NiTi记忆合金的辉光离子渗氮表面改性

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本文首先综述了NiTi形状记忆合金的形状记忆特性和超弹性能,以及其优良的生物相容性、耐腐蚀性能、高抗疲劳性能等。在此基础上探讨了当前NiTi合金在应用中存在的问题以及目前国内外采用的表面改性方法。针对NiTi形状记忆合金在植入人体后存在的问题,采用辉光离子渗氮的方法对NiTi合金进行表面改性,旨在不影响NiTi形状记忆合金优良的力学性能和生物性能的前提下,改变其表面性能,提高植入物的抗腐蚀性能和生物相容性能。 本次实验采用了两组不同的参数,第一组参数为在相同温度900℃对NiTi合金进行辉光离子渗氮不同时间(2小时,4小时和8小时);第二组参数为在不同温度(600℃,700℃,800℃)对NiTi合金进行辉光离子渗氮4小时。利用X射线衍射,扫描电镜,划痕实验,阳极极化曲线以及原子吸收光谱等手段对其表面渗氮层的显微组织以及表面性能进行研究。 结果显示:经过不同温度、不同时间辉光离子渗氮后,不仅在NiTi形状记忆合金表面形成了致密、均匀的金黄色TiN薄膜,而且在基体以及TiN薄膜之间还形成了均匀的Ti<,2>Ni过渡层,且随着渗氮时间的增长,渗氮温度的升高,膜层及过渡层的厚度都随之增加。 划痕实验显示,当划痕头已经划破基体,表面薄膜仍然没有脱落,说明表面TiN薄膜和NiTi合金基体有着很好的结合力。克服了很多常规工艺表面改性膜层与基体结合力差、植入身体后容易脱落的问题。在模拟体液中的电化学实验结果表明,经过离子渗氮后,试样的腐蚀电压和极化电阻得到了大幅度提高,而腐蚀电流密度明显下降;在模拟体液中的浸泡实验结果表明,离子渗氮处理大大降低了Ni<'2+>离子在模拟体液中溶出量和溶出速率。TiN薄膜成功地起到了贫Ni,抑制Ni<'2+>离子溶出的作用。 综上所述,离子渗氮法制备的TiN薄膜大大提高了NiTi形状记忆合金的耐蚀性能和生物相容性能。并且最终对比结果显示,经过800℃辉光离子渗氮4小时的试样,无论是渗氮层厚度还是耐腐蚀性能都要优越于经过900℃辉光离子渗氮4小时的试样。
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