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关于Ti ，TiN，TiO2, N–TiO2 作为涂层在生物医学应用上的腐蚀现象的比较研究 Hefeng Wang, RuiZhang, ZhiYuan, XuefengShu, ErqiangLiu, ZhijunHan 摘要 这四种Ti涂层的表现，也就是Ti,TiN,TiO2, 和N–TiO2 因为它的表面特性和在模拟流动体中的电化学特性被认为可应用于医学领域。这四种Ti及其化合物通过等离子体合金化技术覆盖于不锈钢底层。通过SEM，GDOES,XRD研究它的形态、成分和结构，抗腐蚀结果表明Ti，TiN，TiO2, N–TiO2涂层可以获得更高的抗腐蚀能力，而且在SBF环境下有更强的抗腐蚀能力超过在不锈钢底层(SS361L).在Ti ，TiN，TiO2涂层比较中，N–TiO2涂层展示出了更多的抗腐蚀能力，这种抵抗力可能是由于这种涂层的多层结构（外层氧化层，内层扩散的钛和氮）。这种结构还可以隐藏活性离子的扩散。 前言 高铬含量（12–20%）的固溶体通常在合金体中有很好的抗腐蚀表现，拥有这些优点的合金常常被应用在医学，公共领域，食品业和厨房器械。不锈钢目前确定有这些优点。然而，局部腐蚀攻击可以降低来自于植入人体的材料变质而生出的金属离子（Ni2t, Cr3t, andCr5t）。这些问题必定被重视因为可以预防早期的失败由于植入而引起的关键性腐蚀。近来，可考虑的潜在的方法包括把保护陶器的沉积物涂层（例如，TiN, DLC, TiAlN, TiN/ TiAlN, TaN, 和 ZrN涂层）用于金属表面。 各种表面处理技术，例如渗氮，渗碳剂，气体碳氮共渗，物理蒸发沉积物和化学蒸发沉积物。在其它中，过去常常被用来提高不锈钢的腐蚀特性。传统薄的表面层的耐久性差，限制了它们在普通的医疗应用上的使用。耐腐蚀能力的降低是由于铬碳化物和氮化铬对晶界的重沉淀引起的，它们被贫铬区所包围。用于防止晶间腐蚀的一般方法包括减少碳、氮和稳定剂的加入量，如钛和铌。其他的研究已经成功地提高了氮化后不锈钢的耐腐蚀性。没有氮化铬的过饱和氮固溶体应该保持有良好的耐腐蚀性。近年来，TiN, TiO 2 ,和 N – TiO 2已经被成功的应用在外科手术植入和假肢领域作为保护涂层及延长使用寿命。不锈钢基板TiN, TiO 2 ,和 N – TiO 2涂层通过等离子表面合金化技术制成。这种技术的好处是可以在基体表面获得有足够有效厚度、粘附性良好的梯度扩散???，从而保证耐腐蚀表面的持久。在本研究中，TiO 2 ,和 N – TiO 2涂层的制备有两个步骤，首先，通过等离子体表面合金化技术制备Ti和TiN涂层的不锈钢基板，随后，所有制备的Ti和TiN涂层在空气中加热到450℃保持2小时退火，热处理是将金属和非金属元素在不同反应气体中的一种有效的方法，通过氮化钛的氧化合成金红石型二氧化钛。还报道了在空气中退火氧化合成N-TiO2，结果会形成一层TiN薄膜。现在的这个研究对在不锈钢基板上的Ti，TiN, TiO 2 ,和 N – TiO 2涂层表面特性做了比较研究，研究的涂层是做为医疗植入体或假肢的一种保护层。 2实验 2.1材料和方法 AISI 316L型号的不锈钢基板制成直径20毫米和厚度5毫米的不锈钢盘镜面抛光(Rao0.1 μm)。通过等离子体表面合金化技术在不锈钢基板上制备Ti和TiN涂层。溅射靶为纯度为99.9%的钛，密室降压到1帕，在溅射反应前使用纯氩冲刷几次。先用氩离子轰击合金表面来清洁不锈钢样品，通过流动控制器控制氩气和Ar–N2混合气体的使用量。以下是选择钛和氮化钛涂层的参数：密室压力保持在40帕，溅射靶和样品底面的距离是15毫米，底面温度是900℃，过程持续2小时。对于钛涂层，目标电压控制在1100——1150V，底面电压控制在450——500V。对于TiN涂层，目标电压控制在1000——1050V，底面电压控制在450——500V，不断变化的混合气体氩和氮的比例为1：2.通过在空气中退火氧化钛和氮化钛制备TiO 2 ,和 N – TiO 2涂层，随后分别把钛和氮化钛涂层在空气中加热到450℃保持2小时在空气中退火氧化使样品结晶。 2.2特性描述 利用扫描电镜观察样品的截面形貌(SEM,JSM-6360LV,VEGA\\TES- CAN)。合金层化学成分的检测是在直流模式1000V恒压的辉光放电发射光谱仪(GDOES,GDA-750ASpectrumaAnalytikGmbH,Germany)检测。涂层的晶体结构研究使用Rigaku Mymax公司的X射线衍射光谱仪2500px几何角θ–2θ速度每分钟1°。 2.3腐蚀测试 有涂层和没有涂层样品的腐蚀属性通过动电位极化曲线和EIS研究。使用商用的汉克斯平衡盐制备溶液，溶液PH精确调整至7.4.刚被准备的溶液