用于生物医学植入物的钛合金上钽涂层的耐磨性和耐腐蚀性

钛（Ti）合金被广泛用作生物材料，尤其是在心血管，牙科和骨科应用。但是，高磨损率和高摩擦系数限制了它作为合适植入材料的寿命。

人类由于关节负荷增加而关节过早退化年轻患者髋关节和膝关节置换的需求以及寿命的延长，意味着持久的可植入医疗设备已经成为必要。

钽的应用

钽（Ta）具有良好的生物医学涂层潜力其生物惰性，良好的机械强度和优异的耐腐蚀性。在模拟生物流体中的钽金属上形成骨状磷灰石层的数量增加其骨结合

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但Ta植入物在骨科和牙科中的利用由于它们非常难加工而受到限制，而钽金属非常昂贵。这意味着在Ti合金上涂覆一层Ta膜作为表面涂层基材可提供腐蚀和耐磨性的理想组合。

钽的生物相容性

ta金属上成骨细胞的生长和分化与组织相当培养塑料和一些常见的金属合金植入物，例如钛合金和钴铬合金。Ta涂层可增加氧气扩散的保护性。

将钛基体的硬度用于承重的骨科植入物。

以CVI/CVD技术在钛基体上沉积涂层，膜的耐蚀性得到改善和成骨细胞的增殖。

钽膜沉积可增强Ti6Al4V的耐蚀性和耐磨性基板。具有比TiN，纯Ta和低温各向同性热解更好的血液相容性碳，这表明CVD/CVI技术的钽膜沉积是人造心脏瓣膜的有希望的候选者。

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溶血的血红蛋白溶液的吸光度与时间的关系

钽的耐腐蚀性

人体液体是与金属表面相互作用的复杂化学系统，植入人体后钛合金会受到腐蚀，它们接触到由有机酸，氨基组成的生理介质酸和人体蛋白质。通常产生微动，缝隙和点蚀的腐蚀现象。

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钽由于溶解度低，在体内环境中具有极强的耐腐蚀性。

以CVI/CVD技术在钛合金表面沉积的钽膜在涉及组织化合物的氧化还原过程中的腐蚀表明钽金属具有出色的耐腐蚀性和生物相容性。

钽的耐磨性

由Ti6Al4V合金基材制成销钉和圆盘，分别做成未涂层和以CVI/CVD技术沉积钽膜涂层的样品。

然后在胎牛血清（FBS）润滑下以15 N的施加载荷和1.09的速度进行润滑m / s，在37ºC（体温）下使用销钉在磁盘上进行磨损测试。

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（a）未涂层的Ti6Al4V合金基材

（b）以CVI/CVD技术在Ti6Al4V合金基材沉积钽膜涂层

比较了未涂层的Ti6Al4V的磨损表面合金基材和钽涂层表面。钽涂层更浅更光滑沿滑轨的凹槽和边缘比未镀膜的表面高，这表明钽涂层表面的耐磨性得到了改善。

钽涂层的耐磨性高于钛，从而降低了微动植骨界面之间的距离也减少了磨损碎片的产生。钽涂层结合了出色的生物活性，适用于承重植入物应用。