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TiO2纳米管表面改性的Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究

发布时间:2017-10-17 06:34 作者:互联网 来源:
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植入体不仅需要具有生物相容性,保证与人体内腐蚀环境无任何反应,还必须与人体骨骼有较好的整合能力。多种表面改性技术均可使植入物材料克服惰性特性,与活体组织成功结合,提高其与活体组织的骨整合能力。当前许多
植入体不仅需要具有生物相容性,保证与人体内腐蚀环境无任何反应,还必须与人体骨骼有较好的整合能力。多种表面改性技术均可使植入物材料克服惰性特性,与活体组织成功结合,提高其与活体组织的骨整合能力。当前许多研究表明,在钛合金表面形成高度有序排列的TiO2纳米管是最有望促进钛基植入体与活体组织结合的方法。然而,其前提是保证植入体无机械性能缺陷,尤其是要保证植入体的疲劳性能,这也一直是众多表面改性技术应用于生物材料的关键。此外,TiO2表面层本质上呈脆性,易产生微裂纹,会严重降低改性后材料的疲劳性能。但是,当前对TiO2纳米管表面改性的研究多集中在其与活体组织的骨整合方面,对表面改性后材料疲劳性能的研究很少。对经采用高度有序排列的TiO2纳米管表面改性的植入体用材料的疲劳性能进行研究,对于促进该表面改性技术在生物植入体上的应用尤其重要。
巴西学者CarolinaCatanioBortolan等人研究了TiO2纳米管表面改性对生物用Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响。通过电化学阳极氧化处理,在Ti-6Al-4V合表面形成高度有序排列的TiO2纳米管。根据升降法,测试了经TiO2纳米管表面改性的Ti-6Al-4V试样在生理学载体温度37℃下的疲劳性能,并与未经处理试样的疲劳性能进行了比较。
研究结果表明,经阳极氧化处理后,可以在Ti-6Al-4V合金表面形成直径为90nm,长度为600nm的高度有序排列的TiO2纳米管层。纳米管底部致密的氧化层以及纳米管层极小(纳米尺度)的厚度,抑制了试样表面疲劳裂纹的产生。因此,经表面改性后Ti-6Al-4V合金的疲劳性能没有降低,规定疲劳寿命为5×106周次时,疲劳寿命极限可达845MPa。即通过电化学阳极氧化法在Ti-6Al-4V合金表面形成高度有序排列的TiO2纳米管层,既可以保证改性后材料与活体组织的有效结合,又能保证改性后材料的疲劳性能不降低。(晓红)


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