【摘 要】
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钛合金作为植入物广泛应用于医学领域中,由于不具备抗菌性能,易造成人体受到细菌感染。随着医用材料对抗菌性能要求的日益提升,亟待开展钛合金抗菌性能研究,以拓展其应用范围。为了改善钛合金Ti6Al4V的抗菌性能,借助磁控溅射技术优化工艺参数,分别以Ag和Cu作为靶材,在钛合金Ti6Al4V表面溅射沉积Ag、Ag-Cu涂层。采用XRD、SEM、EDS、金相显微镜等表征手段,分析涂层的微观组织结构、成分等。
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钛合金作为植入物广泛应用于医学领域中,由于不具备抗菌性能,易造成人体受到细菌感染。随着医用材料对抗菌性能要求的日益提升,亟待开展钛合金抗菌性能研究,以拓展其应用范围。为了改善钛合金Ti6Al4V的抗菌性能,借助磁控溅射技术优化工艺参数,分别以Ag和Cu作为靶材,在钛合金Ti6Al4V表面溅射沉积Ag、Ag-Cu涂层。采用XRD、SEM、EDS、金相显微镜等表征手段,分析涂层的微观组织结构、成分等。通过体外抗菌活性检测实验研究涂层的抗菌性,并研究涂层的耐腐蚀性、膜-基结合力等性能,采用有限元方法仿真辅助分析涂层划痕失效机理。主要研究内容如下:1)通过设定不同工艺参数,在钛合金Ti6Al4V表面制备含Ag涂层7组,试样涂层的Ag含量最高为93.63At%;在钛合金Ti6Al4V表面制备含Ag-Cu涂层3组,试样涂层的Ag、Cu含量最高分别为62.9At%、5.4At%。A组涂层主要物相有Ag、C、Ti、Al;B组涂层主要物相有Ag、Cu、C、Ti、Al。2)研究反应腔内电源功率、溅射时长以及工作压强等工艺参数对制备Ag、Ag-Cu涂层的影响,确定了制备Ag涂层的最优工艺参数为:工作压强1 Pa,电源功率为10W,溅射时长为2 h;制备Ag-Cu涂层的最优工艺参数为:工作压强1 Pa,电源功率为6 W,溅射时长为1.5 h。3)对溅射沉积的Ag、Ag-Cu涂层进行体外抗菌活性检测实验,结果表明涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率均达99.99%。一方面是由于涂层析出的Ag+、Cu2+起到了抗菌作用;另一方面是因为Ag、Ti粒子发生了光催化作用,产生了抗菌效果。4)采用电化学腐蚀试验和溶液浸泡实验检测试样的耐腐蚀性能,结果表明在电化学腐蚀实验中,试样制备的工艺参数对涂层腐蚀速率影响的主次因素为:工作压强＞溅射时长＞电源功率。Na2S溶液浸泡实验表明,Ag-Cu涂层相比Ag涂层具有更好的耐腐蚀性能。5)利用划痕实验分别检测Ag-Cu涂层、Ag涂层试样的膜-基结合力,结果表明Ag-Cu涂层平均结合力最大值为25.67 N,Ag-Cu涂层在膜-基平均结合力上相比Ag涂层最高提升了22.1%。
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