医用316L不锈钢表面类金刚石薄膜改性研究

【摘要】：医用植入器件的生物相容性与表面性能密切相关，对其进行有效的表面改性处理是提高其生物相容性的途径之一。类金刚石薄膜具有良好的细胞相容性、血液相容性及弹性、化学惰性等特点，而成为一种很有应用前景的生物膜材料。本文针对植入器件用316L不锈钢材料，采用ECR等离子体源离子注入／化学气相增强沉积技术(ECR-PSII／PECVD)制备了316L不锈钢基类金刚石薄膜，同时采用电弧离子镀(AIP)技术在316L不锈钢表面制备了TiN与Ti／TiN多层膜，液相沉积法制备了锐钛矿系TiO_2薄膜作为对比。对类金刚石薄膜的结构、表面形貌、力学性能、表面能以及在Troyde's模拟体液中的耐蚀性能进行了研究与评价。 1．可见Raman光谱分析表明：采用PSII，PECVD及PSIIPECVD技术均可制备出典型的类金刚石薄膜，AFM分析表明表面光滑的薄膜由大小分布均匀，纳米级的非晶态颗粒组成。 2．类金刚石薄膜的显微硬度达到1520.4(HV)，约为316L不锈钢基体的5倍，PSIIPECVD技术制备的薄膜与基体之间的结合强度达到163.18mN，摩擦磨损后没有出现薄膜的脱落。力学性质与类金刚石膜中含氢非晶态碳结构与成分有关。 3．采用静态接触角测量技术测定不同酸碱度溶液在类金刚石薄膜表面的润湿能力，结果表明：薄膜受到的损害程度依赖溶液的酸碱度。316L不锈钢经类金刚石膜改性后，呈现出疏水性能，表面能比316L不锈钢的小。不同工艺制备的类金刚石膜的表面能相差不大，大小为40mN／m左右，其中极性分量大于色散分量。 4．研究了不同工艺下制备的类金刚石膜改性体系(316L不锈钢+DCL膜)在Troyde's模拟体液(pH=7.0)中的耐蚀性能，相对于其他工艺制备的TiN膜、Ti／TiN多层膜及锐钛矿系TiO_2膜改性体系，PSIIPECVD技术制备的类金刚石膜改性体系具有最好的耐腐蚀性能。分析发现：上述膜改性体系的耐蚀性能与薄膜的结构和成分密切相关。它们的腐蚀是由于膜层中存在的缺陷导致的，膜层本身并不参加电化学反应。电化学腐蚀反应过程为：1)形成闭塞电池；2)自催化过程促进基体材料的腐蚀；3)由于基体材料被破坏，薄膜出现剥离现象。