镁碳离子注入医用纯钛表面改性的研究

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1、中文摘要使用离子注入技术可以有效地改善医用纯钛的表面性能和生物活性，从而为医用纯钛更好地应用于临床开辟了广阔的前景。MEWA源离子注入技术具有改性层与基体结合牢固、可添加不同离子而获得所需表面特性、可控性和重复性好以及无污染等优点，近年来受到广泛的关注。本文利用MEVVA源强流离子注入机将能量为40和60keV，剂量为2．0x10"ions，cm2“．0×10”ions／era2的C离子和能量为90keV，剂量为2．0x10”iota／era2的Mg离子，分别注入到医用纯钛中。采用表面性能测试方法对注入前后材料表面的综合性能(硬度、摩擦系数、耐磨性和耐蚀性)进行测量；利用TE

2、M、SEM、XRD、Ⅺ，S和EDS等分析手段对注入前后材料的表面形貌、注入元素的化学价态及表面物相等进行了分析：使用体外仿生法在Mg离子注入后的纯钛试样表面沉积羟基磷灰石层，以表征Mg离子注入对医用纯钛生物活性的改善作用；着重探讨了Mg离子在羟基磷灰石沉积过程中的加速作用及沉积机理。·实验结果表明，Mg离子注入后在纯钛试样表面有MgO／Mg(OH)2和M92Ti05生成；试样表面的力学性能(显微硬度和弹性模量)和在仿生环境中的耐腐蚀性能均有不同程度的提高；在SBF中浸泡168h后，试样表面生成了致密的羟基磷灰石，即Mg离子注入改善了纯钛的生物活性。通过对沉积机理的探讨，表Ij

3、yJMg离子注入对纯钛表面沉积羟基磷灰石能力的改善是由于在浸泡过程中Mg离子从试样表层逐渐溶出，引起试样表面附近溶液局部电荷偏聚，使钙、磷离子在表面吸附形成局部钙磷含量过饱和，促使钙磷层形核。C离子注入后纯钛试样表面形成了TiC强化相，弥散分布在试样表层；试样表面的力学性能(显微硬度和弹性模量)和抗磨损性能均有所提高，摩擦系数下降，在仿生环境中的腐蚀速度减慢，注入能量越高改性的效果越明显，但注入剂量的影响并不明显。在注入能量为60keV、剂量为2x1007iota／era2时表现出最好的改性效果，此时试样表面的显微硬度和弹性模量分别提高了613％和95％；比磨损率和摩擦系数分

4、别下降了70％和71％，虽仍表现出明显的磨粒磨损特征，但划痕变浅，粘着痕迹减少；极化阻力升高了约lO倍。同Mg离子注入相比，C离子注入对纯钛试样表面力学性能和耐腐蚀性能的提高更为显著。．‘镁，碳离子注入后有效的改善了医用纯钛的表面综合性能，为离子注入技术在纯钛表面改性中的应用提供了有价值的参考。关键词：离子注入，生物材料，碳离子，镁离子，仿生沉积，羟基磷灰石ABSTRACTIonimplantationtechnologycaneffectivelyimprovethesurfacepropertiesandbiologicalactivityofpuretitanium．I

5、twillopenupabroadprospecttopuretitaniumtOgetabeReruseinclinicalpractice．Duetothesolidintegrationbetweenimplantedionsandthematrix，thevarietyofcandidateionsandthegoodcontrollabilityandrepeatability,andnon-contaminationofthistechniqueitself,MEVVAionimplantationhasbeenextensivelystudiedinrecent

6、years．Inthispaper,carbonandmagnesiumionswereimplantedintothepuretitaniumrespectivelyusingMEVVA．Carbonimplantationwascarriedoutatachoseniondose0f2．m击．O×10¨iota／erazandtheenergyof40and60keV,whilemagnesiumimplantation2．0x1017ions／cm2and90keV．Theeffectofionimplantationonthehardness，modulus，wear

7、resistance，frictioncoefficientandcorrosionresistanceofpuretitaniumwasexaminedbydifferentsurfacepropertymeasurements．Thesurfacemorphologywasobservedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)andtransmissionelectronmicroscopy(TEM)，elementcontentWasanalyzedbyenergydi