镍钛合金的溶胶-凝胶法多孔TiO2薄膜表面改性（英文）

在经过 NaOH-HCl 预处理的镍钛合金基体上,采用溶胶-凝胶法制备纳米多孔 TiO2薄膜;当涂覆一层致密内膜和一层多孔外膜时,可得到无裂纹的薄膜(试样 TC1+1)。X 射线衍射表明,TiO2薄膜由锐钛矿组成,在热处理的基体中还检测到少量的 Ni4Ti3相。X 射线光电子谱分析表明,试样 TC1+1 的 TiO2薄膜完全覆盖了镍钛合金基体。试样 TC1+1 的表面亲水,接触角约为 20°,紫外光照处理 15 min 后接触角降低到(9.2±3.2)°。在 0.9% NaCl溶液中的动电位极化实验表明,试样 TC1+1 的耐蚀性高于抛光的镍钛合金试样的。     

镍钛合金的溶胶-凝胶法多孔TiO_2薄膜表面改性(英文)

在经过 NaOH-HCl 预处理的镍钛合金基体上,采用溶胶-凝胶法制备纳米多孔 TiO2薄膜;当涂覆一层致密内膜和一层多孔外膜时,可得到无裂纹的薄膜(试样 TC1+1)。X 射线衍射表明,TiO2薄膜由锐钛矿组成,在热处理的基体中还检测到少量的 Ni4Ti3相。X 射线光电子谱分析表明,试样 TC1+1 的 TiO2薄膜完全覆盖了镍钛合金基体。试样 TC1+1 的表面亲水,接触角约为 20°,紫外光照处理 15 min 后接触角降低到(9.2±3.2)°。在 0.9% NaCl溶液中的动电位极化实验表明,试样 TC1+1 的耐蚀性高于抛光的镍钛合金试样的。     

采用水热方法在镍钛合金表面一步合成TiO2-羟基磷灰石纳米薄膜

采用高浓度的CaHPO4和Ca(H2PO4)2溶液对镍钛合金进行一步水热处理,以进行生物活性表面改性。经过处理的试样表面覆盖的薄膜由细晶粒(~70 nm)和大颗粒(100-250 nm)组成。X射线光电子能谱分析表明试样表面的钛以TiO2形式存在,检测不到镍,钙磷元素以磷酸钙存在。处理试样检测到锐钛矿TiO2和羟基磷灰石的X射线衍射峰。在无钙Hank’s平衡盐液中的动电位极化实验表明,处理试样的耐蚀性比抛光试样大大提高。本文提供的一步法生物活性表面改性方法易于操作,处理温度低,腐蚀性低,可用于生物医用多孔镍钛合金的表面改性。     

采用水热方法在镍钛合金表面一步合成TiO_2-羟基磷灰石纳米薄膜（英文）

采用高浓度的CaHPO_4和Ca(H_2PO_4)_2溶液对镍钛合金进行一步水热处理,以进行生物活性表面改性。经过处理的试样表面覆盖的薄膜由小晶粒(约70 nm)和大颗粒(100~250 nm)组成。X射线光电子能谱分析表明试样表面的钛以TiO_2形式存在,检测不到镍,钙磷元素以磷酸钙存在。处理试样检测到锐钛矿TiO_2和羟基磷灰石的X射线衍射峰。在无钙Hank’s平衡盐液中的动电位极化实验表明,处理试样的耐蚀性比抛光试样大大提高。本研究提供的一步法生物活性表面改性方法易于操作,处理温度低,腐蚀性弱,可用于生物医用多孔镍钛合金的表面改性。     

生物医用TLM钛合金的水热法表面改性

对Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo合金（TLM钛合金）进行水热处理，温度为100-200℃。X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜和X射线光电子能谱分析表明，TLM钛合金经140-200℃水热处理后，表面形成了由氧化钛和氧化铌纳米颗粒（尺寸80-100nm）组成的、含有较多羟基的薄膜。140℃以上水热处理TLM试样的亲水性和表面能升高，表面能以极化分量为主。在无钙Hank’s平衡盐液中的动电位极化实验表明，水热处理TLM试样的耐蚀性高于抛光试样。水热处理有利于改善TLM钛合金的生物相容性。     

Ti6Al4V合金上TiO_2-CaP纳米薄膜的简易水热合成（英文）

采用高浓度Ca3(PO4)2、CaH PO4和Ca(H2PO4)2溶液对Ti6Al4V合金进行水热处理,以进行生物活性表面改性。经过处理的试样表面覆盖的薄膜由尺寸为60~240 nm的纳米颗粒组成。这种薄膜也能在电子束熔融技术制备的Ti6Al4V支架上生长。X射线光电子能谱分析表明,试样表面钛元素以TiO2形式存在,钙和磷元素以磷酸钙形式存在。X射线衍射和拉曼光谱分析表明,试样表面层由锐钛矿TiO2和羟基磷灰石组成。在无钙Hank’s平衡盐液中的动电位极化实验表明,水热处理试样的耐蚀性比抛光试样的显著提高。本研究提供了易于操作、处理温度低、腐蚀性低的生物活性表面改性方法,此方法可用于生物医用多孔Ti6Al4V合金的表面改性。     

溅射气氛中O2／Ar比及热处理对直流反应磁控溅射法制备玻璃基TiO2薄膜结构与亲水性的影响

在工作气压为0．80Pa的氧氩气混合气氛下，改变氧与氩的流量比(O2／Ar：0．10，0．20，0．30)，在预先镀10nm左右SiO2的普通玻璃基片上用直流(D．C．)磁控溅射法制备了300nm左右的TiO2薄膜试样。离线在500℃、氧气氛下对试样热处理2h。用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射仪(XRD)分别研究了试样热处理前后的表面元素组成、离子状态和物相组成，用接触角分析仪测试了试样在紫外光(UV)照射后的水润湿角。     

低模量钛合金表面水热法制备含银二氧化钛抗菌薄膜

目的提高医用低模量近β型TLM(Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo)钛合金的抗菌性能。方法在200℃条件下,在硝酸银溶液中对TLM合金分别进行12,24 h水热处理,在其表面制备含银Ti O2抗菌薄膜。通过SEM,XRD,XPS等表征薄膜的微观结构及状态。以去离子水水热处理TLM合金作为参照,比较薄膜的亲水性,并采用抑菌圈法研究其抗菌性能。结果 SEM,XRD及XPS分析表明,水热处理后,TLM合金表面形成了Ti O2纳米晶粒组成的薄膜,薄膜中的钛和铌分别以Ti O2和Nb2O5形式存在,银以金属态存在。接触角测试结果表明,水热处理试样表面具有良好的光致亲水性,紫外光照射30 min后,水接触角从108°降低到10°以下。抗菌实验中,水热处理试样在对大肠杆菌和金黄葡萄球菌培养24 h后,产生了明显的抑菌圈,相比之下,对金黄葡萄球菌的抑菌圈较宽。结论硝酸银溶液水热法在医用钛合金表面可以合成含银Ti O2薄膜,具有工艺简便、处理温度低、抗菌效果明显等优点。     

生物医用钛表面热还原银微纳米颗粒研究

目的尝试改进生物医用钛的常用碱热处理表面改性方法,使钛不仅具有生物活性,而且具有抗菌性能。方法将纯钛片磨光和清洗,在60 2.5 mol/L Na O℃H溶液中进行碱液处理后,分别在0.2、1、5、20mmol/L硝酸银溶液中浸渍,然后把未浸渍和浸渍的试样在600℃热处理1 h,采用X射线衍射、扫描电镜和X射线光电子能谱分析膜层的成分和结构,评价试样的抗菌性能和生物活性。结果在浓度≥1 mmol/L硝酸银溶液中浸渍制备的试样,检测到单质银的X射线衍射峰。扫描电镜观察表明,随着硝酸银浓度的升高,银颗粒从约100 nm增加到1.5μm以上;钛酸钠凝胶层和银颗粒具有较好的附着性。X射线光电子能谱分析检测到金属银和少量银化合物。抗菌实验和模拟体液实验表明,随着硝酸银浓度的升高,试样的抗菌活性升高,但生物活性下降。结论碱液-硝酸银溶液浸渍-热处理方法改善了钛的生物活性和抗菌性能,这为钛基硬组织植入体的表面改性提供了一种简便方法。     

钛合金叶尖保护涂层的制备与表征

通过对TC4钛合金基体进行表面活化处理,并采用复合电镀技术,在钛合金基体上制备了结合力良好的Ni-c BN复合镀层。研制的复合镀层能够减少航空发动机钛合金叶片叶尖的摩擦磨损、杜绝"钛火"事故。进行了镀层的高温摩擦磨损试验以及与镍基封严涂层的磨削试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对涂层性能进行表征。结果表明:采用的钛合金基体表面活化处理技术,可保证复合镀层具有良好的结合力;同时,研制的Ni-c BN复合镀层对封严涂层具有良好的磨削能力和较低的摩擦系数,可以有效保护钛合金叶尖。     

In situ synthesis of nanostructured titania film on NiTi shape memory alloy by Fenton＇s oxidation method

Fenton＇s oxidation method was successfully used to synthesize an ideal titania film in situ on NiTi shape memory alloy（SMA） for medical applications. Characterized with scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffractometry, inductively coupled plasma mass spectrometry and electrochemical tests, it is found that the titania film produced by Fenton＇s oxidation method on NiTi SMA is nanostructured and has a Ni-free zone near its top surface, which results in a notable improvement in corrosion resistance and a remarkable decrease in leaching of harmful Ni ions from NiTi SMA in simulated body fluids. The improvement of effectiveness to corrosion resistance and the reduction in Ni release of NiTi SMA by Fenton＇s oxidation method are comparable to those by oxygen plasma immersion ion implantation reported earlier.     

NiTi合金激光熔凝处理及其生物腐蚀性能研究

目的 通过对NiTi合金表面进行激光熔凝处理,从而提高NiTi合金的耐腐蚀性能。方法 利用紫外激光器对NiTi合金进行表面熔凝处理,借助扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)等技术手段,研究了激光熔凝处理前后NiTi合金的表面显微组织、成分和相结构。测试了激光熔凝处理前后NiTi合金表面与模拟体液(SBF)的接触角、熔凝层的显微硬度等表面性能。通过全浸腐蚀试验和电化学测试,研究了熔凝层在SBF溶液中的生物腐蚀性能,并分析了腐蚀机理。结果 NiTi合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了厚度为90~150 μm的熔凝层,熔凝层主要由TiO2、β相以及少量的TiO相组成。合金表面的平均显微硬度提高了153~279HV,合金的表面接触角增大,由亲水性转为疏水性。相较于未处理的样品,熔凝处理后的样品在SBF溶液中的腐蚀电位分别正移了435 mV和413 mV,腐蚀电流密度分别下降了83%、62%左右。熔凝处理后的样品在SBF溶液浸泡168 h后,SBF溶液中的Ni²⁺浓度下降了约1/3。结论 以适当的激光加工参数对NiTi合金进行激光熔凝处理,可在NiTi合金表面形成致密的氧化膜,这层氧化膜和熔凝层可以有效地抑制NiTi合金在SBF溶液中的点腐蚀行为。     

TC4合金表面全方位离子注入Ag的耐摩擦磨损和抗腐蚀性能

为改善TC4合金表面的耐磨性能和抗腐蚀性能,用等离子体浸没离子注入(PIII)技术在合金表面注入不同剂量的金属银.采用XRD、XPS、AES等方法分析改性层的元素浓度分布和化学组成,研究Ag离子注入后试样表面的耐摩擦磨损性能、抗腐蚀性能、纳米硬度和弹性模量.结果表明,表面改性层中主要存在Ag相,同时含有少量的TiAg;处理后注入剂量为1×10~(17) ions/cm~2试样的纳米硬度和弹性模量分别提高62.5%和54.5%;磨损面积减小57.6%;摩擦系数由基体合金的0.78下降到0.2.在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位升高,腐蚀电流密度明显减小,耐蚀性得到了显著改善.     

NiTi合金基TiN薄膜的血液相容性和耐腐蚀性研究

采用电弧离子镀法在NiTi形状记忆合金表面制备了TiN薄膜，利用X射线衍射、扫描电子显微镜和原子力显微镜研究了TiN薄膜的相组成及表面特性；在生物体外，研究比较了镀膜和未镀膜的NiTi合金的血液相容性和耐腐蚀性。结果表明：TiN薄膜提高了NiTi合金的血液相容性，并使Ni离子的释放率约降低了1个数量级，有效地提高了NiTi合金的耐腐蚀性。薄膜越厚性能提高的效果越显著。     

In situ formation of titania film on NiTi alloy treated with hydrogen peroxide solution at low temperature

Chemically polished NiTi shape memory alloy（SMA） substrate was treated with a boiling aqueous solution containing hydrogen peroxide to form titania film in situ at low temperature. The surface characterizations of titania film on NiTi substrate were investigated by scanning electron microscopy, X-ray diffractometry and X-ray photoelectron spectroscopy. The results show that titania film is successfully fabricated in situ on NiTi SMA by this surface oxidation method. It is mainly composed of rutile and anatase, whose surface compositions and morphologies are sensitive to H2O2 content. In situ formation mechanism of titania film on NiTi substrate was discussed based on the experimental results.     

Surface characteristics, nano-indentation and corrosion behavior of Nb implanted NiTi alloy

NiTi shape memory alloy has been modified by Nb implantation with different implantation parameters including incident dose and current. The surface morphology and chemical components are determined by atomic force microscopy (AFM), Auger Electron Spectroscopy (AES) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results show that Nb implantation leads to the formation of compact Nb₂O₅/TiO₂ thin film about 30 nm in thickness on the surface of the NiTi alloy and decreases the surface concentration of Ni. A larger incident dose or incident current causes a higher surface roughness and a higher Nb content in the implantation layer of NiTi alloy. The nano-indentation measurements indicate the obvious reduction of both nano-hardness and Young's modulus of the Nb implanted NiTi alloy in the implantation layer and even in deeper NiTi matrix. The results of potentiodynamic polarization test show that the corrosion resistance of NiTi alloy in Hanks's solution has been evidently improved by Nb implantation. The NiTi alloy with a moderate implantation parameter of 1.5 × 10¹⁷ ions/cm² and 2 mA exhibits the best corrosion resistance ability.     

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。     

Effects of Solution and Aging Treatments on Corrosion Resistance of As-cast 60NiTi Alloy

60NiTi alloy has become a competitive candidate for bearing applications due to its shape memory effect, superelasticity, high strength, hardness, excellent abrasion resistance and corrosion resistance, etc. However, the relationship between its corrosion resistance and heat treatment is not clearly understood. Therefore, we used OM, XRD, SEM and EDS to study the evolution of microstructure in as-cast, solution-treated and aged 60NiTi alloy. Besides, the potentiodynamic polarization and salt spray test were used to compare corrosion resistance of 60NiTi alloy and 316 stainless steel and to study the effect of microstructures on corrosion resistance of 60NiTi alloy. The results show that the corrosion resistance of as-cast 60NiTi alloy is comparable to that of 316 stainless steel, but the corrosion resistance of solution-treated and aged 60NiTi alloys is much superior. The significantly reduced Ni₃Ti phase after the solution and aging treatments is responsible for the remarkable improvement in the corrosion resistance of as-cast 60NiTi alloy.