学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

生物医用Ti-Mn合金的组织结构与性能研究

作　者: 李爱东
导　师: 郑玉峰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: Ti-Mn合金胆管支架铸造钛合金电化学腐蚀细胞毒性
分类号: TG146.23
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 44次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文研究了不同Mn元素添加量（2、5、8、10wt.%）的Ti-Mn合金的组织结构、拉伸性能、在模拟口腔环境中的和胆道环境的电化学腐蚀性能、离子溶出行为以及体外细胞毒性等，探讨了其作为牙科修复材料和胆道支架材料的可行性。采用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析等测试手段分析研究了合金的显微组织及相组成随合金化元素含量变化的规律；利用万能材料试验机，研究了合金的拉伸性能；利用显微硬度计和球盘式摩擦磨损实验机研究了合金的维氏显微硬度和耐磨性；通过开路电位测试、电化学阻抗分析和动电位极化测试研究了合金在模拟唾液环境下的电化学腐蚀行为；利用浸泡法以及扫描电子显微镜和X射线衍射分析技术考察了合金在模拟体液环境下和人体胆汁环境下的耐腐蚀性；通过体外浸提法和四甲基偶氮唑盐（MTT）比色法考察了合金浸提液对L929细胞和MG63细胞的体外细胞毒性。铸态Ti-Mn合金的显微组织随Mn含量增加，由单一的等轴-Ti相逐渐演变成由-Ti和TiMn相组成的双相组织；当Mn含量达10wt.%时，合金中还会出现Ti0.48Mn0.52相。铸态Ti-Mn合金的屈服强度和断裂延伸率随Mn含量的增加先增加后降低，抗拉强度、维氏硬度和耐磨性能均随Mn含量增加而增加。与干摩擦条件下的磨损失重相比，在以模拟唾液为润滑的湿摩擦条件下，Ti及铸态Ti-Mn合金的磨损失重降低，耐磨性提高。与铸态Ti-5Mn合金相比，轧制态Ti-5Mn合金的晶粒尺寸明显长大，具有较高的显微硬度和耐磨性，但是力学性能明显下降，断裂延伸率下降了约65%。铸态Ti-5Mn合金具有最佳的强度和塑性配合。在未添加任何成分的模拟唾液中，铸态Ti-Mn合金的电化学腐蚀抗力与纯Ti相近；在含氟的模拟唾液中，纯Ti的耐腐蚀性恶化并发生再钝化，而铸态Ti-Mn合金的耐腐蚀性未明显恶化并未发生再钝化。铸态Ti-Mn合金在几种含有不同添加成分的模拟唾液中浸泡7d后，表面钝化膜发生破坏，引起基体中Ti离子和Mn离子的析出；合金在同时添加NaF和乳酸的模拟唾液中的Ti离子析出量最高。纯钛和铸态Ti-5Mn合金在人体胆汁中呈现钝化现象，维钝电流密度略大于0.1mA/cm2，具有较强的耐腐蚀性。铸态Ti-5Mn合金在pH6.8和pH7.0的人体胆汁中具有与纯钛相当的耐腐蚀性；在pH7.4的弱碱性人体胆汁中，具有较高的自腐蚀电位，耐腐蚀性略优于纯钛。不同锰含量的Ti-Mn合金与水和丙三醇的表面接触角均小于90°，为亲水表面；随合金中Mn元素含量的增加，Ti-Mn合金与水和丙三醇的表面接触角增加。Ti-5Mn合金的表面能在四种Ti-Mn合金中最小，其值与纯钛的表面能大小相当。Ti和Ti-5Mn合金与胆汁接触后，材料表面未发生游离态胆红素或胆红素钙等的聚集和粘附，对胆汁中胆红素的影响较小。纯钛和Ti-5Mn合金在胆汁中浸泡3d时与胆汁中的磷脂没有明显的相互作用；随着浸泡时间的延长（7d），两种材料与胆汁中的磷脂发生了一定的相互作用，引起红外谱图上磷脂的特征峰位置和强度发生变化。通过喷涂方法在纯Ti和Ti-5Mn合金表面制备的PTX/PLGA载药涂层，涂层表明均匀，具有一定的方向性；其接触角与裸金属表面接触角相近。PTX/PLGA载药涂层在人体胆汁中浸泡3d和7d后，对胆汁中胆红素和磷脂成分没有产生明显的影响。体外细胞毒性测试发现，铸态Ti-Mn合金对小鼠成纤维细胞L929和骨肉瘤细胞MG63的毒性级别为1级，属于微毒范畴。随合金中Mn含量的增加，培养的细胞的存活能力在明显下降，说明Mn离子溶出之后对L929细胞和MG63细胞的存活具有一定的毒性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-32
  1.1 引言  12-13
  1.2 生物医用金属材料的研究现状  13-23
    1.2.1 生物医用不锈钢  14-16
    1.2.2 生物医用钴合金  16
    1.2.3 生物医用钛合金  16-21
    1.2.4 生物医用锆合金  21
    1.2.5 生物医用钽和铌合金  21-22
    1.2.6 生物医用可降解合金  22-23
  1.3 齿科修复用钛合金的研究现状  23-25
  1.4 胆道支架材料的研究现状  25-30
    1.4.1 胆道支架材料的种类及性能要求  26-28
    1.4.2 覆膜胆管支架的研究现状  28-30
  1.5 本论文的研究思路及主要研究内容  30-32
第2章试验材料与研究方法  32-42
  2.1 实验方案与流程  32
  2.2 实验材料  32-35
    2.2.1 合金的熔炼  32-35
    2.2.2 合金的轧制  35
  2.3 合金的组织结构分析  35
  2.4 合金的性能测试方法  35-41
    2.4.1 力学性能测试  35
    2.4.2 电化学腐蚀性能测试  35-37
    2.4.3 显微硬度和耐磨性测试  37
    2.4.4 离子溶出行为测试  37-38
    2.4.5 胆汁成分测试  38-39
    2.4.6 表面性能测试  39-40
    2.4.7 体外细胞毒性测试  40-41
  2.5 本章小结  41-42
第3章 Ti-Mn 合金的组织结构与拉伸性能  42-52
  3.1 引言  42-43
  3.2 铸态 Ti-Mn 合金的组织结构和拉伸性能  43-47
    3.2.1 铸态 Ti-Mn 合金的组织结构  43-45
    3.2.2 铸态 Ti-Mn 合金的拉伸性能  45-47
  3.3 轧制态 Ti-5Mn 合金的组织结构和力学性能  47-51
    3.3.1 轧制态 Ti-5Mn 合金的组织结构  47-49
    3.3.2 轧制态 Ti-5Mn 合金的拉伸性能  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章 Ti-Mn 合金的腐蚀性能和摩擦磨损行为  52-70
  4.1 引言  52-54
  4.2 铸态 Ti-Mn 合金在模拟口腔环境中的电化学腐蚀性能  54-58
    4.2.1 铸态 Ti-Mn 合金在模拟唾液中的开路电位  54
    4.2.2 铸态 Ti-Mn 合金的在模拟唾液中的电化学阻抗谱  54-58
    4.2.3 铸态 Ti-Mn 合金在模拟唾液中的动电位极化行为  58
  4.3 铸态 Ti-Mn 合金在胆道环境中的电化学腐蚀性能  58-62
  4.4 铸态 Ti-Mn 合金的摩擦磨损性能  62-68
    4.4.1 铸态 Ti-Mn 合金的维氏显微硬度  62
    4.4.2 铸态 Ti-Mn 合金的干摩擦磨损性能  62-65
    4.4.3 铸态 Ti-Mn 合金在口腔环境中的摩擦磨损行为  65-68
  4.5 本章小结  68-70
第5章 Ti-Mn 合金的生物学性能研究  70-102
  5.1 引言  70
  5.2 Ti-Mn 合金在模拟口腔环境中的离子溶出行为  70-82
  5.3 Ti-Mn 合金在胆汁中的生物相容性  82-89
  5.4 Ti-Mn 合金表面载药涂层制备及性能研究  89-96
    5.4.1 Ti-Mn 合金表面载药涂层的制备  89-91
    5.4.2 Ti-Mn 合金表面载药涂层的表面性能  91-94
    5.4.3 涂覆载药涂层的 Ti-Mn 合金对胆汁成分的影响  94-96
  5.5 Ti-Mn 合金的体外细胞毒性  96-100
  5.6 本章小结  100-102
结论  102-104
参考文献  104-120
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果  120-121
致谢  121-122
个人简历  122

生物医用Ti-Mn合金的组织结构与性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文