工程材料大作業(yè)-醫(yī)用鎳鈦記憶合金表面復(fù)合涂層處理

《工程材料及其分析技術(shù)》期末大作業(yè)姓名：xxxxxx學(xué)號：xxxxxxxxxxxxx聯(lián)系電話：xxxxxxxxxxxxxxEmai：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx本人導(dǎo)師：xxx授課老師：xxxxxxxxxxxx完成時間：xxxxxxxx醫(yī)用鎳鈦形狀記憶合金的表面改性鎳鈦形狀記憶合金有著獨特的形狀記憶效應(yīng)和優(yōu)異的力學(xué)性能，其強度和硬度高于鈷[1]物，在體液腐蝕作用下，鎳鈦記憶合金釋放的鎳離子對生物體有潛在的生物毒性作用[2-3]，限制了其在醫(yī)學(xué)上的廣泛應(yīng)用。因此對鎳鈦記憶合金進(jìn)行表面處理，以提高其抗腐蝕性和HA[4]HA材料脆HAP[5-6]。1、鎳鈦形狀記憶合金介紹形狀記憶效應(yīng)原始形狀 (b)拉直 (c)加熱后恢復(fù)原圖1鎳鈦合金形狀記憶效應(yīng)演示實驗形狀記憶效應(yīng)是指，在高溫下處理成一定形狀的金屬急冷下來，在低溫相狀態(tài)下經(jīng)塑性變形為另一種形狀，然后加熱到高溫相成為穩(wěn)定狀態(tài)的溫度時，通過馬氏體逆相變恢復(fù)到低溫塑性變形前的形狀的現(xiàn)象。圖1中實驗鮮明的展示了鎳鈦合金的形狀記憶效應(yīng)。圖2鎳鈦合金相變特性圖[7]超彈性性質(zhì)所謂的超彈性是指試樣在外力作用下產(chǎn)生遠(yuǎn)大于其彈性極限應(yīng)變量的應(yīng)變，在卸載時3AB段BBC馬氏體的轉(zhuǎn)變，也產(chǎn)生了一些塑性形變，這種形變的產(chǎn)生是為了適應(yīng)局部生成的馬氏體。BCCCDDEDE段拉力基本保持恒定，EF段為拉力卸載時奧氏體的彈性變形。在F點，產(chǎn)生了很小的殘余塑性形變，這是奧氏體的塑性形變所致。它是在BC段發(fā)生的。它的大小主要受最大應(yīng)變和變形溫度的影響。在BM段，達(dá)到應(yīng)力飽和，這個性質(zhì)常被用來設(shè)計常力機構(gòu)、柔順機構(gòu)及具有被動保護(hù)性質(zhì)的機構(gòu)等。圖3鎳鈦合金超彈性特性曲線[7]2、問題提出鎳離子析出問題NiTiSMA中高含量鎳（[8]鎳離子還可能降低成骨細(xì)胞的黏附和增值能力。因此有必要對鎳鈦合金進(jìn)行表面改性處理以抑制鎳離子的析出。鎳鈦合金的生物活性相對較差良好的生物相容性是對植入體材料的基本要求。生物相容性良好的材料在生物體內(nèi)不會引起過敏反應(yīng)，不會釋放任何離子到生物體的血液中去；在生物體長久存在而不會發(fā)生鎳鈦合金的生物相容性較好，體內(nèi)軟組織生物相容性實驗表明，鎳鈦合金對血管、肌肉、神經(jīng)及骨[9]等都有很好的相容性。是生物材料在軟硬組織中起連接作用的關(guān)鍵65%～75%HANi-TiSMA對外周血白細(xì)胞（特別是多形性核白細(xì)胞）和血小板的黏附能力顯著增強，HA鈦合金涂層從而進(jìn)一步提高植入體的生物活性。輕稀土材料力學(xué)性質(zhì)及生物相容性在植入體中加入適量的稀土元素對動物機體功能有調(diào)節(jié)作用，對人體有抑制腫瘤的作用。另外能夠增強材料強度及耐磨性。稀土元素為人體非必需微量元素。鑭離子與鈣離子相近似,索一條通過在羥基磷灰石中加入稀土元素從而增強其強度的機理。3、擬采取的方案堿熱處理法抑制鎳離子析出應(yīng)用于口腔種植體時更利于頜骨內(nèi)鈣、磷等Ni-TiSMAHANi-TiSMA其膜僅有幾納米至十幾納米[10]對運動，易從材料表面脫離導(dǎo)致種植體失敗。Ni-TiSMA置于常溫或低熱的堿溶液中浸泡而后熱處理的復(fù)合處理法。其主要原理是利用Ni-TiSMA鈉凝膠，經(jīng)過熱處理凝膠轉(zhuǎn)變成較穩(wěn)定的無定形鈦酸鈉。Chrzanowski等[11]將此方法與單純熱處理和陽極火花氧化法比較后發(fā)現(xiàn)，堿處理時需嚴(yán)格控制氧化速度才能有效地減少鎳與鈦的比例，而且，單獨采用獲得的氧化膜層較薄，并不適用于口腔植入材料的表面處理，但與熱處理聯(lián)合應(yīng)用時其效果則明顯改善。生物相容性。輕稀土元素化合物與羥基磷灰石混合涂層處理65%～75%HASMA（特別是多形性核白細(xì)胞[13-15]預(yù)噴涂羥基磷灰石涂層，能顯著增強種植體的生物活性[12]。向羥基磷灰石中添加輕稀土元素化合物，并通過實驗測試混合后的力學(xué)性能，選擇最佳混合比例，作為復(fù)合涂層材料。復(fù)合涂層性能測試首先對羥基磷灰石與稀土元素化合物形成的物質(zhì)進(jìn)行耐磨性、強度等的測試。通過優(yōu)化處理，選定最優(yōu)配比方案。對涂層后的鎳鈦合金進(jìn)行各方面的測試，包括鎳離子析出、耐磨性、強度、涂層與集體結(jié)合強度等。動物實驗將涂層處理后的鎳鈦合金種植體植入動物體內(nèi)進(jìn)行試驗，通過觀察及測試動物各方面的指標(biāo)，衡量處理后的種植體的優(yōu)良。4、可行性分析堿熱處理方法作為一種表面改性處理方法已很成熟，因此用它進(jìn)行鎳鈦合金的表面TiO2

膜生成的方法具有很好的可行性。8.9×10-6K-1，HA15×10-6K-1，由于二者差別較大，在高溫?zé)Y(jié)制備涂層的過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力主要集中在涂層與基體的界面，容易造成涂層脫22

8.7×10-6K-1

的加入有利于緩和HA涂2層和基體的熱膨脹系數(shù)不匹配，增加結(jié)合強度。2和HA TiO和2

之間的結(jié)合主要是由于二者之間的化學(xué)反應(yīng)，DSC分析表明二者之間的化3學(xué)反應(yīng)在1410℃以下，主要生成CaTiO。為化學(xué)結(jié)合，因此結(jié)合強度高，不易脫落。HA3中的羥基與稀土離子結(jié)合形成化學(xué)吸附，同樣保證了結(jié)合強度，增強涂層的質(zhì)量。參考文獻(xiàn)ThierryB,TabfizianM,SavadogoG,etal．EffectsofsterilizationprocessesonNiTialloy:surfacecharacterization.JBiomedMaterRes,2000,49(1):88-98.DenkhausaK,SalnikowK.Nickelessentialitytoxicity,andcarcinogenicity.CritRevOncolHematol,42(1):35-56．KasprzakaKS,SundermanFWJr,SalnikowK.Nickelcarcinogenesis.MutatRes,2003,533(1-2):67-97．TamaiN,MyouiA,TomitaT,etal.Novelhydroxyapatiteceramicswithaninterconnectiveporousstructureexhibitsuperiorosteoconductioninvivo.JBiomedMaterRes,2002,59(1):110-117.ItoM,HidakaNakajimaM,etal.Effectofhydroxyapatitecontentonphysicalpropertiesandconnectivetissuereactionstoachitosanhydroxyapatitecompositemembrane.JBiomedMaterRes,1999,45(3):204-208.DuC,CuiFZ,ZhangW,etal.Formationofcalciumphosphate/collagencompositesthroughmineralizationofcollagenmatrix.JBiomedMaterRes,2000,50(4):518-527.SiaNemat-Nasser,Wei-GuoGuo.SuperelasticandcyclicresponseofNiTiSMAatvariousstrainratestemperatures.MechanicsofMaterials38(2006)463474DenkhausE,SalnikowK.Nickelessentiality,toxicity,andcarcinogenicity[J].CritRevOncolHematol,42：35-56.李強,辛林偉,夏亞一等.鎳鈦形狀記憶合金表面改性后與成骨細(xì)胞的生物相容性[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(25).RondelliG,TorricelliP,FiniM,etal.InvitrocorrosionstudybyEISofanequiatomicNiTialloyandimplantqualityAISI316stainlesssteel[J].JBiomedMaterResBApplBiomater,2006,7（2：320-324.ChrzanowskiW,NeelEA,ArmitageDA,etal.Nanomechanicalevaluationofnickel-titaniumsurfacepropertiesafteralkaliandelectrochemicaltreatments[J].JRSocInterface,2008,5（26：1009-1022.張海軍,王栓科,趙斌.HAP涂層鎳鈦記憶合金的組織相容性.Chinese JournalofReparativeReconstructiveApril2009,23,No.4ChrzanowskiW,AbouNeel EA,ArmitageDA,etal.SurfacepreparationofbioactiveNi -Tialloyalkali,thermaltreatmentsandsparkoxidation[J].JMaterSciMaterMed,2008,19：1553-1557.XieJ,LuanBL.Formationofhydroxyapatitecoatingusingnovelchemo -biomimeticmethod[J].JSciMater