【摘要】：與醫(yī)用不銹鋼、鈦及其合金等常用的人體植入物材料相比,醫(yī)用塊體非晶合金兼具生物玻璃和生物金屬材料的優(yōu)良特性,擁有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐腐蝕性和生物相容性,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的潛力。目前常用的醫(yī)用材料存在生物惰性、結(jié)合度不高等問題,通常需要進(jìn)行復(fù)雜的表面處理以提高其生物相容性。非晶態(tài)合金處于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu),常用的表面處理方法會(huì)破壞其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),影響其物化特性。而飛秒激光加工的作用脈沖寬度極短,具有很高的時(shí)間和空間分辨率,對(duì)基體的影響極小,在材料表面處理方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。因此,開展新一代醫(yī)用塊體非晶合金飛秒激光加工研究具有重要的價(jià)值。為實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量非晶合金表面處理,本文基于相關(guān)理論與實(shí)驗(yàn)研究,選取Zr_(61)Ti_2Cu_(25)Al_(12)醫(yī)用塊體非晶合金材料,以飛秒激光加工為手段,進(jìn)行單點(diǎn)燒蝕、劃線和大面積結(jié)構(gòu)制備試驗(yàn),計(jì)算了材料的燒蝕閾值,并對(duì)加工后表面微觀形貌、元素組分和潤(rùn)濕性進(jìn)行了檢測(cè)分析。課題具體研究如下:(1)Zr_(61)Ti_2Cu_(25)Al_(12)非晶合金的不同脈沖下的燒蝕閾值研究�；诩す鉄g閾值理論,設(shè)計(jì)不同能量和脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行單點(diǎn)燒蝕試驗(yàn),利用光學(xué)輪廓儀測(cè)量出燒蝕孔直徑,建立起形貌尺寸與激光參數(shù)的關(guān)系,得出不同脈沖數(shù)下的燒蝕閾值。(2)不同參數(shù)下的飛秒激光單點(diǎn)燒蝕和刻槽劃線研究。利用SEM和EDS對(duì)多參數(shù)下的飛秒激光加工形貌和元素成分進(jìn)行分析。結(jié)果表明,飛秒激光加工會(huì)對(duì)材料表面進(jìn)行氧化;單點(diǎn)燒蝕時(shí),隨著激光功率或脈沖個(gè)數(shù)的增加,在非晶合金出現(xiàn)深孔燒蝕區(qū)和微納結(jié)構(gòu)改性區(qū);進(jìn)行刻槽劃線時(shí),速度較低會(huì)導(dǎo)致表面堆積物較多,隨著激光速度不斷增加,材料去除量降低,在沖擊壓力下,可以有效去除燒蝕生成物,表面質(zhì)量逐漸提高。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)低速度下能量累積可能會(huì)對(duì)槽兩側(cè)的氧化層表現(xiàn)出“清洗”作用。(3)飛秒激光加工前后非晶合金表面濕潤(rùn)性研究。利用接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)飛秒激光加工前后表面進(jìn)行了測(cè)量并在3個(gè)月后再一次測(cè)量進(jìn)行對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn),未加工Zr_(61)Ti_2Cu_(25)Al_(12)非晶合金本身具有親水特性,而通過飛秒激光制備的不同微納結(jié)構(gòu)表面的接觸角均明顯降低,表現(xiàn)出優(yōu)異的親水特性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),在空氣中靜置三個(gè)月后,未加工表面接觸角減小,加工后表面接觸角增大,親水特性降低。(4)未加工非晶合金表面及加工后靜置3月后表面化學(xué)組成變化研究。運(yùn)用XPS對(duì)兩組表面的元素組成及可能存在的化合物進(jìn)行了檢測(cè)分析。研究結(jié)果表明,未加工表面會(huì)在空氣中形成主要由氧化鋯構(gòu)成的鈍化層。研究還從表面存在的基團(tuán)變化這一角度分析了加工后表面久置后,親水性變?nèi)醯脑�。本課題的研究成果可以為醫(yī)用非晶合金的飛秒激光精密加工、親水性表面的制備和種植體的表面處理提供技術(shù)上的支持和借鑒。
【圖文】：

大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一第一章 緒論晶合金材料綜述晶合金（AmorphousAlloys）又稱為金屬玻璃（BulkMetallicGlass），卻方法制備出的兼具一般金屬和玻璃優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性質(zhì)的合金材料。非晶態(tài)合金常處于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，在一定溫度范圍內(nèi)可保持原子排列呈現(xiàn)無定形狀態(tài)，只表現(xiàn)出短程有序的結(jié)構(gòu)，如圖 1-1 是納納米結(jié)構(gòu)非晶材料缺陷和化學(xué)微觀結(jié)構(gòu)之間的對(duì)比[1]。與傳統(tǒng)金屬合合金獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其整體表現(xiàn)出更優(yōu)異的綜合性能，它具有很高的強(qiáng)裂韌性和耐腐蝕性，還擁有出色的軟磁能力、儲(chǔ)氫能力、超導(dǎo)能力和良的特性，在醫(yī)療、國(guó)防、信息和能源領(lǐng)域等方面的有重要應(yīng)用前景

對(duì)低冷卻速率下，原子在足夠的時(shí)間內(nèi)重新規(guī)則排列產(chǎn)生晶合金的玻璃成形能力很弱，在以后幾十年里，只能得到狀等尺寸非常小的金屬玻璃，，極大限制了金屬玻璃的發(fā)展玻璃成為了科學(xué)家們亟待解決的問題。74 年，Chen 等[5]采用銅模吸鑄法成功地以相對(duì)較低的臨界了厚度可達(dá) 3mm 的 Pd 基塊狀金屬玻璃。，美國(guó)哈佛大學(xué)教授 Turnbull 等[6]使用氮化硼稀釋法鈍化金核，進(jìn)一步得到了更大尺寸的 Pd-Ni-P 系大塊金屬玻璃。只是成分證明合金液具有一定的玻璃化能力，且成本非常面沒有太大的價(jià)值。 年和 1990 年期間，日本東北大學(xué)金屬研究所的井上明久過往制備工藝研究轉(zhuǎn)向成分設(shè)計(jì)上，通過混合許多類多組的復(fù)雜性及溶體粘度，從而制備出高成形力和熱穩(wěn)定性的La-Al-Ni-Cu、Zr-Al-Ni-Cu、Zr-Ti-Ni-Cu-Be 塊狀非晶合金上的重大突破。
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG139.8;R318.08

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本文編號(hào)：2709400