著改善。     

钛合金表面纳米化对成骨细胞生物学行为的影响

采用表面机械研磨(SMAT)方法对Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn(TLM)钛合金进行处理,并将处理前后的钛合金样品表面机械抛光成镜面,制备出Un SMATed及SMATed两组样品。XRD、OM、TEM、AFM及接触角试验结果显示,两组样品表面具有相同的物相组成、相近的拓扑结构及粗糙度,最表层的晶粒尺度分别为(82±9)μm及(48±7)nm,且晶粒细化后的SMATed样品表面具有更好的亲水性;体外试验结果显示,SMATed样品的纳米晶表面能从血清中吸附更高的蛋白量,从而促进其上成骨细胞的黏附、增殖与分化。结果表明,SMAT诱发的表层晶粒细化改善了TLM钛合金表面的细胞生长环境,从而有望应用于新型医用硬组织替代材料的开发。     

Surface Characterization of Laser Surface Melted NiTi Shape Memory Alloy in Hanks'''' Solution

LASER processing is a relative new surfaceengineering technique for improving the surfaceperformance of metal materials.Both themicrostructure and the distribution of elements in therapidly resolidified surface layer resulted from lasersurface melting(LSM)can be greatly modified.Manycommercially used biomaterials such as Ti-6Al-4V,austenitic stainless steel and titanium were processedby laser,which consequently resulted in improvedcorrosion resistance and biocompatibility.Our previousstudy…