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TiO2納米管表面改性的Ti-6Al-4V合金的疲勞性能研究

植入體不僅需要具有生物相容性，保證與人體內腐蝕環(huán)境無任何反應，還必須與人體骨骼有較好的整合能力。多種表面改性技術均可使植入物材料克服惰性特性，與活體組織成功結合，提高其與活體組織的骨整合能力。當前許多研究表明，在鈦及鈦合金表面形成高度有序排列的TiO2納米管是最有望促進鈦基植入體與活體組織結合的方法。然而，其前提是保證植入體無機械性能缺陷，尤其是要保證植入體的疲勞性能，這也一直是眾多表面改性技術應用于生物材料的關鍵。此外，TiO2表面層本質上呈脆性，易產(chǎn)生微裂紋，會嚴重降低改性后材料的疲勞性能。但是，當前對TiO2納米管表面改性的研究多集中在其與活體組織的骨整合方面，對表面改性后材料疲勞性能的研究很少。對經(jīng)采用高度有序排列的TiO2納米管表面改性的植入體用材料的疲勞性能進行研究，對于促進該表面改性技術在生物植入體上的應用尤其重要。

巴西學者Carolina Catanio Bortolan等人研究了TiO2納米管表面改性對生物用Ti-6Al-4V合金疲勞性能的影響。通過電化學陽極氧化處理，在Ti-6Al-4V合金表面形成高度有序排列的TiO2納米管。根據(jù)升降法，測試了經(jīng)TiO2納米管表面改性的Ti-6Al-4V試樣在生理學載體溫度37 ℃下的疲勞性能，并與未經(jīng)處理試樣的疲勞性能進行了比較。

研究結果表明：經(jīng)陽極氧化處理后，可以在Ti-6Al-4V合金表面形成直徑為90 nm，長度為600 nm的高度有序排列的TiO2納米管層。納米管底部致密的氧化層以及納米管層極小(納米尺度)的厚度，抑制了試樣表面疲勞裂紋的產(chǎn)生。因此，經(jīng)表面改性后Ti-6Al-4V合金的疲勞性能沒有降低，規(guī)定疲勞壽命為5×106周次時，疲勞壽命極限可達845 MPa。即通過電化學陽極氧化法在Ti-6Al-4V合金表面形成高度有序排列的TiO2納米管層，既可以保證改性后材料與活體組織的有效結合，又能保證改性后材料的疲勞性能不降低。

黃朝文譯自《Materials Letters》