TA4电化学抛光和阳极氧化处理表面生物相容性的比较.pdf

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2013年第7期(44)卷
TA4电化学抛光和阳极氧化处理表面生物相容性的比较
牛小丫,许晓静,盛新兰,张体峰,刘敏,朱利华
(江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院,江苏镇江212013)
摘要:比較了TA4纯钛材电化学抛光表面和阳极所采用的电参数为直流电压10~12V,频率为800Hz,
氧化表面的形貌、抗腐蚀性能、徽动摩擦磨损性能和生处理时间为60s,温度控制在80~90℃。
物活性。结果表明,与阳极氧化表面相比,电化学抛光
2阳极氧化处理
表面具有較多纳米尺度孔穴(孔穴总数较低),较低的
用180的玻璃珠对基材进行喷砂处理,再经超声
表面粗糙度(低约一个数量级),较低的抗腐蚀性能(后波清洗、表面除油清洗、清水洗净,然后对其进行阳极氧
者的腐蚀速率比前者的稍大),较低的摩擦系数(0.134化。氧化液基本组成为六偏磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钠
vs.0.286),较差的耐磨性能,以及较高的生物活性蒸馏水。实验所采用的电参数为:脉冲电压270~
(模拟体液中Ca-P层的生长速率)
280V,脉冲频率为600Hz,处理时间为3min,占空比为
关键词:TA4;电化学抛光;阳极氧化;表面形貌;抗6%,通过冷卦装置保持溶液温度为室温。采用带有X
腐蚀性能;微动摩擦磨损性能;生物活性
射线能谱仪(EDS)的 JEOL SM-7001F型场发射扫描电
中图分类号:TG174.4
文献标识码:A子显微镜(SEM)观察微观形貌。采用WYKO-NT100
文章编号:1001-9731(2013)07-1020-04
表面形貌三维测量仪测量表面粗糙度。采用D/max
引言
2500PC型Ⅹ射线衍射仪进行物相分析,扫描速度为7/
min,步宽为0.01°,Cu靶,管流为200mA,扫描角度为10
TA4纯钛材是一种在种植牙等领域应用广泛的~90°。采用双单元电化学工作站测測试电化学腐蚀性能,
生物医用金属材料。为了使其表面具有优良的生物相扫描电位范围为一1.0~1.0V,扫描速率为20mV/s
容性,需要对其表面进行处理,以使其具有好的生物活采用MGW-01型高频往复微动摩擦蘑损试验机測试摩
性,好的抗微动摩擦损伤性能,好的抗腐蚀性能等生物搽臍损性能,摩擦对偶件为直径4mm的Si3N球,载荷
医用性能。
为1N,时间为10min,频率为20Hz,位移幅值0.4~0.
近年来,纳米尺度几何仿生形貌备受研究关注,大5mm,室温 Kokubo模拟体液。采用在体外模拟体液
量研究证明,纳米尺度几何形貌能有效提高生物医用( simulated body fluid,简称SBF)浸泡21d诱导Ca-P涂
材料的生物活性2。电化学抛光和阳极氧化是生物层生长,样品的数量共为4个,每种处理方法的样品数
医用金属材料常用的表面处理方法31?。本文对比研量为2个,尺寸为10mm×5mm。用每种处理方法的两
究TA4纯钛材电化学抛光表面和阳极氧化表面的形个样品的平均单位面积单位时间增重(即Ca-P层的生
貌、相组成、抗腐蚀性能、微动摩擦磨损性能和生物浯长速率)来表征生物活性
性,以期为生物医用金属材料的表面改性提供科学依
按照 Kokubo提出的SBF方案配制模拟体液。
据
Kokubo人体模拟体液(100mL)的成分为7.996g
2实验
NaCl、0.35 g NAHC()3、0.224gKCI、0.278gK2HPO4?
3H2O、0.228 g Mgcl2?6H2O、0.278 r Caci2、0.
实验选用由宝鸡钛业股份有限公司生产的钛Na2SO1、6.057g(CH2OH)3CNH2,其余为H2O[用
TA4),其基材的名义化学成分(质量分数)为:m(O)HCI调整pH值至7.4(36.5℃)丁。
=0.40%、m(N)=0.05%、m(C)=0.08%、m(H)<
0.01%、m(Fe)<0.50%和m(Si)<0.15%,其余为
3实验结果及分析
Ti。经砂纸磨平、抛光后用丙酮进行超声波清洗。
3.1表面形貌与相组成
2.1电化学抛光处理
图1为TA4电化学抛光和阳极氧化表面的SEM
用稀硫酸(质量分数为17%)对其表面进行3~形貌,其中嵌入图为低倍形貌和成分EDS分析谱。从
5min活化处理,接着对其进行电化学抛光。电化学抛形貌图可以看出,电化学抛光表面和阳极氧化表面都
光电解液基本组成为浓磷酸、浓硫酸和纯化水。实验具有许多孔穴,相比之下,虽然后者孔穴的总数量多于
基金项目:江苏省高校自然科学基金重大资助项目(11KJA43004);江苏大学优秀学术青年骨干培养对象基金资助项目
(1211110001)
收到初稿日期:2012-08-21
收到修改稿日期:2012-11-11
通讯作者:许晓静
作者简介:牛小丫(1988一),女,在读硕士,师承许晓静教授,从事生物应用材料表面工程研究。