医用NiTi合金化学抛光及阳极氧化表面改性研究

作     者：程占保 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱维东

授予年度：2009年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：NiTi合金 化学抛光 热力学 选择性脱Ni 阳极氧化 TiO2膜 

摘      要：NiTi SMA作为医用金属材料在临床上的应用越来越广泛。但也暴露出了不少问题,如长时间植入人体易产生炎症甚至致癌作用。然而对NiTi SMA进行表面改性显得尤为重要。 本文对应用于生理环境下的NiTi SMA进行表面改性研究。针对医用NiTiSMA形状复杂,传统的机械抛光难以满足表面预处理的要求,从而提出了一种简便易行、高效的化学抛光方法,取代传统的机械抛光方法作为表面预处理。并对在以HF和HNO为基础配方的化学抛光液中的热力学条件进行理论计算,从理论上验证了化学抛光的可行性。 通过正交实验得出NiTi SMA化学抛光工艺参数为:HF 300g/l、HNO350g/l、氧化剂X 300g/l、添加剂110g/l、温度50℃、时间为60秒。并得出HF含量对化学抛光效果影响最大,添加剂含量影响最小。在最优工艺参数下进行化学抛光验证试验,对其采用美国Nanovea三维非接触光学表面轮廓仪测得平均表面粗糙度为88.4nm。并通过单因素试验考察了各因素对化学抛光效果的影响。对化学抛光和机械抛光试样对比分析得出:化学抛光样孔隙率相对较少,化学抛光获得的反射率和粗糙度接近于机械抛光效果,但化学抛光单位面积的失重明显低于机械抛光,且耐腐蚀性优越于机械抛光。 在化学抛光作为表面预处理的基础上,通过对纯Ti和NiTi SMA在稀HCl中的动电位阳极极化曲线的分析,得出选择性脱Ni阳极氧化电流密度为0.066A/cm,以该工艺参数进行阳极氧化处理5min,在NiTi SMA表面制备出了完整致密的TiO膜,并对成膜机理进行了理论分析。SEM分析得出氧化膜表面形貌呈钩槽状,有利于细胞爬行生长。自腐蚀电位测试和阳极极化曲线分析,证明此氧化膜具有良好的热力学稳定性和耐腐蚀性。并从理论上建立了基体中的Ni原子向合金表面扩散的数学模型,结合在细胞培养液中的Ni离子析出实验分析,进一步说明了NiTi SMA经阳极氧化处理后具有更好的耐腐蚀性能。