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生物医用钛合金提高耐磨损性能的表面改性研究进展

2020-11-20 17:32:32 120

钛及其合金是骨科和牙科应用中最常用的医用植入物金属材料,因为它们具有低密度、高强度、无毒性和优异的耐腐蚀性能。相比传统的不锈钢和钴基合金,钛合金具有更低的弹性模量,而低的弹性模量已经被证实可以减小应力屏蔽效应,从而更好地诱导和促进骨整合,这些优点使它更适用于临床医学应用。

  然而,钛及其合金不能满足生物医学植入物的临床要求,长期临床研究观察发现钛植入体耐磨性能差,钛植入体摩擦产生的磨屑会引起炎症问题和对人体的毒性作用。

  为了改善钛合金的生物学和摩擦学性能,引入表面改性技术提升钛和钛合金的生物活性、耐磨损性能以及抗菌性能,是改善现有常规生物材料以满足当前和不断发展的临床需求的更经济和有效的方法。

  目前, 已经采用了多种物理和化学方法来提高钛合金表面的磨损性能,通过在钛表面上沉积一层具有优异耐磨性能的陶瓷涂层改善其磨损和腐蚀性能。常用的耐磨涂层有类金刚石碳膜(DLC)、氮化钛(TiN)涂层等。

  类金刚石碳膜(DLC)

  类金刚石碳膜由于其高硬度、优异的耐磨损性能、较低的摩擦系数以及良好的生物相容性,常应用于医用金属植入物作为耐磨涂层。部分由类金刚石碳膜表面改性处理后的植入体装置已经实现了临床应用,在提高人工关节金属组件的耐磨损、耐腐蚀性能方面具有广阔的应用前景。

  氮化钛(TiN)

  TiN 具有良好的耐磨性和耐腐蚀性,最初应用于切削刀具以延长其使用寿命, 后来发现氮化钛具有生物相容性,开始应用于医疗植入物,如整形外科和假牙。目前制备氮化钛的主要方法是物理气相沉积(PVD),化学气相沉积(CVD)与热喷涂。