纯钽微弧氧化多孔涂层制备及性能表征

作     者：王舒月 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王轶农;王伟强

授予年度：2022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：钽 微弧氧化 多孔涂层 碱热处理 细胞相容性 

摘      要：钽由于其优异的生物相容性而在骨植入领域有较为广泛的应用,但纯钽表面钝化膜的存在虽使得其表面耐蚀性增加,但是同时会延迟与骨组织快速的整合。而微弧氧化(Micro-arc Oxidation,MAO)技术因可在表面制备多孔粗糙结构以及引入活性元素而被广泛的应用于医用材料的表面改性领域。本文为提高纯钽表面生物活性而在其表面制备出具有分级结构的涂层,并为探究不同表面结构对涂层的细胞相容性的影响,将该涂层与传统“火山坑状MAO涂层以及机械抛光纯钽表面进行对比。使用微弧氧化在纯钽表面制备出分级多孔结构后,为进一步提高其表面的生物活性,对涂层进行碱热处理,并通过体外细胞实验表征两涂层的生物活性。研究发现,首先在纯钽表面使用硼酸盐制备出具有多孔分级结构的“类骨小梁涂层,此分级结构相较于单极结构以及抛光纯钽具有更高的粗糙度以及亲水性,并且在体外细胞实验中证明此结构具有更高的细胞相容性以及成骨分化能力。本文也提出了“类骨小梁结构的形成机制:“类骨小梁结构的形成是在微弧氧化过程中涂层中的氧化物形成和溶解同时作用的结果。非晶氧化层中BO的低熔点使得涂层表面易产生溶解现象,从而使得放电通道更易在孔洞周围形成,进而表面产生联通现象从而在表面形成“类网状结构,而内部是圆形的微米级孔洞,从而产生了“类骨小梁状多孔分级结构。碱热处理后的“类骨小梁状涂层由于其表面形成钽酸钠,加速了与体液中的水合氢离子的交换,从而加速涂层与钙离子以及磷酸根离子的结合,易于羟基磷灰石在表面的形成从而促进新骨形成以及骨整合。本研究发现,碱热处理后涂层表面保持“类骨小梁状结构不变,并且涂层表面生成钽酸钠,并通过后续模拟体液浸泡实验,证明碱热处理后的涂层表面羟基磷灰石数量明显增多,并通过后续体外细胞实验证明,碱热处理后的“类骨小梁状涂层相较于未处理涂层具有更高的细胞相容性以及成骨分化能力。