钛合金表面多孔陶瓷膜的制备及其性能研究(2)
介绍了一些对钛及钛合金行之有效的先进表面处理技术,如化学处理、阳极氧化处理、化学镀及电镀、微弧氧化、电泳沉积和纳米电沉积等,并对其应用加以讨论和评述。这些表面处理方法大大扩展了钛及钛合金的应用领域,促进了钛及钛合金在各行业领域的应用。
1.1 钛及钛合金的性能特点
钛及钛合金作为人体植入材料具有以下吹冰大优势[2]：
1、 轻
钛及钛合金的密度，20℃时为4.5克/厘米³，仅为不锈钢的56％，植入人体内大幅度减轻了人体的负荷重，作为医疗器械也减轻了医务人员的操作负担。
2、 弹性模量低
纯钛的弹性模量为10850公斤力/毫米³，仅为不锈钢的53％，植入人体内与人体自然骨更接近，有利于接骨，能够减少骨头对植入物的应力屏蔽效应。
3、无磁性
钛及钛合金是无磁性金属，不受电磁场和雷雨天气的影响，这有利于使用后的人体安全。
4、无毒性
钛及钛合金的无毒性，作为植入物对人体无毒副作用。
5、抗腐蚀性
钛及钛合金被称为是生物惰性金属材料，对人体血液的浸泡环境具有优异的耐腐蚀性能，保证了与人体血液及细胞组织的良好相容性，作为植入物不产生人体污染，不会发生过敏反应，这是钛及钛合金应用的基础条件。
在人体植入物用钛及钛合金表面进行阳极氧化着色处理，提高了植入物在人体条件下的耐磨性、耐蚀性和循环疲劳抗力，也在很大程度上解决了金属离子的溶出问题，提高了植入物与人体的相容性。同时也可以作为不同规格制品的标识，方便了手术操作。
6、强度高、韧性好
因外伤、肿瘤等因素导致骨、关节损害，为建立稳固的骨支架，必须借助弧形板、螺丝钉、人造骨及关节等。这些植入物要长期留置于人体内，会受到人体的弯曲、扭转、挤压、肌肉收缩力等作用，要求植入物具有高的强度和韧性。研究与临床实例证明，在人体受力小的部位使用纯钛，在人体受力大的部位使用Ti-6Al-4V合金，完全可以满足人体植入物对于强度和韧性的要求[3]。
钛合金以其优异的综合性能而成为目前应用最为广泛的人工关节金属材料，然而，磨损是人工关节无菌松动和晚期失效的主要因素，随着置换关节使用年限的增长，磨损产生的磨屑聚积并诱发机体细胞产生一系列不良的生物学反应，导致假体周围骨质溶解，造成假体松动，严重影响了人工关节的质量和使用寿命。为了满足市场对具有长期稳定质量的人工关节及人工骨的要求，其润滑性以及摩擦磨损性能还有待提高。在钛合金表面阳极氧化是改善其摩擦学性能的有效方法之一。
同时由于钛及其合金表面的耐磨性能较差,影响了钛合金的应用范围及使用性能。近些年来,发展了钛合金的耐磨阳极氧化膜层,以满足实际的需要[4-7]。目前关于钛合金的耐磨氧化层微观形貌、结构,与钛合金相比耐磨性能提高程度及原因的研究和报道还是比较少的[10-12]。但是，钛合金在应用上还存在一些问题：同别种材料接触容易使他种材料产生电偶腐蚀，以及在中等和较高的承受负荷下易被擦伤和腐蚀。克服这些应用难题的途径是改变钛合金的表面性质．其中已被认为有效而简便的方法是施行阳极氧化。
1.2 阳极氧化工艺：
钛和钛合金在大气中能形成一层自然氧化膜，其厚度约为1～5μm[11,12]，它在一定程度上阻止了金属离子的溶出，但该膜层薄而孔隙率大，机械强度低。采用阳极氧化法可在钛及钛合金表面形成几十甚至就几百个纳米厚的氧化层，并出现平均孔径为几百个纳米的多孔结构。
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