納米Ti-O薄膜-CoCrMo合金體系拉伸變形后薄膜結(jié)合行為及其界面研究.pdf

1、CoCrMo合金由于優(yōu)異的力學(xué)性能和較高的彈性模量，在心血管支架材料領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注，但是CoCrMo合金支架在植入人體后會(huì)出現(xiàn)有毒離子釋放的問題，導(dǎo)致血管再狹窄、晚期血栓等，威脅病人的生命。對(duì)血管支架進(jìn)行表面改性可以很好地解決這一問題，Ti-O薄膜由于良好的生物相容性和耐腐蝕性而廣泛應(yīng)用于生物材料表面改性的研究。此外，金屬血管支架植入體內(nèi)后是一個(gè)長(zhǎng)期的服役過程，金屬血管支架表面的Ti-O薄膜需要和金屬支架結(jié)合牢固才能應(yīng)用于臨床。本

2、文針對(duì)上述現(xiàn)狀，重點(diǎn)研究了Ti-O薄膜/CoCrMo合金體系變形前后的結(jié)合狀態(tài)、結(jié)構(gòu)及性能的變化，并探究了薄膜與基體的界面結(jié)合情況。
　　本文采用直流磁控濺射技術(shù)在CoCrMo合金表面沉積Ti過渡層，并通過高功率脈沖磁控濺射(HPPMS)技術(shù)制備了不同厚度的Ti-O薄膜。分析了薄膜厚度及過渡層對(duì)于Ti-O薄膜/CoCrMo基體結(jié)合力的影響。研究表明HPPMS方法制備的Ti-O薄膜結(jié)構(gòu)致密且光滑，為金紅石相的TiO2;30 nm T

3、i-O薄膜的結(jié)合力要好于100 nm Ti-O薄膜的結(jié)合力，主要由于隨著薄膜厚度的增加界面剪切力增加，因此在相同的外力載荷下厚膜更容易失效;含Ti過渡層的Ti-O薄膜/CoCrMo合金體系的結(jié)合力要優(yōu)于不含Ti過渡層的樣品體系，主要是Ti過渡層的制備降低了薄膜的殘余應(yīng)力的同時(shí)提高了膜基結(jié)合力。
　　此外，本文對(duì)不同工藝參數(shù)的Ti-O薄膜/CoCrMo合金樣品進(jìn)行了10％、20％、30％應(yīng)變的平面拉伸實(shí)驗(yàn)。分析了Ti-O薄膜/CoC

4、rMo合金體系變形前后的結(jié)合狀態(tài)、結(jié)構(gòu)及性能的變化。研究表明Ti-O/Ti薄膜(30 nm/10 nm，＃3樣品)經(jīng)歷了30％的拉伸應(yīng)變后沒有出現(xiàn)明顯剝落，結(jié)合力最好;拉伸變形對(duì)于CoCrMo基體材料及Ti-O改性后的CoCrMo合金的結(jié)構(gòu)均沒有明顯影響;Ti-O/Ti薄膜表面改性增加了CoCrMo合金材料的親水性，而拉伸變形行為不會(huì)影響改性薄膜的浸潤(rùn)性;而且HPPMS制備的Ti-O/Ti薄膜(30 nm/10 nm，＃3樣品)在不同的

5、拉伸應(yīng)變下（10％～30％）均能維持較高的耐腐蝕性，表明Ti-O/Ti薄膜的制備明顯的提高了CoCrMo合金的耐腐蝕性。
　　為了進(jìn)一步探究Ti-O薄膜/CoCrMo合金體系的膜基結(jié)合情況，本文采用XPS刻蝕和TEM斷面分析方法研究了Ti-O薄膜/CoCrMo合金體系界面處的成分結(jié)構(gòu)。研究表明Ti過渡層與CoCrMo基體存在較強(qiáng)的滲透作用。主要是由于過渡層沉積時(shí)，高偏壓下產(chǎn)生的高能Ti離子以類似注入的效應(yīng)滲入基體。Ti過渡層與Co

6、CrMo基體界面位置的Ti、Co元素的高分辨峰位發(fā)生了向右漸進(jìn)的偏移，界面位置產(chǎn)生了Co-Ti化學(xué)鍵合。通過對(duì)樣品斷面進(jìn)行TEM選區(qū)衍射分析和高分辨傅里葉轉(zhuǎn)換分析確定界面位置存在CoTi金屬間化合物。說明Ti-O/Ti薄膜與CoCrMo基體的結(jié)合方式除了較強(qiáng)滲透作用的物理結(jié)合之外還存在Co-Ti金屬鍵化學(xué)結(jié)合。而Ti-O薄膜/CoCrMo合金樣品界面位置存在較弱的滲透作用，但界面位置的不同元素沒有明顯的化學(xué)位移，說明Ti-O薄膜與CoC