仇安，陳慧，宋婕，程學(xué)進(jìn)，丁紅燕,2，周廣宏

NiTi合金激光熔凝處理及其生物腐蝕性能研究

仇安1，陳慧1，宋婕1，程學(xué)進(jìn)1，丁紅燕1,2，周廣宏1

（1.淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

通過對NiTi合金表面進(jìn)行激光熔凝處理，從而提高NiTi合金的耐腐蝕性能。利用紫外激光器對NiTi合金進(jìn)行表面熔凝處理，借助掃描電子顯微鏡（SEM）、光學(xué)顯微鏡（OM）、能量色散X射線光譜儀（EDX）和X射線衍射儀（XRD）等技術(shù)手段，研究了激光熔凝處理前后NiTi合金的表面顯微組織、成分和相結(jié)構(gòu)。測試了激光熔凝處理前后NiTi合金表面與模擬體液（SBF）的接觸角、熔凝層的顯微硬度等表面性能。通過全浸腐蝕試驗和電化學(xué)測試，研究了熔凝層在SBF溶液中的生物腐蝕性能，并分析了腐蝕機(jī)理。NiTi合金經(jīng)過激光熔凝處理后，在合金的表層形成了厚度為90～150 μm的熔凝層，熔凝層主要由TiO2、β相以及少量的TiO相組成。合金表面的平均顯微硬度提高了153～279HV，合金的表面接觸角增大，由親水性轉(zhuǎn)為疏水性。相較于未處理的樣品，熔凝處理后的樣品在SBF溶液中的腐蝕電位分別正移了435 mv和413 mV，腐蝕電流密度分別下降了83%、62%左右。熔凝處理后的樣品在SBF溶液浸泡168 h后，SBF溶液中的Ni2+濃度下降了約1/3。以適當(dāng)?shù)募す饧庸?shù)對NiTi合金進(jìn)行激光熔凝處理，可在NiTi合金表面形成致密的氧化膜，這層氧化膜和熔凝層可以有效地抑制NiTi合金在SBF溶液中的點腐蝕行為。

NiTi合金；顯微組織；激光熔凝；熔凝層；生物腐蝕；氧化膜

NiTi合金具有優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)和良好的生物相容性，作為生物醫(yī)用材料最早應(yīng)用于口腔正畸[1]，之后又在骨科器械、血管和腔道植入器械等領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用。與常用的CoCr合金、316L不銹鋼等生物醫(yī)用金屬材料相比，NiTi合金有著更小的彈性模量，可以有效減少應(yīng)力遮擋[2]。NiTi合金骨科器械能對周圍骨組織施加應(yīng)力，有利于固定矯正患骨，縮短骨愈合周期[3-4]。作為血管和腔道植入器械時，利用其形狀記憶效應(yīng)可以很好地克服支架難以移動、容易損傷血管和腔道等缺點[5-6]。但是，NiTi合金植入人體后會在體液的腐蝕下溶出Ni2+。Ni是一種有毒重金屬[7]，即使是少量的Ni2+也會誘發(fā)過敏、中毒或癌變，甚至引起細(xì)胞DNA的突變，國際癌癥組織已將Ni確定為第一類致癌物[8-10]。

對NiTi合金而言，目前解決Ni2+溶出最常用的方法是對其進(jìn)行表面改性處理，主要方法有熱氧化[11]、化學(xué)氧化[12]、溶膠凝膠法[13]、陽極氧化[14]、微弧氧化[15]等。熱氧化操作簡單、成本低、耐腐蝕性好，但是表面會生成對人體有害的Ni2O3?；瘜W(xué)氧化的氧化能力不足，形成的氧化膜不穩(wěn)定，表面還會出現(xiàn)裂紋。溶膠凝膠法制備改性層所需時間較長，涂層與基體結(jié)合力差。陽極氧化可以形成均勻的氧化膜，但耐腐蝕性能仍需要進(jìn)一步提高。微弧氧化法得到的氧化膜結(jié)合力好，但對生產(chǎn)設(shè)備要求高，工藝相對復(fù)雜。顯然上述方法仍不能很好地滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對材料提出的更苛刻的要求。

激光熔凝處理是一種綠色的表面改性技術(shù)。激光束經(jīng)聚焦后作用在材料表面，使材料表面快速熔化和凝固，從而獲得致密均勻的表面改性層，材料的表面硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性等表面性能得到不同程度的改善。Sun等[16]對Ti片進(jìn)行激光熔凝處理，發(fā)現(xiàn)加工后的熔區(qū)結(jié)構(gòu)由α單相轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铖R氏體，且隨著激光參數(shù)的調(diào)整，Ti片表面還會形成TiO和TiO2等氧化物，從而進(jìn)一步提高Ti片的耐腐蝕性。

有關(guān)NiTi合金激光熔凝處理的報道相對較少，本文通過對NiTi合金表面進(jìn)行激光熔凝處理，研究其在模擬體液（SBF）中的生物腐蝕性能，探討激光熔凝處理對NiTi合金的金相組織、顯微結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的影響，并揭示熔凝層在SBF溶液中的生物腐蝕作用機(jī)理。

1 試驗

試驗用材料為近等原子比NiTi合金，其由鈦（純度為99.9%）和鎳（純度為99.95%）經(jīng)過熔化冷卻后得到NiTi合金鑄錠，再經(jīng)過熱處理后軋制成型。通過線切割將試樣加工成尺寸為10 mm×10 mm×2 mm的樣品。用400目至2000目的金相砂紙逐級打磨合金表面，再拋光去除表面可能存在的氧化層，最后在超聲清洗機(jī)中用無水乙醇和去離子水清洗后置于室溫晾干。

采用MP101型半導(dǎo)體端面泵浦紫外激光器進(jìn)行激光熔凝處理。激光的波長為355 nm，束斑直徑為20 μm，脈沖持續(xù)時間為25 ns，重復(fù)頻率為50 kHz，掃描間距為25 μm。樣品激光熔凝處理的功率和掃描速度見表1。

表1 激光加工的主要工藝參數(shù)

采用光學(xué)顯微鏡（OM，AxioImager A2）和場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡（SEM，F(xiàn)EI Quanta 250）觀察合金表面的金相組織和腐蝕形貌。采用能量色散譜儀（EDS，Oxford INCA）分析微區(qū)化學(xué)成分。采用DSA20型接觸角測量儀測量樣品表面與SBF溶液的接觸角。采用HV1000型維氏顯微硬度計測量合金的顯微硬度。采用X射線衍射儀（XRD，D8 Discover）分析合金的相結(jié)構(gòu)，靶材為Cu靶（=0.154 052 nm），工作電壓為20 kV，工作電流為30 mA，掃描速度為0.02 (°)/s，掃描范圍為10°～80°。

生物腐蝕試驗采用浸泡腐蝕和電化學(xué)腐蝕2種方法。浸泡腐蝕時，采用37 ℃恒溫的SBF溶液。SBF溶液在實驗室合成，按照每升溶液8 g NaCl、0.35 g NaHCO3、0.225 g KCl、0.230 g K2HPO4·3H2O、0.250 g CaCl2、0.315 g MgCl2·6H2O和0.069 g Na2SO4進(jìn)行配制。樣品四周采用環(huán)氧樹脂密封，僅露出加工表面。樣品分別在浸泡1、2、4、8、12、24、36、48、72、96、120、144、168 h后，用去離子水沖洗，晾干，在顯微鏡下觀察表面腐蝕情況。同時，量取5 ml浸泡溶液，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP，Optima 7000 DV）測量溶液中的Ni2+濃度（采用0.1 mg/L的Ni標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)定）。

電化學(xué)測量采用CHI 660D型電化學(xué)工作站，試驗在37 ℃恒溫的SBF溶液中進(jìn)行。采用三電極體系，其中樣品為工作電極，鉑電極為輔助電極，參比電極為飽和甘汞電極。每個樣品的暴露面積為1 cm2，動電位極化掃描從?1.0 V到1.0 V，掃描速率為1 mV/s。

2 結(jié)果及分析

2.1 激光熔凝工藝參數(shù)優(yōu)化

圖1為NiTi合金經(jīng)過激光熔凝處理后樣品的表面形貌。從圖中可以看出，經(jīng)激光加工后，所有樣品的表面均呈現(xiàn)出規(guī)則的加工紋路，還伴有大量的激光加工燒蝕后留下的孔洞。其中以圖1a的孔洞最多、最大，圖1b的孔洞最少、最小。結(jié)合表1所列出的工藝參數(shù)，可以認(rèn)為激光功率是影響表面燒蝕孔洞大小和分布的主要因素。此外，在圖1a中還可以觀察到貫穿整個表面的裂紋，這些裂紋在后續(xù)服役過程中仍有可能發(fā)生進(jìn)一步擴(kuò)展，也會成為優(yōu)先發(fā)生陽極溶解的活性通道，降低了合金的耐腐蝕性能。而圖1b和圖1c中并沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，結(jié)合表1中的加工參數(shù)，降低激光功率以及掃描速度都可以有效阻止表面裂紋的產(chǎn)生。

圖2為NiTi合金樣品經(jīng)過激光熔凝處理后的橫截面形貌。圖中顯示，在激光熔凝層（LML）的底部存在明顯的垂直于表面的條狀孔洞。圖2a中的孔洞相對大而長，主要是因為激光功率較高，熔池深度較深。激光束的能量密度服從高斯分布，導(dǎo)致熔池底部溫度最高，材料表面首先發(fā)生凝固，而熔池底部凝固時得不到有效補(bǔ)縮，最終形成縮孔[17]。也有文獻(xiàn)指出，孔洞可能是由于激光的沖擊作用，在熔池中形成氣泡，凝固后于熔凝層內(nèi)留下氣孔[18-19]。由于這些孔洞弱化了熔凝層與基體間結(jié)合，在發(fā)生變形時，除了降低樣品的有效承載面積，還容易發(fā)生應(yīng)力集中，增大了樣品變形過程中發(fā)生斷裂的幾率。對比圖2a—c中的孔洞，發(fā)現(xiàn)圖2b和圖2c中的孔洞比圖2a中的明顯小很多，這說明降低激光功率和掃描速度有利于獲得孔洞較少的熔凝層。

圖1 NiTi合金激光熔凝處理后樣品的表面形貌（未打磨處理）

圖2 NiTi合金激光熔凝處理后樣品的斷面形貌

2.2 表面顯微組織

圖3為NiTi合金激光加工前后表面的金相組織。由圖可知，NiTi合金的表面均由針狀的β相（B2型結(jié)構(gòu)）組成，并且圖3a中還有少量的塊狀R相（B19′型結(jié)構(gòu)）；低功率激光加工后，合金的表面組織更為細(xì)小、均勻，如圖3b所示。此外，圖3b和圖3c中還可以觀察到明顯的激光加工后留下的帶狀織構(gòu)。

檢查安全閥是否在檢驗有效期內(nèi)，其整定壓力是否超過容器設(shè)計壓力或最高允許工作壓力。安全閥應(yīng)鉛直裝設(shè)在接管上，若安全閥與空氣儲罐間設(shè)有截止閥，應(yīng)在截止閥上設(shè)置鉛封，保證常開狀態(tài)。

圖4為激光加工后NiTi合金橫截面顯微組織。由圖可知，整個斷面可以分為熔凝層、熱影響區(qū)和基體3個部分。圖4a中的熔凝層厚度約為90 μm，圖4b中的熔凝層厚度約為150 μm。這是因為Sample 4的激光功率比Sample 3的高，且掃描速度更慢，所以具有更大的熔深。2個樣品的熔凝層均由細(xì)小且均勻的針片狀組織組成，且針片的長度約為20 μm。這是由于激光加工的能量較高、冷卻速度較快，合金表面快速熔化后隨即快速冷卻所致，一方面，臨界晶胚的形核率很高；另一方面，形核后的晶粒來不及長大。從圖4中還可以發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)的晶粒相對粗大，這是因為其受到熔池底部高溫的影響，使得晶粒發(fā)生了局部長大粗化。而基體部分仍由針片狀的β相以及少量塊狀R相組成。

圖5為Sample 3和Sample 4橫截面上的維氏硬度隨深度的梯度分布曲線。圖中可以看出，Sample 4的硬度分布梯度較大，Sample 3的硬度梯度相對平緩。此外，合金的熔凝層區(qū)硬度較大，隨著深度的增加逐漸減小，最后趨于平穩(wěn)。結(jié)合圖4可以看到，熔凝層中的晶粒相對細(xì)小，細(xì)晶強(qiáng)化理論表明，晶粒越細(xì)，晶界越多，屈服強(qiáng)度越高，硬度越大。此外，經(jīng)激光加工后在合金表面生成了以TiO2為主的致密的氧化物膜層，也在一定程度上提高了表面的硬度。與基體相比，Sample 4和Sample 3的表面硬度分別提高了153HV和279HV。NiTi合金熔凝層的硬度與激光加工參數(shù)間存在一定的依存關(guān)系，這是因為激光功率影響熔池的最高溫度，而掃描速度影響激光對材料的作用時間，提高激光功率和降低掃描速度都會使熔池內(nèi)部的溫度梯度增大，從而導(dǎo)致熔凝層晶粒變得細(xì)小，發(fā)生細(xì)晶強(qiáng)化作用。對比Sample 3和Sample 4提高的硬度可以看出，激光功率對硬度的影響要強(qiáng)于掃描速度對硬度的影響。

圖6為NiTi合金激光加工前后表面的X射線衍射圖譜。由圖可知，未經(jīng)激光加工的樣品表面主要以β相（B2型結(jié)構(gòu)）和少量單斜R相（B19’型結(jié)構(gòu)）組成，而激光加工后合金的熔凝層表面主要由β相、TiO2以及少量的TiO相組成。

激光加工后表層中并沒有出現(xiàn)Ni的氧化物，這是因為TiO2形成時所釋放的自由能約為NiO的4倍。當(dāng)Ni和Ti同時與O反應(yīng)時，Ti優(yōu)先與O結(jié)合[16]。反應(yīng)式(1)和(2)分別給出了Ni和Ti與O發(fā)生氧化反應(yīng)的自由能變化：

根據(jù)XRD物相的半定量理論，對比Sample 3和Sample 4的XRD圖譜中各相的衍射峰強(qiáng)度，可以發(fā)現(xiàn)，激光熔凝處理后樣品表面的TiO2相含量遠(yuǎn)高于β相和TiO相，即樣品表層的氧化物以TiO2為主。文獻(xiàn)[20]指出，NiTi合金進(jìn)行激光熔凝時，表層氧化物的類型與掃描速度有關(guān)。當(dāng)掃描速度較快時，合金表面只形成一種氧化物，即TiO2；而掃描速度較低時，除了TiO2外，還能形成其他Ti的氧化物。事實上，本文選用的掃描速度遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)，得出的結(jié)論也與文獻(xiàn)報道相符。

圖3 NiTi合金激光熔凝處理前后表面的金相組織

圖4 激光熔凝處理后NiTi合金的橫截面金相組織

圖5 激光熔凝處理樣品維氏硬度隨深度的變化關(guān)系

圖6 NiTi合金樣品的XRD圖譜

2.3 生物腐蝕性行為

圖7為NiTi合金樣品在SBF溶液中浸泡不同時間后的表面腐蝕形貌。由圖可知，浸泡4 h后3種樣品的表面均出現(xiàn)少量點腐蝕坑，以未經(jīng)加工的Sample 1最多。隨著浸泡時間的增加，合金表面的腐蝕坑也逐漸增加，但是可以明顯看出，相同條件下，激光熔凝處理后的Sample 3和Sample 4表面的點腐蝕坑遠(yuǎn)少于未加工樣品。

表2列出了3種樣品在SBF溶液中分別浸泡4 h和168 h后測得的溶液中Ni2+的濃度值。可以看到，Sample 1在浸泡4 h后的溶液中檢測到了少量的Ni2+，而Sample 3和Sample 4的浸泡液中未能檢出。這是因為未經(jīng)加工的NiTi合金表面含有大量的Ni元素，浸泡后由于SBF溶液的腐蝕作用而溶解到溶液中。激光加工后的樣品表面主要是致密的TiO2氧化膜（見上文分析），所以在浸泡初期能有效地阻擋SBF溶液的腐蝕。激光加工后的2個樣品在SBF溶液中浸泡168 h后，浸泡液中Ni2+濃度幾乎相當(dāng)，但與Sample 1相比均降低了64%。結(jié)果表明，激光熔凝處理能夠提高NiTi合金的耐腐蝕性能，并有效地抑制了Ni2+在SBF溶液中的溶出。

圖7 不同NiTi合金樣品在SBF溶液中浸泡不同時間后的表面形貌

表2 NiTi合金樣品浸泡后SBF溶液中的Ni2+濃度

圖8 NiTi合金激光熔凝前后在SBF溶液中的開路電位

圖9為NiTi合金Sample 1以及激光加工后的Sample 3和Sample 4在SBF溶液中的動電位極化曲線。圖中顯示，與Sample 1相比，經(jīng)激光加工后的Sample 3和Sample 4的腐蝕電位明顯正移，而腐蝕電流密度明顯降低。表3給出了圖9中各樣品擬合得出的腐蝕電位和腐蝕電流密度，以及通過法拉第定律求出的腐蝕速率，可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過激光熔凝處理后，與Sample 1相比，Sample 3的腐蝕電位上升了435 mV，腐蝕電流密度和腐蝕速率均下降83%左右；Sample 4的腐蝕電位上升了413 mV，腐蝕電流密度和腐蝕速率均下降62%左右。結(jié)果進(jìn)一步證實NiTi合金經(jīng)過激光熔凝處理后，其耐腐蝕性得到了增強(qiáng)。

圖9 不同樣品在SBF溶液中的動電位極化曲線

表3 不同NiTi合金樣品在SBF溶液中的電化學(xué)腐蝕結(jié)果和腐蝕速率

圖10為3種NiTi合金樣品的表面與SBF溶液間的表觀接觸角圖。由圖可以看出，經(jīng)過激光熔凝處理后的Sample 3和Sample 4與SBF溶液的接觸角大小相當(dāng)，均明顯高于Sample 1的接觸角，這也意味著激光加工后NiTi合金樣品由原來的親水表面變?yōu)槭杷砻?。從前面的XRD分析結(jié)果可知，激光加工后在樣品表面形成了一層致密均勻的氧化層，該氧化層能有效地阻擋腐蝕介質(zhì)與基體直接接觸[21]；另一方面，接觸角增大，同樣也減少了材料表面與腐蝕介質(zhì)的接觸面積，兩者均能提升合金在SBF中的耐腐蝕性能[22]，從而有效地抑制了Ni2+的溶出。

2.4 腐蝕機(jī)理分析

圖11為sample 3浸泡168 h后表面的腐蝕坑及其能譜圖。由圖可見，在腐蝕坑內(nèi)出現(xiàn)了S、Cl和K等化學(xué)元素。腐蝕過程中，Cl?會在點蝕坑內(nèi)以及表面活性點區(qū)域聚集，從而使合金表面出現(xiàn)大量點蝕坑。眾所周知，溶液中的Cl?具有很強(qiáng)的穿透性，并且容易吸附在合金表面，從而破壞合金表面的氧化膜[23]。而且Cl?還能和溶液中的H+結(jié)合，營造局部的酸性環(huán)境，從而加速Cl?對合金表面的侵蝕。

圖10 SBF溶液在樣品表面接觸狀態(tài)側(cè)視圖

圖11 NiTi合金表面點蝕坑（a）及能譜（b）

圖12為NiTi合金激光熔凝處理前后在SBF溶液中的腐蝕示意圖?？梢钥闯?，未加工樣品的表面在SBF溶液中能形成一層鈍化膜（圖9極化曲線中具有明顯的鈍化行為）。文獻(xiàn)[24]指出，這層鈍化膜主要由TiO2和少量NiO組成，且非常薄，通常只有幾十納米厚。在合金表面發(fā)生如下電極反應(yīng)：

式(3)—(4)表明，靠近合金表面的SBF溶液環(huán)境微區(qū)的pH下降，加速了Cl?對合金表面的腐蝕，最終導(dǎo)致鈍化膜被破壞，大量Ni2+溶出，而鈍化膜一旦被破壞很難修復(fù)。

激光加工后，由于樣品的熔凝層表面覆蓋了一層致密的TiO2氧化膜[25]，且這層氧化膜的厚度遠(yuǎn)大于鈍化膜的厚度，所以在浸泡初期可以有效地阻擋腐蝕介質(zhì)的侵入。但是，隨著浸泡時間的增加，合金表面氧化膜會因為點蝕而被破壞。文獻(xiàn)[26]指出，合金表層發(fā)生氧化后在氧化膜下方（次表層）存在著一層富Ni區(qū)，該區(qū)域中Ni元素的含量大于Ti含量。當(dāng)表面氧化膜破壞后，這層富Ni區(qū)將發(fā)生腐蝕，從而在溶液中快速溶出了大量的Ni2+。另外，由于熔凝層的晶粒細(xì)小均勻，且腐蝕電位相對基體較高，也能在一定程度上提高合金抑制Ni2+溶出的能力。

圖12 NiTi合金激光熔凝前后在SBF溶液中的腐蝕示意圖

3 結(jié)論

1）NiTi合金經(jīng)激光熔凝處理后，在樣品表面形成裂紋和孔洞。通過調(diào)整激光功率和掃描速度可改善裂紋和孔洞的大小和分布。

2）NiTi合金經(jīng)激光熔凝處理后，在合金表面形成了厚度為90～150 μm的熔凝層，該熔凝層表面主要由β相、TiO2以及少量的TiO相組成，而基體主要由針狀的β相以及少量塊狀R相組成。

3）NiTi合金經(jīng)激光熔凝處理后，相較于未處理的樣品，樣品在SBF溶液中的腐蝕電位分別正移了435 mv和413 mV，腐蝕電流密度分別下降83%、62%左右；168 h浸泡后溶液中Ni2+濃度下降了1/3。

4）NiTi合金經(jīng)過激光熔凝處理后，合金表面的氧化膜和熔凝層能有效地提高合金在SBF溶液中的耐腐蝕性能。

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Laser Melting Treatment on NiTi Alloy and Its Biological Corrosion Properties

1,1,1,1,1,2,1

(1. Huaiyin Institute of Technology, Jiangsu Huaian 223003, China; 2. Suqian University, Jiangsu Suqian 223800, China)

NiTi alloy with equal atomic ratio has been widely used in biomedical field because of its excellent mechanical properties and shape memory effect. However, NiTi alloy can be corroded and released harmful Ni2+ions in human body. In this paper, laser melting was conducted on the surface of the NiTi alloy to enhance the corrosion resistance in simulated body fluid (SBF). The microstructure, phase structure of NiTi alloy modified by laser melting treatment with various process parameters, as well as the biological corrosion properties of the melted layer in SBF solution were studied. The surface physical properties of the molten layer, such as contact angle and hardness were also tested.

The NiTi alloy specimens were cut into the size of 10 mm×10 mm×2 mm by wire electrical discharge machining, polished by sandpaper, and then cleaned in deionization water. Laser melting was performed on the surface of the NiTi alloy specimens by Diode laser pumped ultraviolet laser (MP101). Microstructure and corrosion morphology were observed by using optical microscope (OM, AxioImager A2) and scanning electron microscope (SEM, FEI Quanta 250) with an Oxford Instrument INCA EDS analyser capability. The EDS analysis has been performed with an acceleration voltage of 10 keV and Cu calibration. The water contact was tested using an angle measuring instrument (DSA20). The surface hardness of the specimens was measured by a Vickers micro-hardness tester (HV1000). The phase structure of the specimens was analyzed by X-ray diffractometer (XRD, D8 Discover). The specimens were sealed with epoxy resin, exposing a surface area of 1 cm2and immersed in SBF solution at 37 ℃ for 168 h for the corrosion test. The concentration of Ni2+ions in SBF solution was measured by inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP, Optima 7000 DV) with 0.1 mg/L Ni standard solution. The electrochemical experiment was carried out using electrochemical workstation (CHI 660D) in SBF solution at 37 ℃. A three-electrode system was adopted, in which the specimen was the working electrode, the platinum electrode was the auxiliary electrode, and the reference electrode was the saturated calomel electrode.

The results show that a melted layer with thickness of about 90-150 μm can be formed on the surface of NiTi alloy after laser melting treatment. The melted layer is mainly composed of TiO2, βphase and tiny amounts of TiO; the substrate is mainly composed of acicular and flake-like β phase and a small amount of striped Rphase. The average surface micro-hardness of the alloy was increased by 153-279HV compared with that of the substrate; the alloy surface changed from hydrophilic to hydrophobic. Compared with the untreated specimen, the corrosion potential of the specimens after laser melting in SBF solution were positively shifted 435 and 413 mV, respectively; and the corrosion current density were decreased by 83% and 62%, respectively; the concentration of Ni2+ions in SBF solution was decreased by about 1/3 after 168 h immersion. The pitting corrosion in SBF solution could be impeded effectively by the oxide film and the melted layer on the surface of the NiTi alloy which were modified by laser melting treatment.

NiTi alloy; microstructure; laser melting; melted layer; biological corrosion; oxide film

V261.8；TG174

A

1001-3660(2023)01-0364-08

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.01.037

2021–12–18；

2022–04–21

2021-12-18；

2022-04-21

國家自然科學(xué)基金項目（51875231）

The National Natural Science Foundation of China (51875231)

仇安（1997—），男，碩士研究生，主要研究方向為生物醫(yī)用金屬材料的表面改性。

QIU An (1997-), Male, Postgraduate, Research focus: surface modification of biomedical metal materials.

周廣宏（1970—），男，博士，教授，主要研究方向為生物醫(yī)用金屬材料及表面改性。

ZHOU Guang-hong (1970-), Male, Doctor, Professor, Research focus: biomedical metal materials and surface modification.

仇安, 陳慧, 宋婕, 等. NiTi合金激光熔凝處理及其生物腐蝕性能研究[J]. 表面技術(shù), 2023, 52(1): 364-371.

QIU An, CHEN Hui, SONG Jie, et al. Laser Melting Treatment on NiTi Alloy and Its Biological Corrosion Properties[J]. Surface Technology, 2023, 52(1): 364-371.

責(zé)任編輯：萬長清