Ag、Cu离子注入医用金属材料表面改性研究

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1、中文摘要MEWA离子注入技术是最近十几年来迅速发展起来的新型表面改性技术。本文采用MEWA离子注入技术，对生物医用金属材料一317L不锈钢、纯钛TA2和Ti6A17Nb合金进行表面改性，分别系统研究7Cu和Ag离子注入对其抗菌性能、显微硬度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的影响，本研究对金属植入物表面性能的改善具有较好的实际应用价值。离子注入采用80keY的能量，铜离子注入剂量为O．5x1017ions／cm2，1x1017ions／cm2，2×1017ion咖n12和4x1017io邶／cIn2，银离子注入剂量为0．5×10"ions／cm2，lxl017ion

2、s／cm2，1．5x1017ions／cm2和2x1017ions／cme。采用琼脂平板法测定试样抗金黄色葡萄球菌性能。测定了离子注入后试样的比磨损率，摩擦系数，显微硬度、耐蚀性能和离子溶出浓度。本实验还对注入层的微观结构、磨痕形貌，注入层成分及深度分布进行分析。试验研究结果表明，未注入试样不具有抗菌效果，随着铜、银离子注入剂量的提高，试样的抗菌性能逐渐提高。当铜、银离子注入剂量分别达到4x1017ions／cm2和1．5x101。7ions／cm2时，三种试样的抗菌率达到99％以上。抗菌机理为从金属基体中溶出的Ag+和cu2+与细菌发生相互作用从而杀灭细菌

3、。铜、银离子注入后，提高了材料表面力学性能。其中，显微硬度分别比未注入样品提高8．48～46．9％和3．88～46．8％，比磨损率分别比未注入样品降低5．79～45．5％和12．87～53．29％。钛及其合金表现出明显的磨粒磨损特征，且有粘着的痕迹，317L不锈钢主要为磨粒磨损。当银、铜离子注入剂量为1x10"ions／cm2时，三种材料具有最佳的耐磨损性能。动电位试验结果表明铜离子注入的三种材料的耐腐蚀性能略有下降，银离子注入的试样保持与未注入试样良好的耐腐蚀性能。AES表明，注入剂量为2×101。7ions／cm2的Ag在距317L表面约12nln处含量

4、最高，达到4．59％，注入深度大于36珊。TEM照片显示。Ag注入317L中注入层出现三个不同区域。铜，银离子注入后的医用金属材料具有很好的抗菌性能和表面力学性能，离子注入是一种具有发展潜力的表面改性方法。关键词：离子注入医用金属材料银铜抗菌表面改性ABSTRACTInrecentyears，MEWAionimplantationhasbeenintenselydevelopedforsurfacemodificationofmaterials．ByusingtheMEWAionimplantationmethod,theeffectsofAgandCuio

5、nimplantationontheantibacterialproperties，microhardness，wgarresistanoeandeorrosiOnbehaviorofmedicalmetallicmaterials，stainlesssteel(317L)，puretitanium(TA2)andtitamumalloy(Ti6A17Nb)Wel'einvestigated．Ionimplantationwascarriedoutatanenergyof80keVwithCuimplantationdoses(0．5x1017，Ixl017

6、，2x1017，4x10"ions／era2)andAgimplantationdoses(O．5x1017，lxlO"，1．5x1017，2)(10"ions／em2)．Theagarplatemethodwasadoptedforevaluationofanti-bacterialactivityofthespeeimansagainststaphylococcusaurell爆．Wearrate，frictioncoefficient,microhardness，corrosionresistingpropertyandionicreleaseconc

7、entrationofthemodifiedsampleswerestudied．Microstrueture，weartrack，compositionandconcentrationprofileofelementsofimplantedlayerwereanalyzed．Theresultsindicatethatunimplantedsampleshavenoantibacterialactivity．TheantibacterialrateagainststaphylococcusaureusontheS1．Lrfaceofthreesamples

8、areincreasedwiththeincreas