TiNi形状记忆合金表面W离子注入改性及其机理研究

In order to increase the visibility of TiNi shape memory alloys under X-ray, a new method of surface modification of TiNi shape memory alloys using W ion implanted by plasma immersion ion implantation is put forward to develop new type biomedical shape memory alloys which has good properties. In our project, the surface characterizes, microstructure, phase constituent, radiopacity, corrosion behavior and mechanical properties of TiNi alloys before and after W ion implanting will be researched. The experimental results will study the existent, shape and distribution of W element in the surface and the matrix of TiNi alloy and explore the evolution of the phase constituent in surface, near-surface and the matrix of TiNi alloy with the depth of the ion inlantation film increasing.The relationship between the quantity of W ion implanted and radiopacity of TiNi alloys will be built, and the effect of W ion implanting on corrosion behavior and mechanical properties of TiNi shape memory alloys will be investigated, and the mechanism of corrosion resistance of TiNi implanted W ion will be disclosed. Then a new kind of biomedical TiNi alloys will be obtained with high radiopacity and good properties. This research will build theoretical base for the surface modification of TiNi shape memory alloys and developing new type TiNi stent.

本项目提出利用等离子浸没离子注入技术在TiNi形状记忆合金表面注入W离子，以提高TiNi合金的X-光可见性和耐腐蚀性能，发展性能优异的新型生物医用形状记忆合金的新思路，主要研究W离子注入前后TiNi合金的表面特性、微观组织结构、X-光可见性、腐蚀行为和力学性能，探讨W元素在TiNi合金表面注入层和基体中的存在形式、形态与分布规律，探讨TiNi合金W离子注入改性后表面层、近表层与其基体中的物相组成随W离子注入层层深的演化规律，建立W离子注入量与TiNi合金X-光可见性的定量关系，查明W离子注入对TiNi合金腐蚀行为和力学性能的影响规律，揭示W离子注入对TiNi合金耐蚀性的影响机理，获得兼具高X-光可见性和性能优异的新型医用TiNi形状记忆合金，为TiNi合金表面改性和新型TiNi合金支架的研制奠定理论基础。

本项目提出利用等离子注入技术在TiNi形状记忆合金表面注入W离子，以提高TiNi合金的X-光可见性和耐腐蚀性能，发展性能优异的新型生物应用形状记忆合金的新思路，为TiNi合金表面改性和生物学基础研究奠定理论基础，为新型TiNi合金支架的研制和介入治疗器件的实际应用提供技术支撑。本项目主要利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜、原子吸收光谱仪、医用X射线机、纳米压痕和电化学工作站研究了W离子注入前后TiNi合金的表面特性、微观组织结构、X-光可见性、腐蚀行为和力学性能。.研究结果表明，TiNi合金表面注入W离子后，TiNi合金表面形成纳米胞状突起，随注入剂量或电压增大，纳米胞聚集形成纳米沟槽。随注入剂量、注入电压增大，注钨TiNi合金的表面粗糙度增大。且注入电压对表面形貌和表面粗糙度影响最为显著。.W离子注入不改变TiNi合金的物相组成，TiNi合金室温主要由B2母相和TiNi3相组成。高分辨电镜研究表明，W离子注入后在TiNi合金表面形成了损伤层和非晶层。W离子注入层深约50纳米，W离子主要固溶在损伤层中。.W离子注入提高了TiNi合金在Hank‘s溶液中的开路电位，降低了TiNi合金的自腐蚀电流密度，使其自腐蚀电压和击穿电压升高，从而提高了TiNi合金在模拟体液中的耐腐蚀能力，抑制了Ni离子的析出。注入W离子改变了TiNi合金的腐蚀机理，使其由点蚀转变为均匀腐蚀。.W离子注入TiNi合金后提高了TiNi合金的X光可见性，随注入剂量增大，注钨TiNi合金的X光可见性增强，随注入电压升高，注钨改性的合金X光透过率降低，辐射不透明性增强。.W离子注入TiNi合金后使TiNi合金屈服强度和抗拉强度升高，延伸率略有降低，这是由于W在注入层中引起的固溶强化和非晶强化造成的。W离子注入后，合金的杨氏模量略有增大，纳米硬度升高。但由于钨熔点很高，原子半径较大，注入的W元素含量有限，相应其强化作用也有限，W离子注入后TiNi合金仍具有良好的塑性与韧性。.在综合分析W离子注入改性TiNi合金组织-结构-性能-工艺之间的内在联系及其微观机理基础上，确立了获得优异耐蚀性能和X-光可见性能的W离子注入工艺：注入电压40KV，注入电流4mA，注入剂量1.5*1017ions/cm2。