钛合金表面Ti(C、N)-Ca-P复合膜层的液相等离子体制备工艺研究(2)
医用材料主要有医用复合材料、医学高分子材料、医用金属材料、医用无机非金属（生物陶瓷）等。其中医用金属材料具有抗疲劳性能和良好的力学性能，被广泛应用于植入材料。医用金属广泛应用于制备各种人工骨、人工关节和骨折内固定器械，在口腔科中还被用于制造义牙、齿套、牙根和填充材料[1]。钴基合金、钛及其合金以及不锈钢是现在临床应用得最为广泛的金属材料。
316L不锈钢因其费用低廉，易加工，被最早作为临床植入材料。Cr在表面形成一层很薄的钝化膜是不锈钢的耐蚀性主要原因。然而316L不锈钢在人体环境极易腐蚀生成Ni、Cr等具有毒性的元素。此外，由于冷加工，不锈钢中部分相变马氏体带有的磁性会影响核磁共振的检查。
钴基合金具有比不锈钢更好的耐磨性能和耐蚀性能，易成型，在临床医学中曾被用作关节材料。有研究表明，钴铬合金对骨细胞有一定毒性，且由于钴的密度大、弹性模量与人骨相差较大、晶粒粗大、机械加工困难，目前已经很少使用[2]。
钛合金具有非常优良的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度，是生物医学方向的新兴材料。医学上，钛合金主要有两类用途——骨科植入和制作口腔材料。目前最常用的是纯钛和Ti6Al4V。纯钛是α相结构，有良好的耐腐蚀性能，但是其强度较低，常用于口腔修复及较小受力部分的修复，加入了Al、V后，Ti6Al4V是α+β的两相组织，强度有很大提高，可以作为承力部分的修复，是目前使用最广泛的植入体材料[3]。
1.1 钛合金在生物医学中不足与展望
由于钛合金本身的性能特点，虽然钛合金的弹性模量只有不锈钢和钴基合金的一半左右，但是其弹性模量和自然骨相差仍然较大，人骨只有10-30GPa，钛合金弹性模量达到100-110GPa。由于应力屏蔽现象，植入体的载荷不能很好地传导到与之接触的骨组织，造成植入体附近出现应力失衡，使得植入体与周围骨组织连接松动、失效。所以通过有效手段降低钛合金表面的弹性模量是解决问题的关键。目前，为了降低钛合金弹性模量在钛合金表面制备多孔材料改性层是行之有效的方法 [4]。
钛及其合金在植入过程中腐蚀产物的形成会导致细胞损伤和血液凝固，最终导致植入失败[5]。钛种植体与骨骼的结合也是一个缓慢而艰难的过程。因此，提高Ti系植入物的性能，需从提高耐腐蚀性以及提高骨细胞与植入体相容性入手。寻找旨在提高以上两种性能的表面处理方法成了当务之急[6]。
1.2 钛合金表面制备Ti(C、N)-Ca-P复合膜层的特点与优势
钛合金和羟基磷灰石都是运用在医学上的生物材料。作为承载骨的替换材料需要具有优良的力学性能和生物学性能。钛合金的综合力学性能和加工性能都符合种植体的需要，但是与机体的结合较差，与周围骨组织只是机械嵌合，亲和性较差。HA具有优良的生物活性，但强度和韧性较差，难以承受负荷或者冲击，这大大限制了它作为材料种植体的应用。上述的两种材料都不能很好的满足医用材料的需要。制备综合以上两种材料优点的复合材料是近年来生物材料研究领域比较活跃的课题。在金属基体表面涂覆改性层是比较有效的途径，既有与人体组织相容性很好的生物活性的涂层，又满足植入体应该具有的良好综合机械性能，从而获得了合适的复合材料，优于单一材料的使用性能[7]。
等离子电解碳氮共渗（PEC/N）是一种在常压条件下通过电解方法产生的等离子体，进行表面处理的新技术。由PEC/N制备的碳氮共渗膜层具有高硬度、低摩擦系数和耐蚀性良好等优良性能。