不同pH值NaOH溶液对钛材微弧氧化膜水热处理后性能的影响.docxVIP

树料保护第47卷·第11期：2014年

不同pH值NaOH溶液对

钛材微弧氧化膜水热处理后性能的影响

徐玲利，史兴岭1,2,张劲松

(1.江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;

2.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室，江苏淮安223003;

3.江苏常宝钢管股份有限公司研发中心，江苏常州213018)

[摘要]采用NaOH溶液对钛材表面含Ca,P微弧氧化膜进行水热处理能提高其医学性能，过去从水热处理工艺方面的探讨不多。在纯钛表面制备了含Ca,P的微弧氧化膜，并采用不同pH值的NaOH溶液进行水热处理制得了羟基磷灰石(HA)/TiO?复合微弧氧化陶瓷层。分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)观察、能谱(EDS)分析、显微硬度及接触角测量等方法对水热处理前后陶瓷膜的化学成分、微观形貌、润湿性和显微硬度进行了研究。结果表明：含Ca,P氧化膜经NaOH溶液于210℃水热处理，其表面可以形成结晶度较高的棒状HA;随着溶液pH值升高，HA晶粒数量不断增加，晶粒长度逐渐减小，HA层逐渐细化和均匀；溶液pH值高于12.0时，氧化膜发生破坏并导致HA剥落；溶液pH值和温度分别为10.5和210℃时水热处理效果最好。

[关键词]微弧氧化；钛材；水热处理；NaOH溶液；pH值；羟基磷灰石；复合膜；医学性能[中图分类号]TG174.451[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2014)11-0000-00

0前言

羟基磷灰石(HA)具有良好的骨传导性，被广泛用作骨修复材料。制备HA涂层的方法有多种，但都存在一定缺陷，如等离子喷涂工艺过程中的高温会导致HA分解、在生物体内稳定性不理想；而溶胶凝胶法等低温下制备的涂层与基体结合强度不高，容易剥离、溶解等[1.2]。利用含有Ca,P的电解质溶液对钛合金进行微弧氧化(MAO),再经水热处理可以得到原位生长的HA层[3,4],其呈多孔结构，结合强度高，结晶较完整，具有优良的生物活性和良好的临床应用前景。之前的相关研究多集中于对HA涂层物相、形貌和模拟人体环境中的耐腐蚀性能方面，而对水热处理工艺的影响报道较少[3~51。本工作考察了不同pH值NaOH溶液水热处理HA/TiO?微弧氧化膜后的结构、成分及性能，优化了

[收稿日期]2014-07-09

[基金项目]江苏科技大学科研基金项目(635061402)资助

[通信作者]史兴岭，主要从事材料表面工程及生物材料研究，E-mail:shixingling1985@

工艺参数，以期制得具备较好医用性能的复合膜层。

1试验

1.1MAO陶瓷膜的制备

以TA2纯钛为基材，尺寸为50mm×20mm×2mm,依次用200,400,800,1200号水砂纸打磨，再以丙酮和去离子水超声波清洗后，烘干，然后在0.06mol/LCaC?H?(OH)?PO?,0.3mol/LCa(CH?CO0)?的混合溶液中对其微弧氧化，电压为500V,时间为10min。氧化完成后经蒸馏水超声清洗后干燥备用。

1.2氧化膜的水热处理

水热处理温度对氧化膜有较大的影响，试验发现，210℃下水热处理后膜层最为均均致密。为此，利用FYX-1型高压釜，以pH=9.0～13.5的NaOH溶液对氧化膜进行210℃水热处理，保温时间4h。在温度降低至室温后取出，用自来水冲洗，再经蒸馏水超声清洗后烘干备用。

1.3测试表征

利用D/MAX-3BX型X射线衍射仪(XRD)对微弧

laterials9roleclionVol.47No.11Nov.2014

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氧化陶瓷膜及其水热处理后的物相组成进行分析，利用S-3000N型扫描电镜(SEM)观察其微观形貌，用能谱仪(EDS)分析其化学成分。用JC2000B静滴接触角/界面张力测量仪测量水热处理试样对水的接触角。利用HXD-1000TM/LCD数字式显微硬度仪测试基材，MA0试样及其水热处理后的显微硬度(HV),加载压力为0.98N,保压10s。

2结果与讨论

2.1微弧氧化膜的表面形貌与成分

图1为微弧氧化陶瓷膜的微观形貌与成分。由图1a可以看出：陶瓷膜表面凹凸不平，带有类似火山口的微米级和亚微米级的孔洞，部分大孔洞中嵌套了尺寸较小的孔，这是因为在微弧氧化过程中等离子放电通道