Ta和Ag离子双注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究
采用Ta和Ag离子双注入对医用Ti6Al4V合金进行表面改性,以Ta离子1.5×1017ions/cm2先注入,Ag离子1×1017ions/cm2后注入合金样品表面。采用动电位极化曲线研究Ta+Ag离子双注入前后Ti6Al4V合金抗Hank′s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究离子双注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,以X射线光电子能谱技术分析离子双注入样品表面、离子注入合金腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ta+Ag离子双注入改善了Ti6Al4V合金抗Hank′s溶液腐蚀性能,离子双注入合金的腐蚀电流密度与对照样相比降低了94.6%。离子双注入Ti6Al4V合金表面生成的耐蚀合金层、少量单质Ta和Ag、合金表面的氧化物腐蚀阻挡层有利于合金抗Hank′s溶液腐蚀性能的改善。
关键词： Ti6Al4V;离子双注入;抗腐蚀性能;表面改性
基金项目: 射线束技术与材料改性教育部重点实验室开放基金项目(0604)
Ti6Al4V 合金具有比强度高、无磁性、良好的生物相容性和抗腐蚀性能, 成为人造骨骼的首选材料[ 1- 3] 。但Ti6Al4V 合金含有非完全生物相容性的合金元素V、Al, 在长期的植入过程中会析出微量的钒和铝离子, 降低Ti6Al4V 合金材料的细胞适应性且有可能对人体造成危害, 同时还可能导致植入体无菌松动而失效。
几乎所有的表面改性技术都被用于Ti6Al4V 合金表面改性以提高其耐腐蚀性能[ 4- 9], 并取得了一定的效果。但效果并不令人十分满意, 其中最突出的问题是膜基结合问题。离子注入用于解决膜基结合问题具有独特的优势, 注入元素与基体溶为一体,不形成新的界面, 不存在膜脱落的问题。能在原子级的范围内调整材料表面的成分和结构, 从而精确控制材料表面和界面特性。Steve 等[ 10- 13] 采用Y、Rh、Hf、Pt、Pd、Ir、Au 离子注入提高Ti6A14V 合金的耐腐蚀性, 注入的这些元素仍然存在非完全生物相容性的问题。
Ta 具有很好的生物相容性和优异的抗腐蚀性能,Ta 植入骨内能与新生骨直接结合[ 14] , 成为制作外科植入物的理想材料。Ag 具有广谱抗菌性能, 是人体组织内的微量元素之一[ 15- 17] 。离子双注入可以充分发挥每一种注入离子的表面改性优点, 与单离子注入相比, 可望取得更好的表面改性效果。为此, 本工作研究Ta+ Ag 离子双注入对Ti6Al4V 合金抗Hank珜 溶液腐蚀性能的影响, 同时对Ta+ Ag 离子双注入Ti6Al4V 合金Hank珜 溶液腐蚀的改性机制进行初步探讨。
结论
(1)Ta+ Ag 离子双注入改善了Ti6Al4V 合金抗Hank珜 溶液腐蚀性能, 注入合金样品的腐蚀电流密度比未注入合金减小了946%。
(2)Ta+ Ag 离子双注入Ti6Al4V 合金样品表面氧化物层( 由Ta2O5 和其它价态的钽氧化物、TiO2 组成) , 连同离子双注入形成的耐蚀性表面合金层、表面生成的少量单质Ta 和Ag 共同组成了Ti6Al4V 合金表面的耐腐蚀阻挡层, 提高了Ta+ Ag 离子双注入合金样品的耐腐蚀性能。
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