收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Ti-Ag基合金的组织结构与生物性能

张斌斌  
【摘要】:近年来,钛及钛合金由于其优异的抗腐蚀性与良好的生物安全性在医用领域得到了越来越广泛的应用,目前临床应用的主要有纯钛、Ti-6Al-4V合金、Ti-Ni合金等。但在临床使用中,钛及钛合金也暴露出一定的问题,例如纯钛的强度、耐磨性不足,Ti-6Al-4V合金含有元素Al、V,在植入人体后会持续溶出有毒的Al离子、V离子,对人体造成不利影响。同时,钛及钛合金暴露于含有氟离子的生理溶液中时,由于其表面钝化膜遭到破坏,抗腐蚀性下降明显。 针对以上问题,本论文用合金化的方法,选用Ag作为钛的第二组元来提高钛的强度、耐磨性与抗腐蚀性。此外,添加Fe、Ni等第三组元,进一步改善合金的各项生物学性能。采用光学组织观察、X射线衍射分析、透射电子显微观察、扫描电子显微观察、拉伸、压缩实验、摩擦实验、电化学实验、表面X射线光电子能谱分析、离子溶出测试、细胞毒性测试和溶血测试研究了Ti-Ag系合金、Ti-Ag-Fe系合金及Ti-Ni-Ag系合金的微观组织、相组成、力学性能、抗腐蚀性及生物相容性,主要考察合金元素(Ag、Fe、Ni)、处理工艺和使用环境对Ti-Ag基合金生物性能的影响规律。此外,还考察了Ti-Ni-Ag合金的抑菌性能。论文取得了如下研究成果: 设计并制备了Ti-Ag二元合金,通过固溶强化等机制提高了合金的强度与耐磨性;热-机械处理工艺对Ti-Ag合金的力学性能影响很大,950℃固溶处理的合金力学性能匹配最好,950℃固溶处理的Ti-20Ag合金拉伸屈服强度约620 MPa,延伸率10%。由于纯银较高的腐蚀电位,Ag的加入明显促进了钛的钝化,提高了合金的抗腐蚀性。同时,对Ti-Ag合金进行了进一步的热氧化处理,热氧化处理Ti-Ag合金的抗腐蚀性明显提高。 根据钛合金中合金元素对合金力学性能影响的规律,利用Fe元素生物安全性好、β稳定能力强等特点,在Ti-Ag二元合金的基础上,设计并制备了Ti-Ag-Fe三元合金。Fe元素能明显的稳定Ti-Ag合金的β相,当Fe元素含量达到5wt%时可以得到全β相的组织。Ti-5Ag-xFe合金在强度、耐磨性大幅度提高的同时,兼具良好的抗腐蚀性与生物安全性,Ti-5Ag-2.5Fe合金由于其合适的合金元素含量、双相组织结构,拉伸屈服强度约870MPa,延伸率约7%,强度与韧性的匹配最好,可能作为高强度牙科钛合金而得到应用。 采用铜坩埚冷却的真空非自耗熔炼炉制备了Ti-Ni-Ag块体合金,通过急冷制备工艺,解决了高Ag含量的Ti-Ni-Ag块体不易制备的问题,制备出的Ti-Ni-Ag块体合金中存在弥散分布的Ag单质颗粒。Ti-Ni-Ag合金的力学性能、抗腐蚀性、细胞毒性与Ti-Ni二元合金相当。对制备的Ti-Ni-Ag合金进行了抑菌性能评价,同Ti-Ni合金相比,Ti-Ni-Ag合金表现出了明显的抑制细菌黏附的能力。结合合金的微观组织结果、表面分析结果和离子溶出结果,可以认为在Ti-Ni-Ag合金与体液接触时,其中的金属Ag与体液反应,变为离子态的Ag进入体液。而Ag离子具有良好的广谱抗菌特性,在几微克/升的浓度下就能起到明显的抗菌特性,可以穿透细菌的细胞膜,同细菌的DNA起反应,从而导致细菌死亡。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG146.23

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 马福秋;镍钛合金表面银基复合镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 张玉梅,郭天文,李佐臣;牙科用Ti-Zr合金的研制及性能特点[J];华西口腔医学杂志;1999年04期
2 高勃;刘金城;郝玉琳;李丽;;铸模温度对牙科用钛铌锆锡合金铸流率影响的研究[J];口腔医学研究;2006年02期
3 王冉;高勃;高阳;郝玉林;李述军;;新型钛铌锆锡合金生物安全性评价[J];临床口腔医学杂志;2007年06期
4 张玉梅,王勤涛,郭天文;牙科用Ti-Zr合金的生物安全性评价[J];生物医学工程学杂志;2001年01期
5 张玉梅,郭天文,李佐臣;铸模温度对Ti-75合金铸流率影响的研究[J];实用口腔医学杂志;2000年02期
6 刘金城;高勃;郝玉琳;王珏瑀;李丽;;牙用低弹性模量钛铌锆锡合金的机械性能研究[J];实用口腔医学杂志;2006年01期
7 裘松波,郭天文,王为,施生根;新型钛合金Ti-75的体外细胞相容性试验[J];实用口腔医学杂志;1995年03期
8 张新平,于思荣,何镇明,韩秋华;新型Ti-Fe-Mo-Mn-Nb-Zr系钛合金的力学性能[J];中国有色金属学报;2002年S1期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 伍增勇;彭娅;童荣柏;王柯;;PVP在医用聚氨酯表面润滑改性中的研究及应用[J];工程塑料应用;2010年03期
2 田嘉军,郑华,陈敦春,王定国;生物衍生组织工程骨支架材料生物学评价[J];北京生物医学工程;2003年04期
3 叶迅;赵元立;朱琳;唐光昕;李朝征;李京生;于书卿;赵继宗;;颅骨修补材料钛金属表面梯度生物活性涂层的生物相容性研究[J];北京医学;2008年01期
4 周丽贇;王德平;黄文旵;周萘;;A-W生物活性微晶玻璃/聚乙烯醇复合水凝胶的制备和性能[J];玻璃与搪瓷;2006年06期
5 王德宪;;抗菌玻璃的研究现状(连载二)[J];玻璃;2007年01期
6 刘成伦,徐锋;胶粘剂的研究进展[J];表面技术;2004年04期
7 成国煌,陈晓明,焦玉恒,吴晨曦;等离子喷涂羟基磷灰石涂层[J];山东陶瓷;2003年03期
8 沈春华,戴红连,黄健,邵海成,李世普;多孔β-TCP陶瓷的制备及其性能研究[J];山东陶瓷;2004年01期
9 王海;王友法;;影响纳米羟基磷灰石溶胶在水介质中分散性能的因素[J];山东陶瓷;2005年06期
10 王振林;;不锈钢表面羟基磷灰石涂层的溶胶凝胶法制备[J];重庆理工大学学报(自然科学版);2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高川;万怡灶;何芳;;新型羟基磷灰石骨水泥的制备和性能研究[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
2 杨凤;施利毅;张剑平;;纳米羟基磷灰石的制备及其吸附性能的研究[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
3 杨磊;宁晓山;肖群芳;陈克新;周和平;;纳米羟基磷灰石微生物过滤材料的制备和性能研究[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
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
5 孙艳荣;张靠民;范涛;;羟基磷灰石形貌调控及复合材料的研究进展[A];第七届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2009年
6 刘欣杰;韩会民;卢守栋;杨大智;;电化学抛光NiTi合金表面性能的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(5)[C];2007年
7 黄晶晶;张广道;任伊宾;张炳春;杨柯;;AZ31B可降解镁合金的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(5)[C];2007年
8 朱丹琛;傅涵萍;肖秀峰;刘榕芳;;聚苯乙烯磺酸钠分子量对水热合成羟基磷灰石的影响[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
9 商平;魏丽娜;王洁;孔祥军;;环境矿物在生物抑制材料中的研究与应用[A];新农村建设与环境保护——华北五省市区环境科学学会第十六届学术年会优秀论文集[C];2009年
10 袁振宇;朱清;;NiTi合金在主动脉支架中的应用概述[A];中国生物医学工程学会成立30周年纪念大会暨2010中国生物医学工程学会学术大会青年优秀论文[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨春;羟基磷灰石(HAP)材料制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 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
3 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
4 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
5 刘玉艳;N,O-羧甲基壳聚糖/纳米β-磷酸三钙复合材料的制备及其生物学性能的基础研究[D];吉林大学;2011年
6 吴波;电化学合成羟基磷灰石涂层及其性能研究[D];大连理工大学;2011年
7 陈志;支气管介入治疗新型冷冻探针的研发[D];北京市结核病胸部肿瘤研究所;2011年
8 赵洪石;二级三维多孔天然胶原—羟基磷灰石骨组织工程复合支架材料的体外构建及其生物性能研究[D];山东大学;2011年
9 胡欣;齿科修复用钛—锆—铌—锡合金研制及临床应用研究[D];天津医科大学;2011年
10 林修洲;钛合金扭动微动腐蚀行为研究[D];西南交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 裴付宇;镀银滑石粉的制备及其在功能纺织品上的应用[D];浙江理工大学;2010年
3 李兆清;镍钛合金人流器超弹性设计与制备[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王建军;镍钛合金堵闭器钽镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 曾亮;纳米羟基磷灰石表面改性及其增强PCL复合材料性能研究[D];湘潭大学;2010年
6 张力;基于甘油、羟基乙酸及乳酸的树枝状聚酯体系的合成和表征[D];湘潭大学;2010年
7 卢雪梅;具有不连续NiTi SMA薄膜复合材料的制备及性能研究[D];天津理工大学;2010年
8 陈寰贝;魔芋葡甘聚糖、胶原蛋白及羟基磷灰石复合骨支架的研究[D];昆明理工大学;2009年
9 高伟;表面改性羟基磷灰石晶须填料增强牙科复合树脂研究[D];昆明理工大学;2009年
10 洪东峰;羟基磷灰石/壳聚糖/魔芋葡甘聚糖复合骨组织工程支架的制备及研究[D];昆明理工大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王继芳,卢世璧,徐仕琦,杨永生,郭锦芳,李平,赵祖德;钛镍合金动物组织埋藏实验报告[J];北京生物医学工程;1992年02期
2 李卫东,朱军雄,胡进,左正忠,周运鸿,杨江成,吕志,刘仁志,王志军,陈伏珍;Ni-TiO_2复合电镀工艺研究[J];表面技术;2002年02期
3 陈玉梅,左正忠,杨磊,王志军;表面活性剂对电沉积镍/纳米二氧化钛复合层的影响[J];表面技术;2005年05期
4 黄辉,林志成;表面活性剂在Ni-SiC复合电镀中的作用及机理[J];材料保护;1997年01期
5 阳范文,赵耀明,高茜斐;表面活性剂对Ni-P-SiC化学复合镀层性能的影响[J];材料保护;2000年09期
6 蒋斌,徐滨士,董世运,王红美;纳米复合镀层的研究现状[J];材料保护;2002年06期
7 崔忠波;陈民芳;;医用NiTi合金表面改性的研究进展[J];材料导报;2007年05期
8 邓平晔,白新德,叶彬,刘晓敏,冯庆玲;载银抗菌功能膜的制备和研究[J];稀有金属材料与工程;2004年12期
9 苏向东;王天民;郝维昌;韩峰;黄亚励;何力;;低温去合金化处理对医用镍钛合金表面性质的影响[J];稀有金属材料与工程;2008年05期
10 王如萌;储成林;李艳芬;尹立红;浦跃朴;董寅生;林萍华;朱剑豪;;镍钛合金光催化高级氧化表面改性与生物相容性[J];稀有金属材料与工程;2008年11期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王庆宇;齿科用Ti-In系合金的组织结构与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 周惠敏;镍钛齿科车针新型复合镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王建军;镍钛合金堵闭器钽镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 任义磊;新型复合镀层制造技术及应用研究[D];江苏大学;2003年
3 沈阳;NiTi合金血管内支架表面改性及其生物相容性研究[D];重庆大学;2005年
4 王丹丹;镍钛形状记忆合金静动态力学性能的实验研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于思荣;生物医学钛合金的研究现状及发展趋势[J];材料科学与工程;2000年02期
2 吴军正,司徒镇强,刘斌,陈建元;四唑盐比色试验中有关条件的探讨[J];第四军医大学学报;1991年04期
3 张玉梅,郭天文,李佐臣;牙科用Ti-Zr合金的研制及性能特点[J];华西口腔医学杂志;1999年04期
4 张玉梅,郭天文,李佐臣;铸模温度对牙科用Ti-Zr合金铸流率影响的研究[J];华西口腔医学杂志;2001年03期
5 于思荣;金属系牙科材料的应用现状及部分元素的毒副作用[J];金属功能材料;2000年01期
6 郭天文,徐君伍,王保成,骆小平,席溥泉,戴钟美,胡英明,陈春和;国产LZ型牙科铸钛机铸造性能的初步观察[J];口腔材料器械杂志;1996年04期
7 张彩霞;;应用细胞培养法对复合树脂充填材料的毒性研究[J];口腔医学;1982年01期
8 刘金城;高勃;郝玉琳;王珏瑀;李丽;;低弹性模量钛铌锆锡合金铸件表面反应层结构的研究[J];临床口腔医学杂志;2005年12期
9 张玉梅,王勤涛,郭天文;牙科用Ti-Zr合金的生物安全性评价[J];生物医学工程学杂志;2001年01期
10 高勃,李延民,陈静,黄卫东,王忠义;应用激光近形制造方法制作口腔修复体的基础研究─Rene95合金粉末近形制造件的机械性能[J];实用口腔医学杂志;2004年03期
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026