Ta和Ag離子雙注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蝕性能研究
采用Ta和Ag離子雙注入對醫用Ti6Al4V合金進行表面改性,以Ta離子1.5×1017ions/cm2先注入,Ag離子1×1017ions/cm2后注入合金樣品表面。采用動電位極化曲線研究Ta+Ag離子雙注入前后Ti6Al4V合金抗Hank′s溶液腐蝕性能,利用小角掠射X射線衍射技術研究離子雙注入前后Ti6Al4V合金表面物相組成,以X射線光電子能譜技術分析離子雙注入樣品表面、離子注入合金腐蝕樣品表面元素存在的化合態。結果表明,Ta+Ag離子雙注入改善了Ti6Al4V合金抗Hank′s溶液腐蝕性能,離子雙注入合金的腐蝕電流密度與對照樣相比降低了94.6%。離子雙注入Ti6Al4V合金表面生成的耐蝕合金層、少量單質Ta和Ag、合金表面的氧化物腐蝕阻擋層有利于合金抗Hank′s溶液腐蝕性能的改善。
關鍵詞： Ti6Al4V;離子雙注入;抗腐蝕性能;表面改性
基金項目: 射線束技術與材料改性教育部重點實驗室開放基金項目(0604)
Ti6Al4V 合金具有比強度高、無磁性、良好的生物相容性和抗腐蝕性能, 成為人造骨骼的首選材料[ 1- 3] 。但Ti6Al4V 合金含有非完全生物相容性的合金元素V、Al, 在長期的植入過程中會析出微量的釩和鋁離子, 降低Ti6Al4V 合金材料的細胞適應性且有可能對人體造成危害, 同時還可能導致植入體無菌松動而失效。
幾乎所有的表面改性技術都被用于Ti6Al4V 合金表面改性以提高其耐腐蝕性能[ 4- 9], 并取得了一定的效果。但效果并不令人十分滿意, 其中最突出的問題是膜基結合問題。離子注入用于解決膜基結合問題具有獨特的優勢, 注入元素與基體溶為一體,不形成新的界面, 不存在膜脫落的問題。能在原子級的范圍內調整材料表面的成分和結構, 從而精確控制材料表面和界面特性。Steve 等[ 10- 13] 采用Y、Rh、Hf、Pt、Pd、Ir、Au 離子注入提高Ti6A14V 合金的耐腐蝕性, 注入的這些元素仍然存在非完全生物相容性的問題。
Ta 具有很好的生物相容性和優異的抗腐蝕性能,Ta 植入骨內能與新生骨直接結合[ 14] , 成為制作外科植入物的理想材料。Ag 具有廣譜抗菌性能, 是人體組織內的微量元素之一[ 15- 17] 。離子雙注入可以充分發揮每一種注入離子的表面改性優點, 與單離子注入相比, 可望取得更好的表面改性效果。為此, 本工作研究Ta+ Ag 離子雙注入對Ti6Al4V 合金抗Hank珜 溶液腐蝕性能的影響, 同時對Ta+ Ag 離子雙注入Ti6Al4V 合金Hank珜 溶液腐蝕的改性機制進行初步探討。
結論
(1)Ta+ Ag 離子雙注入改善了Ti6Al4V 合金抗Hank珜 溶液腐蝕性能, 注入合金樣品的腐蝕電流密度比未注入合金減小了946%。
(2)Ta+ Ag 離子雙注入Ti6Al4V 合金樣品表面氧化物層( 由Ta2O5 和其它價態的鉭氧化物、TiO2 組成) , 連同離子雙注入形成的耐蝕性表面合金層、表面生成的少量單質Ta 和Ag 共同組成了Ti6Al4V 合金表面的耐腐蝕阻擋層, 提高了Ta+ Ag 離子雙注入合金樣品的耐腐蝕性能。
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