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鈦合金廣泛應(yīng)用于航空航天、化工及生物醫(yī)療領(lǐng)域，但是其硬度較低，抗磨減摩性能差，限制了其應(yīng)用，因此，利用表面改性技術(shù)改善鈦合金的表面性能備受關(guān)注。通常最常用的方法是進(jìn)行化學(xué)處理或化學(xué)氧化，來提高和改善基體與涂覆層的結(jié)合力以及表面的耐蝕性能。但是，化學(xué)氧化所得到的氧化膜層較薄，耐蝕性和耐久性較差。鈦合金表面的氧化膜使得在鈦上進(jìn)行化學(xué)鍍、電鍍難以實(shí)現(xiàn)。相比之下，微弧氧化處理目前普遍被認(rèn)為是最有前途的鈦合金表面處理方法。
微弧氧化，是在電解質(zhì)溶液中(一般是弱堿性溶液)施加高電壓(直流、交流或脈沖)在材料表面原位生長陶瓷氧化膜的過程，該過程是物理放電與電化學(xué)氧化、等離子體氧化協(xié)同作用的結(jié)果。該技術(shù)是在普通陽極氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，進(jìn)一步提高電壓，使電壓超出法拉第區(qū)，達(dá)到氧化膜的擊穿電壓，就會在陽極出現(xiàn)火花放電現(xiàn)象，在材料表面形成陶瓷氧化膜，使等離子體氧化膜既有陶瓷膜的高性能，又保持了陽極氧化膜與基體的結(jié)合力。這些特點(diǎn)使其成為表面工程技術(shù)領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用微弧氧化技術(shù)，在電解液中加入了醋酸鈷，從而在TC4合金上生成了耐熱沖擊陶瓷膜，膜層與基底的結(jié)合能高于10MPa，合金在40次循環(huán)的熱震動下，依舊保持穩(wěn)定，表明微弧氧化處理過的TC4合金具有極好的耐熱沖擊性。
近兩年來，由于在含鈣和磷組分的電解液中生成的微弧氧化膜層具有高的抗磨損、抗腐蝕和生物相容性，在骨移植方面引起研究者的興趣。韓國利用微弧氧化技術(shù)在純鈦表面上生成納米晶氫基磷灰石陶瓷層，該膜層中磷灰石陶瓷具有很高的結(jié)晶度，擁有很強(qiáng)的生物相容性，顯示出在整形外科和牙科的修補(bǔ)技術(shù)上的應(yīng)用潛力。我國西安交通大學(xué)對微弧氧化生成含鈣、磷氧化鈦生物活性薄膜進(jìn)行研究，結(jié)果表明：薄膜由銳鈦礦TiO2和金紅石TiO2構(gòu)成，呈內(nèi)層致密、外層多孔的形態(tài);膜層中鈣、磷原子比由內(nèi)至外逐漸增大;膜層經(jīng)水熱處理后，可以轉(zhuǎn)化為含氫基磷灰石的生物活性二氧化鈦層。其中的金紅石型膜層具有獨(dú)特的電學(xué)性能、力學(xué)性能。
β-Ti因具有優(yōu)良的物理性能和生物相容性，被醫(yī)學(xué)界認(rèn)為是下一代整形外科和牙科的應(yīng)用金屬。為了提高β-Ti和人體骨組織的骨合成，可以利用微弧氧化改善β-Ti的表面的生物活性。中國臺灣在β-Ti合金上利用微弧氧化技術(shù)制備TiO2陶瓷膜，并在體外和植入日本小鼠大腿末梢進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明，生成了TiO2膜層，與基底結(jié)合牢固，表現(xiàn)出比基底純鈦更好的骨生成能力，更適合應(yīng)用到醫(yī)學(xué)上植入修正領(lǐng)域。
