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《天津大学》 2003年
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生物医学用镍钛形状记忆合金激光表面改性的研究

崔振铎  
【摘要】: 近等原子比NiTi合金由于具有独特的形状记忆、超弹性以及射线不透性, 因而使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。利用形状记忆合金可以制备具有 自锁紧、自膨胀及自压缩功能的植入物。 理想的金属生物材料,除了力学、加工等方面的性能要求以外,必须具有良 好的生物相容性,以保证材料在人体内长期植入过程的安全性。决定金属材料生 物相容性的因素主要有两个,一个是合金组元本身固有的毒性,另一个是合金材 料在人体环境中的腐蚀行为。众所周知,过量的Ni元素在人体内会引起过敏、 发炎甚至癌症。因此,提高NiTi合金的耐蚀性是改善其生物相容性的有效途径。 本文采用Nd-YAG激光表面修饰的方法,包括激光表面重熔和激光气体合金化, 对临床常用、成分为Ti-50.8at%Ni 的NiTi合金进行表面改性,利用SEM、XRD、 XPS等设备分析、确定了改性层成分、结构特征,并在模拟体液环境中对经过改 性的NiTi合金的腐蚀及气蚀行为进行了测试。结果表明: 热轧并经过机械抛光后的Ti-50.8 at%Ni合金相组成主要为单相B2-NiTi,组 织中存在第二相及夹杂物。合金表面的化学成分中含有C、O、Ti、Ni等元素, 其中C和部分O来自于周围环境的污染,另一部分O与Ti形成氧化物。合金的 4+ 表面层由NiTi+TiO 2+Ti 2O 3构成,未发现有Ni的氧化物存在,外表面Ti /Ti为 1.19,表层氧化膜的厚度约为52.2nm。 利用Nd-YAG激光对NiTi合金进行激光重熔处理,在适宜的激光参数下, 重熔层组织得到明显净化,夹杂物显著减少,致密度提高,能获得超细晶粒,重 熔层与基体金属之间具有很高的结合强度。激光重熔层中会有新相NiTi 2、Ni 3Ti、 NiTiO 3及马氏体相B19′出现,显微硬度下降。重熔层化学成分也会发生明显的 4+ 变化,富Ti层厚度及表层氧化物厚度显著增加,外表面Ti /Ti由处理前的1.19 提高到5.11。本文研究了金属激光表面熔凝处理过程的数学模型。 在空气中对NiTi合金进行激光氧化处理,可以促进合金表面的氧化过程, 表层TiO 2 的存在量明显多于激光处理前,有利于在合金表面得到完整的氧化物 层,且其厚度在处理后增加44%,处理后表层富Ti层深度明显增加,达到35nm。 采用激光气体氮化的方法可以在NiTi合金表面制备均匀、连续、无裂纹、厚度 约为2μm的TiN表面层,氮化层主要由 TiN组成,其中含有金属Ti和极微量 的TiO,该TiN表面层与重熔层之间具有良好的结合。在外表层TiN以下显微组 织由NiTi和TiN枝晶组成,TiN枝晶的取向主要与外表层垂直。激光气体氮化 可以强烈改变NiTi合金组元沿表面层的分布,经过激光气体氮化后,合金外表
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG174.4

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 冯博华;周长忍;屠美;;取向聚氨酯/液晶复合膜血液相容性材料的表面形态表征[A];第4届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集[C];2007年
3 饶鹏;刘文广;华卫红;;激光辐照硅镜的实验研究[A];第九届全国物理力学学术会议论文集[C];2009年
4 王涵;张华;;纳米生物医用材料的研究及发展趋势[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
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6 李芳;王全杰;侯立杰;王延青;;明胶微胶囊的应用现状与发展趋势[A];2010年全国皮革化学品会议论文集[C];2010年
7 张兴维;李润慈;王永兰;张宝珍;丁端鑫;;铝合金系列快速凝固粉末的金相制样方法及其显微组织[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
8 高家诚;王勇;张亚平;李静;;液相沉积制备梯度生物活性涂层的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 杨大智;刘成龙;黄莹莹;齐民;;管腔内支架表面涂层的研究综述[A];2005年功能材料学术年会论文集[C];2005年
10 王礼强;李涵;唐新峰;;熔体旋甩法制备Zn_4Sb_3热电材料微结构的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(4)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戚晓红;聚天冬氨酸高分子纳米载体药物的制备、表征及性能研究[D];南京医科大学;2009年
2 赵翔;激光驱动飞片点火设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
3 赵君;组织工程人角膜内皮的体外重建及其在兔角膜内皮移植中的作用研究[D];中国海洋大学;2010年
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6 雷波;新型微纳米生物活性玻璃的研制及性能研究[D];华南理工大学;2010年
7 刘强;基于优化血液相容性的生物医用金属材料表面设计与改性[D];江苏大学;2010年
8 刘继展;番茄采摘机器人真空吸持系统分析与优化控制研究[D];江苏大学;2010年
9 左敏;Al-X(Si,Zr,Ca)-P合金中磷化物的研究[D];山东大学;2010年
10 肖桂勇;雾化干燥法制备羟基磷灰石微球的结构表征及其生物学行为研究[D];山东大学;2010年
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1 吕彩霞;n-HA/CS复合材料的制备、性能表征及其应用研究[D];河北大学;2007年
2 贺睿;AZ81基稀土镁合金组织与腐蚀性能的研究[D];河南理工大学;2010年
3 陶磊;尼龙6/铜复合粉末选区激光烧结制造塑料模具的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
5 林琦;高能激光与光学介质薄膜作用机理的研究[D];长春理工大学;2010年
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7 沈锦玉;丝素蛋白/β-硅酸钙复合多孔支架的结构及其性能研究[D];浙江理工大学;2010年
8 潘明利;重组胶原蛋白调控钛表面仿生矿化的研究[D];浙江理工大学;2010年
9 张林锋;siRNA干扰预防酒精性股骨头坏死的动物实验研究[D];郑州大学;2010年
10 牛方;磷酸酯粘结剂诱导生成羟基磷灰石晶体的实验研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 黄立业,李浩,付涛,徐可为;HA涂层的电结晶-水热合成及其附着性与结构稳定性探讨[J];稀有金属材料与工程;1999年03期
7 张松,朱荆璞,谭朝鑫;激光熔敷Ni基WC合金[J];材料科学进展;1990年02期
8 刘敬肖,杨大智,蔡英骥;溶胶-凝胶法制备TiO_2与SiO_2-TiO_2薄膜对医用NiTi合金的表面改性[J];材料研究学报;2002年05期
9 张亚平,高家诚,谭继福,邹至荣;激光熔覆生物陶瓷复合涂层[J];材料研究学报;1994年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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3 刘成龙;医用316L不锈钢表面类金刚石薄膜改性研究[D];大连理工大学;2004年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
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3 张建斌;钛表面机械强化及其激光合金化研究[D];兰州理工大学;2007年
4 信运昌;医用镁合金在生理环境中降解机理及其表面改性研究[D];清华大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 陈胜龙;电化学合成五—二乙基胺钽研究[D];中南大学;2011年
2 张立伍;钛基复合管件冷成形数值模拟及制备工艺研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 孙明;激光制备WC及原位TiC陶瓷增强复相涂层[D];兰州理工大学;2007年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 李惠;毛晨曦;;形状记忆合金智能阻尼器的试验研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
4 孙双双;孙国钧;;形状记忆合金与弹簧-阻尼复合结构的力学性能[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
5 江世哲;王社良;王洁;;形状记忆合金在土木工程振动控制中的应用研究[A];振动利用技术的若干研究与进展——第二届全国“振动利用工程”学术会议论文集[C];2003年
6 饶光斌;王俭秋;柯伟;韩恩厚;;循环应力作用下伪弹性TiNi_(50.6)形状记忆合金的应力应变响应[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
7 林成新;谷南驹;赵连城;;FeMnSi系形状记忆合金的低温松弛研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
8 秦添艳;;形状记忆合金的发展[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 李艳锋;米绪军;高宝东;;预应变对Ni50.2Ti49.8合金记忆特性的影响[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年
10 莫华强;刘玉辉;黄德诚;苟渊;郑斯奎;周旭昌;沈保罗;霍永忠;曾光廷;曾祥才;李敏榆;;NiTiNb形状记忆合金的应力松弛研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 彭新建 摘译;无镍形状记忆合金开发成功[N];中国冶金报;2002年
2 彭新建;日开发出超强磁性制品形状记忆合金[N];中国冶金报;2006年
3 新力;纺织品激光表面处理项目获重大突破[N];中国纺织报;2003年
4 褚幼义;形状记忆合金,材料新贵族[N];中国有色金属报;2001年
5 李有观;金属的记忆功能[N];中国有色金属报;2005年
6 戴丽昕;人生如棋 落子无悔[N];上海科技报;2008年
7 李况;新型建筑电子化[N];中国房地产报;2003年
8 秋颖;潜艇隐身航行不留“航迹”[N];大众科技报;2002年
9 李有观;形状记忆合金材料的发展动向[N];中国有色金属报;2005年
10 栾海;未来汽车有“预感”,能“自我保护”防碰撞[N];新华每日电讯;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 崔振铎;生物医学用镍钛形状记忆合金激光表面改性的研究[D];天津大学;2003年
2 王伟;形状记忆合金的本构模型及试验研究[D];大连理工大学;2012年
3 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王玉龙;形状记忆合金复合材料界面力学特性[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 李大圣;优化造孔剂法烧结制备多孔NiTi合金与复合材料及其相关性能研究[D];华南理工大学;2009年
6 阚前华;超弹性NiTi合金本构模型研究及其有限元应用[D];西南交通大学;2009年
7 李强;多孔NiTi形状记忆合金的制备和表面改性研究[D];东北大学;2008年
8 柯常波;NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3相沉淀行为的相场法模拟研究[D];华南理工大学;2010年
9 张静娴;多孔NiTi合金表面溶胶凝胶法制备生物活性涂层及相关性能研究[D];华南理工大学;2011年
10 邓俊楷;形状记忆合金中时效效应的原子模拟[D];西安交通大学;2011年
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2 李海江;快速凝固Ni-Ti形状记忆合金的全程记忆效应[D];广东工业大学;2005年
3 赵江;第一原理对形状记忆合金NiTi,AuCd结构和性质的研究[D];吉林大学;2006年
4 刘丽娟;电子辐照对形状记忆合金相变特性的影响[D];四川大学;2002年
5 王林伟;形状记忆合金对钢筋混凝土梁驱动效应的ANSYS分析[D];大连理工大学;2004年
6 王亚芳;形状记忆合金的超弹性及其应用研究[D];西北工业大学;2004年
7 甄睿;形状记忆合金相变点测试系统研究[D];合肥工业大学;2003年
8 袁月峰;形状记忆合金驱动器设计及控制研究[D];辽宁工程技术大学;2003年
9 曹玲飞;Cu-Al-Mn形状记忆合金马氏体结构及热稳定性的研究[D];中南大学;2002年
10 熊伟;形状记忆合金智能子结构控制系统的研究及应用[D];西安建筑科技大学;2001年
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