医用镍钛记忆合金表面磁控溅射制备ZrC(N)薄膜的研究

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1、东南大学硕士学位论文医用镍钛记忆合金表面磁控溅射制备Zr-C（N）薄膜的研究姓名：吉宏林申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：储成林20090301摘要本文采用磁控溅射法在医用镍钛形状记忆合金(NiTiSMA)试样表面制备Zr-C(N)薄膜，以期提高其生物相容性。本文先对NiTiSMA试样进行电化学抛光预处理，然后采用JGP450A2型超高真空磁控溅射系统在预处理过的NmSMA试样表面制备Zr、Z以、ZrN和ZrCN四种薄膜，研究其组织结构、力学和生物医学性能，并与电化学抛光过的NiTiSMA试样进行对比。采用扫描电子

2、显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪CXPS)等系统研究了试样的表面组织结构。研究表明：电化学抛光预处理使NiTiSMA试样表面形成了约10nm厚的贫Ni钝化层；磁控溅射法制备的Zr、ZrC、ZrN和ZrCN薄膜都呈现致密的纤维状组织，与NiTiSMA基底结合良好；Zr和ZrN薄膜中出现了少量的Zr02相，而Z以和ZrCN薄膜中不含有其它杂质相。划痕试验研究发现，Zr、ZrC、ZrN和ZrCN薄膜与NiTiSMA基底的结合力分别为60N、41N、40N和43N，都与基底有很好的结合强度。采用纳米硬度仪研

3、究了各种薄膜试样的纳米硬度、载荷和弹性模量与位移之间的关系。研究表明，磁控溅射法制备的Z卜C(N)薄膜提高了试样的纳米硬度，增强了基底抵抗外载荷的能力，但弹性模量有所增加。采用接触角测量、溶血试验和血小板黏附试验研究了Zr-CfN)薄膜对NiTiSMA试样血液相容性的影响。研究发现：与电化学抛光过的NiTiSMA试样相比，磁控溅射法制备的Zr-C(N)薄膜具有合适的亲水性，降低了溶血率，使试样表面血小板黏附数量减少，变形程度和团聚现象得到抑制，试样抗凝血能力得到改善，血液相容性得到提高。采用M1vr细胞毒性试验研究了Zr-C(

4、N)薄膜对NiTiSMA试样细胞相容性的影响。与L929小鼠成纤维细胞共同培养表明：与电化学抛光过的NiTiSMA试样相比，表面制备了Zr-C(N)薄膜的NiTiSMA试样的细胞毒性等级都为O级，更有利于细胞在NiTiSMA试样表面的黏附和增殖，制备的Zr-C(N)薄膜使NiTiSMA试样的细胞相容性得到提高。关键词：NiTi形状记忆合金，磁控溅射，Zr-C(N)薄膜，生物相容性AbstractZr-C(N)filmsweredepositedonthesurfaceofNiTishapememoryalloy(SMA)bym

5、agnetronsputteringinordertoimproveitsbiocompatibility．NiTiSMAwereelectropolishedfirstlyandthendeposited、析tllZr、ZrC、ZrNandZrCNfilmsusingJGP450A2magnetronsputteringsystem．Surfacemicrostructure，mechanicsandbiomedicalpropertiesofthemodifiedsampleswereinvestigatedbycompa

6、rison、j~riththeelectropolishedNiTiSMA．SurfacemicrostructuresofthesamplesweresystematicallyinvestigatedbymeansofScanningElectronicMicroscopy(SEM)，X-myDiffractometry(XRD)andX-rayPhotonelectronicSpectroscopy(xPs)．ItwasfoundthatallaboutlOnmthinpassivationfilmdepletedofN

7、iwasformedontheelectropolishedNiTiSMA．Zr-C(№filmspossessedadensestructure、析廿1afinefibrecharacterandhadgoodcombination、析t11NiTisubstrate．AsmallquantityofZr02phaseWasfoundintheZrandZrNfilms，whereasnoimpurityphaseWaSfoundintheZrCandZrCNfilms．Scratchtestindicatedthatthe

8、Zr、ZrC、ZrNandZrCNfilmspossessedgoodbondingstrengthwithNiTisubstrateabout60N，41N，40Nand43Nrespectively．NanoindentationrelationshipsofHardne