TiO2纳米管表面改性的Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究



TiO2纳米管表面改性的Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究

植入体不仅需要具有生物相容性，保证与人体内腐蚀环境无任何反应，还必须与人体骨骼有较好的整合能力。多种表面改性技术均可使植入物材料克服惰性特性，与活体组织成功结合，提高其与活体组织的骨整合能力。当前许多研究表明，在钛及钛合金表面形成高度有序排列的TiO2纳米管是最有望促进钛基植入体与活体组织结合的方法。然而，其前提是保证植入体无机械性能缺陷，尤其是要保证植入体的疲劳性能，这也一直是众多表面改性技术应用于生物材料的关键。此外，TiO2表面层本质上呈脆性，易产生微裂纹，会严重降低改性后材料的疲劳性能。但是，当前对TiO2纳米管表面改性的研究多集中在其与活体组织的骨整合方面，对表面改性后材料疲劳性能的研究很少。对经采用高度有序排列的TiO2纳米管表面改性的植入体用材料的疲劳性能进行研究，对于促进该表面改性技术在生物植入体上的应用尤其重要。

巴西学者Carolina Catanio Bortolan等人研究了TiO2纳米管表面改性对生物用Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响。通过电化学阳极氧化处理，在Ti-6Al-4V合金表面形成高度有序排列的TiO2纳米管。根据升降法，测试了经TiO2纳米管表面改性的Ti-6Al-4V试样在生理学载体温度37 ℃下的疲劳性能，并与未经处理试样的疲劳性能进行了比较。

研究结果表明：经阳极氧化处理后，可以在Ti-6Al-4V合金表面形成直径为90 nm，长度为600 nm的高度有序排列的TiO2纳米管层。纳米管底部致密的氧化层以及纳米管层极小(纳米尺度)的厚度，抑制了试样表面疲劳裂纹的产生。因此，经表面改性后Ti-6Al-4V合金的疲劳性能没有降低，规定疲劳寿命为5×106周次时，疲劳寿命极限可达845 MPa。即通过电化学阳极氧化法在Ti-6Al-4V合金表面形成高度有序排列的TiO2纳米管层，既可以保证改性后材料与活体组织的有效结合，又能保证改性后材料的疲劳性能不降低。

黄朝文译自《Materials Letters》