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《哈尔滨工业大学》 2006年
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TiNi合金表面DLC膜的组织结构与腐蚀行为和血液相容性

隋解和  
【摘要】: 本文采用等离子浸没离子注入和沉积技术成功地在TiNi合金表面制备了类金刚石(DLC)膜,以乙炔和石墨为碳源制备的DLC膜记为DLCa和DLCg膜。采用Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、原子力显微镜(AFM)、纳米压痕技术、划痕试验、电化学测试技术和体外试验系统研究了TiNi合金表面DLC膜的表面特性、微观组织结构、力学行为、腐蚀行为以及血液相容性。 研究发现,制备工艺对DLC膜的表面特性和结构影响较大。随着脉冲偏压的增大, DLC膜的表面RMS降低、sp~3/sp~2比值先增大后减小。工作气压增大,DLCg膜的表面RMS增大,而sp~3/sp~2比值降低。高峰值脉冲偏压制备的DLC膜在膜与基体之间形成成分梯度过渡层。 随着脉冲偏压的增大,DLC膜的纳米硬度和弹性模量先增大后减小;DLCg膜与基体的结合力先增大后减小。随工作气压的增大,DLCg膜的纳米硬度、弹性模量和膜基结合力均减小。TiNi合金表面DLCg膜的sp~3/sp~2比值越高,纳米硬度和弹性模量越大,DLCg膜的抗载荷能力越强,因而膜基结合力越高。 TiNi合金表面制备DLC膜,提高了抗腐蚀性能,有效地抑制了Ni离子析出。DLC膜极化阻抗和击穿电位随着脉冲偏压增大先增大后减小,随工作气压增大而降低。制备工艺不同对DLCg膜的腐蚀机制有显著影响,工作气压较高,缺陷多、结合力较差,腐蚀形式主要为点蚀;工作气压较低,DLCg膜均匀致密、与基体结合力较高,腐蚀形式主要为均匀腐蚀。这种腐蚀形式被加速老化试验证实。 DLC膜改善了TiNi合金表面的血液相容性。DLC膜表面血小板粘附数量和激活率随着脉冲偏压的增大先减小后增大;随着工作气压的增大而增大。 在综合分析TiNi合金表面DLC膜的组织结构-性能-制备工艺之间内在联系的基础上,阐明了决定DLC膜提高TiNi合金表面力学性能,改善生物相容性的本质。在脉冲偏压20kV,工作气压0.02Pa下制备的DLC膜的sp~3/sp~2比值高,纳米硬度高,承载能力强,膜基结合力好;sp~3/sp~2比值越高,极化阻抗越大,耐腐蚀性能越强,因而抑制TiNi合金中Ni离子溶出的能力越强。sp~3/sp~2的比值越高,疏水能力越强,血小板粘附数量越少,血液
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG174

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