一種鈦合金拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦合金拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常用的表面涂層處理方法有:表面鍍鉭、表面陶瓷涂層、表面生物活性涂層等。
[0003](1)表面鍍鉭
[0004]成艷采用多弧離子鍍技術(shù)在NiTi合金板材上鍍鉭，目的是在提高X光可見性的同時，進一步提高抗腐蝕性能，抑制Ni離子溶出，改善生物相容性。SEM和XPS分析表明，采用多弧離子鍍技術(shù)能夠在NiTi合金表面沉積鉭，但在NiTi合金基體和純鉭鍍層之間存在很薄的過渡層。當(dāng)把鍍鉭NiTi合金暴露與空氣中時，鉭表面自然氧化生成厚度約為10nm的鈍化膜，該鈍化膜的成分從外至內(nèi)以此為高價鉭的氧化物和低價鉭的氧化物混合物。NiTi合金的X光照片表明，未鍍鉭的NiTi合金支架在X光片下最暗，隨著沉積時間的增加，鍍鉭支架的X光影像變得越來越亮，說明通過多弧離子鍍法在NiTi合金表面鍍鉭可以提高NiTi合金的X光可見性。
[0005](2)表面陶瓷涂層
[0006]劉敬肖等采用溶膠.凝膠法制備了含磷Ti02薄膜。經(jīng)過500度熱處理lh的含磷Ti02薄膜為非晶態(tài)，薄膜表面粗糙度小，膜層較平滑均勻.薄膜與NiTi合金基體具有較好的界面結(jié)合強度，但隨涂膜層數(shù)增加，界面結(jié)合強度有所下降。電化學(xué)腐蝕和體外生物活性測試表明，含磷Ti02薄膜可作為NiTi基體的表面保護層，使其抗腐蝕性顯著提高，并且在模擬體液中誘導(dǎo)Ca，P沉積的能力較強，具有一定的生物活性。
[0007](3)生物活性涂層
[0008]張征林等選用NiTi基形狀記憶合金做基材，表面真空氣相沉積C型聚對二甲苯膜，并制成網(wǎng)狀血管內(nèi)支架，植入動物血管內(nèi)進行動物實驗和生物相容性研究。結(jié)果表明，等離子體處理時間小于3Min的NiTi基C型聚對二甲苯膜引進極性基團，明顯降低材料與水和已二醇的接觸角，改善材料潤濕性能，提高該材料的表面張力，同時血液相容性好。在狗的腹部動脈血管植入5個月無異常組織增生，也沒有血栓阻塞現(xiàn)象。掃描電鏡下可見支架內(nèi)壁有一層光滑的血管內(nèi)膜襯，血管腔通暢無阻。血管支架內(nèi)膜分光分析照片表明其內(nèi)膜是捧列整齊的內(nèi)皮細胞；且血管內(nèi)膜具有正常的肌層和彈力纖維層。
[0009]NiTi合金從鑄錠到最終絲材、板材或管材，必須綈過熱加工過程如熱鍛、熱乳、熱擠、熱拉拔、熱處理等。在這些過程中一般沒有保護氣氛，加熱的NiTi合金表面與空氣接觸自然會發(fā)生氧化。對于NiTi合金加工制備出的最終產(chǎn)品而言，不論利用其形狀記憶效應(yīng)還是超彈性特性，都不可避免地需要定型處理，最佳熱處理的溫度在400?600°C之闖。顯然沒有真空保護氣氛，構(gòu)件表面將發(fā)生氧化。此外，NiTi合金器械還需要消毒處理，有些消毒方法也會引起表面氧化，甚至消毒好的器械還會面臨儲存問題。如果裸露在空氣中，在室溫環(huán)境下也會自發(fā)吸附氧形成氧化層。
[0010]表面機械處理可采用噴沙、旋轉(zhuǎn)工具研磨和超聲研磨等方法。機械處理是一個漸進的加工過程，完成最終的磨光處理工序后即可達到去除表面的氧化層、確保公差尺寸、使元件表面具有高光澤度的目的。NiTi合金的機械加工性能較差，采用機械加工法加工NiTi工件比較困難。同時該方法受工件的形狀限制也較多，對于形狀復(fù)雜的工件、線材、薄板和細小的工件，用機械加工難以實現(xiàn)，而且機械加工后在工件表面會形成一層冷作硬化的變形層，磨削時還會在表層夾雜一些拋光磨料，從而降低其力學(xué)、腐蝕等性能指標(biāo)。通常，機械處理會在最終熱處理之前進行，機械處理后的最終熱處理不但可以調(diào)節(jié)合金的機械和記憶性能，還可以消除機加工后的表面冷作硬化層，提高元件的疲勞壽命。
[0011]表面清洗
[0012]常用的表面清洗方法有化學(xué)酸洗、超聲清洗、氬離子濺射清洗等。NiTi合金的酸洗液主要采用HF混合水溶液。其目的是對表面進行物理清潔，去除表面劃痕、表面應(yīng)力層和氧化層，并濾去鎳元素。硝酸洗液在清洗NiTi合金之后呈現(xiàn)的綠色源于濾去的Ni離子。Shabalovskaya等發(fā)現(xiàn)，鑄造NiTi合金或噴砂處理NiTi合金經(jīng)HF+硝酸洗后表面的Ni以元素狀態(tài)存在，而黑色氧化表面NiTi合金經(jīng)硝酸洗后表面的Ni仍以氧化物的離子態(tài)存在，表明絲材在拉拔過程中的多次空氣退火形成很厚的氧化層。Sonoda等陰利用俄歇電子波譜分析了直接超聲清洗和用面紗蘸著丙酮擦拭后再超聲清洗對經(jīng)過金剛石研磨和研磨油混合機械研磨的NiTi合金試樣表面元素含量。發(fā)現(xiàn)前者比后者含有大量的碳，表明直接超聲清洗無法去除表面金剛石研磨膏和研磨油。
[0013]表面激光改性
[0014]激光熔化表面(LMS)是一種簡單的改善材料表面腐蝕抗力而不影響基體性能的方法。激光熔化表面處理時，被吸收的能量能夠瞬間傳遞到晶格，快速熔化表面層；激光撤除時，亞表層的金屬能夠讓熔化的表層快冷，實現(xiàn)細化表層晶粒，保證表層化學(xué)成分的均勻性，去除夾雜物和可能的亞穩(wěn)相。利用Nd-YAG激光器進行激光氣體氮化(LGN)NiTi合金.方法是利用激光透過充滿氮氣的密閉室的玻璃窗對NiTi合金試樣的表面進行熔化，實現(xiàn)在NiTi合金的表面形成均勻致密的TiN層。結(jié)果表明，在NiTi合金表面形成的TiN層檢測不到Ni元素的成分信息，而且在Hanks’溶液的浸泡實驗表明，鎳離子的釋放速度被顯著降低。
[0015]由于電化學(xué)拋光及鈍化處理在不銹鋼和鈷鉻合金醫(yī)學(xué)制品的廣泛成功使用，使得生產(chǎn)廠商認為電化學(xué)拋光也是NiTi合金表面鈍化的第一選擇。Trigell利用NDC公司的技術(shù)對NiTi合金進行電化學(xué)拋光，并與其它表面處理試樣相比，AFM表明電化學(xué)拋光樣品的表面粗糙度低于機械拋光樣品，但高于清洗樣品.XPS分析表明，電化學(xué)拋光樣品的表面:表面Ti02/Ni最高，且表面的Ni以元素形式存在的量最少.Trepmer等以NDC公司的鎳鈦合金為試樣，對比了電化學(xué)拋光和機械拋光對表面性能的影響。其具體拋光方法也未提及。結(jié)果表明，機械拋光樣品表面光滑但有劃痕，電化學(xué)拋光樣品的表面更均勻些。測得電化學(xué)拋光的