题目：Nb离子注入沉积NiTi合金表面特性研究

 

近等原子比NiTi形状记忆合金具有独特的形状记忆效应，优异的超弹性以及良好的生物相容性，在生物医学领域得到了广泛应用。但是合金长期在人体生理环境下使用，会由于腐蚀、磨损等形式的破坏，导致Ni离子溶出而存在安全隐患。本文采用真空蒸气弧离子源（MEVVA）金属离子注入沉积技术，以具有优异性能和生物相容性的Nb元素作为离子源材料，对NiTi合金进行了表面改性，系统研究了离子注入沉积技术对NiTi合金表面形貌，耐腐蚀性能和生物相容性的影响规律；同时对临床应用的接骨器产品进行了表面改性处理及性能测试，验证了该技术在实际生产中的可行性。

对NiTi合金板表面进行的Nb离子注入沉积表面改性表明：通过调整注入沉积参数，可以控制处理过程中的环境温度变化，保证合金的相变温度变化维持在允许范围内；NiTi合金表面形成了300nm厚的Nb沉积薄膜，表面粗糙度增加；在Nb薄膜和NiTi基体之间形成了约100nm厚的过渡层，且没有“富镍区”存在；改性后的合金表面具有良好的抗变形能力，能够承受至少5%的拉伸变形量而仍然保持完整性。电化学实验结果说明表面改性后NiTi合金的耐腐蚀性能提高，其腐蚀速率由1.2×10-7A/cm2降低至2.9×10-8 A/cm2 ；小鼠胚胎成骨贴壁细胞（ME3T3-E1）培养结果表明，改性前后合金的细胞相容性相当；改性后形成的Nb表面膜能够有效阻挡Ni离子的溶出，使合金在0.9%NaCl溶液+37℃条件下浸泡一天Ni离子溶出量降低达95.9%、一个月后相同条件下的Ni溶出抑制率仍可达到95%。

在三种规格NiTi合金接骨器产品上进行了Nb离子注入沉积表面改性技术的实验验证，完成了300件产品的表面处理。结果表明：该技术不受接骨器复杂形状的限制，可以在接骨器内、外表面和边、角处形成适量厚度的Nb纳米薄膜；表面改性处理后接骨器在0.9%NaCl溶液中+37℃浸泡一个月的Ni溶出抑制率达到60~-85%，达到了技术指标要求。通过对离子注入挂件方式的合理设计，最大限度地提高了批次处理产品数量，为满足工厂大批量，低成本的生产要求奠定了技术基础。