《醫用鈦合金切削氧化膜形成機理及其耐腐蝕性研究》是依託山東大學，由萬熠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：醫用鈦合金切削氧化膜形成機理及其耐腐蝕性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：萬熠
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
研究生物醫學鈦合金材料表層氧化膜形成對保障被植入人體的健康具有重要的理論意義和套用價值。.以獲得理想表層氧化膜為目標，提出一種集成切削加工成型與氧化反應生成氧化膜成性於一體加工工藝，進行新型生物醫學鈦合金材料TLM的氧化膜形成研究。揭示切削加工表面層氧化膜產生的機理和條件，研究切削工藝對氧化膜形成的影響因素；通過建立切削熱分配和切削溫度主動控制模型、研製新型結構刀具、採用富氧氣氛等新型工藝，在生物鈦合金表面形成10～20μm均勻、緻密的氧化膜。.研究結果可豐富切削加工理論，為切削加工改性提供一種新思路；同時可縮短生物鈦合金材料的加工工藝鏈，從而可以獲得更高的加工效率並降低加工成本。
結題摘要
鈦合金表面二氧化鈦薄膜對提高鈦植入體耐腐蝕性、生物相容性、抗炎作用及禁止離子溶出有較好的效果，利用富氧氣氛下加工鈦合金生成二氧化鈦薄膜可以實現成形和改性一體化工藝。 基於氧化熱力學理論，通過Gibbs-Helmholtz方程及Van’t Hoff方程建立鈦合金氧化膜形成模型，分析二氧化鈦的形成條件及溫度範圍，獲得形成二氧化鈦膜的最佳溫度範圍在600-900℃。 基於氧化動力學原理，分析不同氧化溫度下鈦合金氧化過程中鈦、氧離子的運動規律以及鈦合金氧化速率的主要控制因素,建立了鈦合金氧化速率動力學模型。 通過大量不同條件下的加工實驗，研究氧化膜的形成規律和特徵。開發了一套氧氣和氬氣混氣設備，在富氧氣氛下進行切削和滾壓加工。車削加工表面氧化膜厚度為69nm，車削並滾壓加工後表面氧化膜厚度110nm。 研究了富氧氣氛下鈦合金加工表面在Hank’s模擬體液中的耐腐蝕性，富氧濃度為55%及80%的車削加工表面在Hank’s模擬體液中的年腐蝕速率比普通加工表面分別下降3.4倍及10.3倍。富氧濃度為80%的滾壓加工表面在Hank’s模擬體液中的年腐蝕速率比普通車削加工表面下降14.7倍。 通過研究成骨細胞的黏附、鋪展，增殖、分化、礦化等細胞行為，評價富氧氣氛下加工鈦合金表面的生物活性。超高速切削加工及滾壓加工所形成的微/納複合結構表面為蛋白質提供了更多的吸附位點，有利於蛋白質的吸附。 本項目所研究的富氧氣氛下切削加工為植入體製備提供了一種新的加工工藝；對於豐富切削加工理論，對縮短植入體加工工藝鏈及被植入人體的健康具有重要的理論意義和套用價值。
