Ti-X（Ge、Ga）合金的显微组织和生物性能研究

【摘要】：本文利用真空电弧熔炼技术制备了Ti-xGe(x=2、5、10、20wt.％)和Ti-xGa(x=5、10、15、20wt.%)两种新型二元钛合金系列,考察了其显微组织、相组成、力学性能、电化学腐蚀性能、离子溶出行为和体外细胞毒性,探讨了其作为牙科材料的可行性。 研究发现：随Ge含量的增多,Ti-Ge合金从单一的α-Ti相转变为α-Ti相和Ti5Ge3第二相的双相组织。Ti-5Ge合金具有最佳的综合力学性能。以α-Ti相为主的Ti-2Ge和Ti-5Ge合金在模拟唾液中具有类似于纯Ti的优异耐腐蚀性能,以及比纯Ti更高的氟离子抗力。但是Ge的过量添加会使基体中析出Ti5Ge3金属间化合物,Ti5Ge3金属间化合物和α-Ti基体之间由于电位不同,形成腐蚀原电池,从而导致电偶腐蚀而使合金的耐蚀性能下降。浸泡实验结果表明所有的Ti-Ge合金在添加NaF和乳酸的模拟唾液中(本实验所选的最苛刻的测试环境),每日的离子溶出量均远低于每日膳食摄入量,在可接受的范围之内。同时体外细胞毒性测试结果表明Ti-Ge合金的对L929细胞和MG63细胞不具有明显的细胞毒性,和生物相容性优异的纯Ti类似。Ti-xGe(x7wt.%)合金适合发展成为一种新型的牙科修复材料。 Ti-Ga合金(Ga含量低于17wt.%时)为单一的α-Ti相。Ti-15Ga合金相对与纯Ti,其力学性能大大改善；干摩擦磨损和湿摩擦磨损条件下,耐磨性能均随Ga含量增加单调增加。电化学腐蚀测试结果表明在模拟唾液中,Ti-Ga合金的自腐蚀电流密度和维钝电流密度接近纯Ti,表明Ga的加入并未显著降低纯Ti的优异耐蚀性能。在含氟的模拟唾液中,Ti-Ga合金表面的钝化膜破裂后很快就发生了再钝化。但是纯Ti在表面钝化膜破裂后,电流密度增大到一个相对较大的值时才发生再钝化。采用浸提液法和四甲基偶氮唑盐比色法(MTT)评价了Ti-Ga合金的体外细胞毒性,发现Ti-Ga合金对L929细胞和MG63细胞表现出轻微的毒性。但是两种细胞系的相对增殖率并不随Ti-Ga合金中Ga含量增加而降低。Ti-xGa(x20wt.%)合金适合发展成为一种新型的牙科修复材料。