NiTi合金表面热氧化和辐照接枝改性研究

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发表于 2022-9-17 13:37:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库解析:
NiTi合金具有独特的形状记忆效应、超弹性以及良好的生物相容性,在生物医学领域得到越来越广泛的应用。但是合金中含有大约50 at%的对人体有毒副作用的Ni元素,因此有必要对NiTi合金进行表面改性以提高其耐蚀性,防止Ni离子溶出。本文采用热氧化方法和辐照接枝高分子方法对NiTi形状记忆合金进行表面改性,采用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM) 、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究改性前后合金表面成分、微观结构和形貌特征;采用动电位极化方法测试试样在Hank’s溶液中的阳极极化曲线,研究合金的耐腐蚀性能;通过测量表面水接触角研究了改性对表面亲水性和表面能的影响。研究发现,在450℃空气中氧化处理30~300min以后,NiTi合金表面形成了厚度为200~410nm的钛氧化物层,表面Ni含量大幅度降低。氧化层的厚度、表面粗糙度和纳米凸起的尖锐程度都随氧化时间的延长而增加。氧化处理后NiTi合金耐腐蚀性能得到明显增强,从动电位极化曲线得到120min氧化试样的自腐蚀电位Ecorr和击穿电位Ebr最高,自腐蚀电流icorr最低。观察不同氧化时间NiTi试样在Hank’s溶液中腐蚀后表面形貌图,发现氧化处理后点蚀现象消失,只存在缝隙腐蚀。氧化后NiTi表面自由能增大,亲水性提高,120min氧化试样的水接触角最低。所以,在450℃空气中热氧化处理120min后的NiTi合金具有最高的耐腐蚀性能和最佳的生物相容性潜力。NiTi合金在体积比为1:1的H2O2(30%)与H2SO4(98%)的混合酸液中浸泡后,表面水接触角降低。当浸泡时间为2h时,水接触角最低可降至20°左右,表面羟基(-OH)密度最大,材料亲水性明显提高,但是羟基存在时间比较短,应马上进行硅烷化处理。将NiTi放入体积分数为10%乙烯基三氯硅烷的无水甲苯混合液中加热回流后,硅烷偶联剂连接到表面,使表面呈现疏水性,水接触角最大可增至110°。表层深度1nm处Si元素原子百分含量最大可达到13.79%。将NiTi合金与1mg/ml NH2- PEG-NH2 (MW=1000)的乙醇溶液组成共辐射接枝体系,利用60Coγ射线辐照,在辐照剂量率为20Gy/min,剂量为5kGy,7kGy和10kGy条件下,可将高分子(NH2- PEG-NH2)成功接枝到合金表面。此时表面呈现亲水性,水接触角最低降至75°,高分子接枝密度最高达到4.2×10-8mol/cm2。





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