钛和钛合金生物活化处理方法
钛合金表面处理及其生物相容性研究
钛合金表面处理及其生物相容性研究一、钛合金概述钛合金是目前工业上广泛使用的高强度、低密度金属材料，其具有良好的机械性能和化学稳定性。
因此，钛合金在医学和生物领域应用广泛，如人工关节、牙科修复、心脏支架和植入医疗器械等。
但是，与生物体组织的界面接触时，钛合金往往会引发一系列的生物相容性问题。
二、钛合金表面处理钛合金的表面和组织接触时，其生物相容性会受到很大影响。
因此，在制造钛合金植入器材的过程中需要对钛合金表面进行处理以改善其生物相容性。
目前，常用的钛合金表面处理方法主要包括以下几种：1.氧化处理氧化处理是将钛合金表面暴露在氧化性环境中，使其表面形成氧化膜。
该氧化膜可以增加钛合金表面的稳定性和抗腐蚀性，进而增强其生物相容性。
但是，氧化处理后得到的氧化膜厚度不易控制，且容易发生龟裂。
2.电化学处理电化学处理是将钛合金表面浸泡在电解液中，通过控制电位、电流密度和电解液成分等条件，改变钛合金表面的化学成分和形态，增加其生物相容性。
该方法造价相对较低，但对电解液成分和操作条件有一定要求。
3.离子注入离子注入是通过注入氟离子、氮离子等杂质元素，改变钛合金表面的性质。
该方法可以提高钛合金表面的硬度和耐磨性，减少磨损异物对生物体的影响。
但是，离子注入会改变钛合金的晶体结构和化学成分，从而影响其生物相容性。
三、钛合金生物相容性研究钛合金作为一种重要的医用材料，在使用过程中其生物相容性问题备受关注。
近年来，针对钛合金表面处理和生物相容性方面进行了大量研究。
以下为具体研究内容：1.表面处理对生物相容性影响的研究研究表明，不同的表面处理方法对钛合金的生物相容性具有显著影响。
如氧化处理可以改善钛合金表面的抗腐蚀性和稳定性，提高其生物相容性；离子注入可以提高钛合金表面的硬度和耐磨性，但也会对生物相容性造成微小影响。
2.钛合金和人体组织的界面研究钛合金和人体组织的界面接触是关键问题之一。
研究表明，钛合金表面处理可以改变其和人体组织的接触状况，提高钛合金的生物相容性。
阳极氧化法改善钛表面的生物活性和生物相容性
阳极氧化法改善钛表面的生物活性和生物相容性闵阳;李宝娥;李莺;李海鹏;梁春永;王洪水【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2015(044)006【摘要】采用阳极氧化法在钛金属表面成功制备了均匀的纳米结构,生成的纳米管内径约70 nm,壁厚20 nm,管长200 nm.通过模拟体液浸泡实验对植入体的生物活性进行了评价,并通过体外细胞培养实验对生物相容性进行了评价.结果表明:经模拟体液浸泡4周后,阳极氧化处理后的钛表面可诱导磷灰石生成,而仅经过机械打磨的钛金属表面不能.细胞培养实验表明,阳极氧化处理后的钛相较于未处理的钛,有利于细胞在其表面粘附和增殖.基于上述研究结果可知:阳极氧化处理后的钛表面,提高了表面的粗糙度和亲水性,从而改善了钛的生物活性和生物相容性.【总页数】5页(P63-67)【作者】闵阳;李宝娥;李莺;李海鹏;梁春永;王洪水【作者单位】河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;天津医科大学口腔医院,天津300070;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】R318.08【相关文献】1.钛氧膜生物相容性与生物活性的研究与应用 [J], 谢东;翁亚军;黄楠2.阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管在钛表面改性中的研究进展 [J], 于晓琳3.表面等离子渗氮处理钛的生物相容性评价 1.表面分析及力学性能评价 [J], 严洪海4.钛表面钠氢氧钛纳米线的结构、生物活性和MC3T3-E1细胞响应 [J], 景绍东;成夙;周睿;魏大庆;周玉5.阳极氧化法制备医用钛纳米结构表面的工艺研究 [J], 朱红芹;钱仕;吕维洁;;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钛合金表面生物活性涂层的制备与生物学性能研究
钛合金表面生物活性涂层的制备与生物学性能研究钛合金是一种重要的医用材料，广泛应用于人工关节、口腔种植等领域。
然而，钛合金表面的生物惰性限制了其在医学领域中的应用范围。
为了提高钛合金表面的生物活性，研究人员采用了许多方法，其中包括表面涂层技术。
钛合金表面涂层技术是将材料涂覆在钛合金表面，以改善其生物活性。
生物相容性好且不易脱落的涂层材料，能够在体内促进骨细胞的生长和再生，从而增强人工关节和人工牙齿的稳定性。
研究发现，钛合金表面涂层技术是一种比较有效的方法，可显著提高钛合金表面的生物活性。
近年来，许多研究者将钛合金表面涂层技术应用于生物活性涂层制备上。
生物活性涂层是一种新型的涂层材料，可通过增加钙质来提高生物活性。
据报道，利用生物活性涂层制备的钛合金表面，具有良好的生物相容性和生物活性。
因此，本文将针对钛合金表面生物活性涂层的制备与生物学性能进行研究。
1、钛合金表面生物活性涂层的制备制备钛合金表面生物活性涂层的方法有许多种，如有机溶剂法、水热法和离子共存法等。
其中，有机溶剂法是最常用的方法之一，因为它具有以下优点：操作简单、反应条件温和、涂层均匀且具有良好的附着力。
钛合金表面生物活性涂层的制备步骤如下：1) 准备涂层溶液：将适量的钙源和磷源加入有机溶剂中，将其混合均匀，即可得到涂层溶液。
2) 钛合金表面预处理：将钛合金表面放入丙酮中，紫外线照射30分钟。
3) 涂层制备：将钛合金表面取出，涂上涂层溶液，将其晾干。
4) 热处理：将涂有生物活性涂层的钛合金表面放入高温炉中，加热至1000℃，保温3小时。
热处理完成后，使钛合金表面得到致密，坚固的涂层。
2、钛合金表面生物活性涂层的生物学性能2.1 生物相容性钛合金表面生物活性涂层的生物相容性是指其能否与人体组织相容。
为了评估涂层的生物相容性，我们进行了研究。
结果表明，钛合金表面涂有生物活性涂层后，对人体组织没有不良反应，表面附着力强、稳定性好。
2.2 生物活性生物活性是评价涂层材料的重要性能之一。
钛及钛合金表面处理技术和应用
钛及钛合金表面处理技术和应用钛是一种重要的金属材料，具有优异的机械性能、抗腐蚀性能和生物相容性。
在众多的钛制品中，钛及钛合金表面处理技术和应用，是钛材料应用中的重要领域。
本文将对其进行探讨。
一、钛及钛合金表面处理技术1. 电解氧化电解氧化是一种常用的表面处理技术，通过电解过程使得钛表面生成氧化层。
该氧化层具有优异的抗腐蚀性和抗磨损性能，可以保护钛及钛合金表面，在医学领域、航空航天领域等具有广泛应用。
2. 化学镀膜化学镀膜是一种通过化学反应在钛表面附着有机分子的方法，从而生成膜层，从而改善钛及钛合金的耐腐蚀性、生物相容性和机械性能。
此外，化学镀膜技术还可以使得钛表面呈现特殊的光泽和色彩。
3. 等离子喷涂等离子喷涂是一种高效的表面处理技术，通过把金属材料变成粉末后喷涂在钛表面上，从而实现钛和钛合金表面的表面改性。
该技术可以提高钛材料的耐磨性和抗腐蚀性，还可以使得钛表面更好的粘附其他物质。
二、钛及钛合金表面处理应用1. 医学领域钛及钛合金表面处理技术的应用在医学领域中具有非常广泛的应用。
可通过钛及钛合金表面处理技术及应用制造骨植入物、人工心脏瓣膜等医疗设备。
表面处理后，不仅可以提高钛材料的生物相容性，还可以使钛材料坚固耐用、耐磨、不易脱落，并降低钛材料的磨损程度。
2. 机械工程领域钛及钛合金表面处理技术在机械工程领域中也有广泛的应用。
通过电解氧化、化学镀膜和等离子喷涂等表面处理技术能够进一步提高钛材料的耐磨性、抗腐蚀性、耐高温性能以及抗振动性能。
3. 航空航天领域钛及钛合金表面处理应用在航空航天领域，广泛使用于航空发动机、涡轮机、航空船等部件。
表面处理技术能够大幅度提高钛及钛合金材料的耐腐蚀性和机械性能。
另外，在航空航天领域对钛及钛合金表面颜色和表面光泽等要求都比较高，而化学镀膜技术可以满足这种需求。
三、结论钛及钛合金表面处理技术和应用是钛材料应用领域中的重要领域。
通过电解氧化、化学镀膜和等离子喷涂等技术处理后，不仅可以提高钛及钛合金的耐腐蚀性、生物相容性、耐磨性和机械性能，还可以满足航空航天领域对钛及钛合金表面颜色和表面光泽等要求，具有重要的应用价值。
钛和钛合金生物活化处理方法
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酸碱两步化学法
1. 将钛或钛合金在等量的 18%H2SO4和 48%HCl 混 合溶液中浸蚀 30min ;
2 .在140℃的0.2N NaOH溶液中煮沸 5H。然 后再浸入过饱和磷酸钙溶液中，短时间内 可在钛表面形成较厚的磷酸钙层。 在过饱 和磷酸钙溶液处理之前，可以进行预钙化： 将两步处理后的钛或钛合金置入0.5N Na2HPO4 溶液中过一夜，再在饱和Ca(OH)2 溶液中浸导矿化法
模拟生物体内含阴离子的大分子促进无 机矿物相成核的过程。在基体表面引入离 子基团， 形成能从水溶液中诱导异相成核 的表面模板，再进行诱导矿化。
在钛和钛合金表面制得SAM 可通过以下 程序实现：清洗—羟基化—质子化—硅烷化， 得SAM 膜， 再经端基功能化+磺化、羟基化、 磷酯化、氨化等, 得到表面模板， 选择适当 的过饱和Ca-P溶液， 进行诱导矿化。
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碱热处理法
方法：
将钛或钛合金置入60℃的 NaOH 溶液 中 24H，再以5℃/min 升温至600℃保温1H 进行热处理。然后在 36.5℃的SBF 中浸泡， 在钛或钛合金表面形成类骨磷灰石 。不经 过热处理的样品在SBF 中也形成表面磷灰石 层，但经热处理后形成的表面层与基体的 结合更紧密 。
电泳法在形状复杂的表面或多孔表面难以得到
均匀涂层， 需要预先制得 HA原料。 其涂层与基 体的结合强度也不高， 要满足植入要求， 还需进 一步改进。
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阳极氧化法
用含少量水的 NaNO3甲醇溶液作为电解液，以钛或钛 合金作为阳极进行阳极氧化，可在表面制得锐钛矿型的表 面层， 与甲醇反应生成钛酸甲酯。由于水的存在，钛酸甲 酯迅速水解，形成无定型 TiO2，类似于溶胶 -凝胶法制得 的钛凝胶。而用 β—甘油磷酸钠和醋酸钙作电解液进行阳 极氧化，可以制得非晶态的含Ca，P的阳极氧化二氧化钛 表面层。表面层与基体结合强度较高。经水热处理时，转 变成晶态HA。试验表明，阳极氧化法处理过的植入体的骨 相容性好，结合强度和骨沉积量都明显高于未处理的钛。
钛表面生物活性处理及诱导沉积磷灰石层研究的开题报告
钛表面生物活性处理及诱导沉积磷灰石层研究的开
题报告
题目：钛表面生物活性处理及诱导沉积磷灰石层研究
研究背景：
随着生物医学领域的不断发展，越来越多的医疗设备和材料被应用
于临床。
而钛及其合金由于具有优异的生物相容性、腐蚀抗力和机械性能，成为了生物医学领域广泛使用的材料之一。
然而，钛表面的生物活
性弱成为了限制其应用的瓶颈。
因此，在钛表面生物活性的研究方面进
行探索，具有重要的意义。
研究方法：
本研究将采用化学处理法对钛表面进行改性，通过改变物化特性，
在表面形成具有生物相容性和生物活性的层，并利用沉积技术诱发磷灰
石层的生长过程。
研究过程将通过工艺参数的选择为基础，分析组成、
表面形貌和生物活性等方面进行表征，并研究不同处理方式对磷灰石层
生长过程中形态和细胞活性的影响。
研究目标：
本研究旨在探索对钛材料表面进行生物活性处理的方法，以期实现
改善钛材料的生物相容性和生物活性，并通过磷灰石层的沉积，进一步
研究材料与体液的相互作用，为进一步开展钛类材料的应用提供理论和
实验基础。
研究意义：
本研究将为改善钛材料在生物医学领域应用的限制提供一种新思路，同时也有助于深入了解生物材料的表面结构和生物活性的形成机制，为
生物医学材料的研究和开发提供新的思路和方向。
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化学法
对钛及钛合金表面进行化学改性使其具 有生物活性， 在模拟体液中浸泡或在动物 体内骨位置种植均能形成表面类骨磷灰石 层， 所以化学法也称为生物仿生方法或生 物矿化法。
方法：
溶胶- 凝胶法、碱热处理法、酸碱两步 化学法、双氧水处理法、表面诱导矿化法
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电泳沉积法
以HA或其它磷酸盐粉末为原料，在电场作用 下， 磷酸盐颗粒沉积在钛基体上。对电化学结晶 沉积法和电泳沉积法， 都需加热焙烧等后处理来 提高涂层与基体的界面结合强度。用这种方法涂 层的基体植入动物体内后， 在短期内就可以形成 骨直接接触， 而在有涂层和无涂层的植入体中纤 维的数量相似。 电泳法在形状复杂的表面或多孔表面难以得到 均匀涂层， 需要预先制得 HA原料。 其涂层与基 体的结合强度也不高， 要满足植入要求， 还需进 一步改进。
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特点
优点：
生产效率高、涂层均匀、涂层与基体间结合 强度较高、 重复性好以及适合工业化生产
缺点：
需要复杂的设备，成本相对较高，对工艺参 数的调控要求也很严格；而且涂层成分和结构与 自然骨中HA不一致， 不能在复杂形状表面获得均 匀涂层。
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碱热处理法 方法：
将钛或钛合金置入60℃的 NaOH 溶液 中 24H，再以5℃/min 升温至600℃保温1H 进行热处理。然后在 36.5℃的SBF 中浸泡， 在钛或钛合金表面形成类骨磷灰石 。不经 过热处理的样品在SBF 中也形成表面磷灰石 层，但经热处理后形成的表面层与基体的 结合更紧密 。
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特点
优点：
比较简单，易于操作
缺点：
涂层性能对溶胶成分、ph 值、 温度等 条件较为敏感。此外， 涂层与基体结合强 度不高。
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等离子喷涂法
方法： 利用两直流电极之间产生的电弧使通过电极间 的气体电离而形成热等离子体， 温度可3X104K， 将粉末材料送入等离子焰中加热熔融， 并高速喷 射到金属基体上快速凝固而形成涂层。在钛及钛 合金基体上制得的等离子喷涂涂层主要由无定型 相、颗粒内层的再结晶相和原结晶相组成，主要 成分包括HA、氧磷灰石、磷酸三钙等。
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电化学法
电化学方法中， 电化学结晶和电泳沉积是在 钛基体上沉积磷酸钙涂层， 阳极氧化法是在钛基 体上制备含HA的复合膜，其生物活性是由外加的 活性涂层所反映出来的. 方法： 电化学结晶沉积法、电泳沉积法、 阳极氧化法
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电化学结晶沉积法
以含Ca，P元素的溶液溶液作电解液， 以钛或钛合金作为阴极进行电解。在电解 过程中， 阴极区域析出 H2，使局部ph 值升 高，从而使磷酸钙在阴极表面沉积，形成 涂层。再经125℃水热处理后， 转变成HA。 以钙盐、磷酸盐为电解质进行阴极电化 学结晶时，容易获得均匀涂层。但阴极沉 积磷酸盐涂层与基体结合强度通常较低， 难以满足植入要求。
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结束语
虽然金属钛及其合金是人体硬组织替换中应 用最为广泛的金属，但它们依然是生物惰性的， 不能与人体自然骨产生骨性结合。 现在已有多种 表面生物活化方法被用以改善钛及其合金的表面 性能， 使其具有表面生物活性。这些方法包括物 理法、 化学法和电化学法 3大类。 各种方法均有 其优缺点。 与物理法相比，化学法具有设备和操 作简单、易形成均匀涂层、并易使涂层具有各种 功效、 涂层结构和成分也与自然骨相似等优点， 因此认为化学法是目前和将来研究的热点方法。 对化学法， 还需要进一步提高效率， 提高涂层与 基体之间的结合强度， 并对其长期植入效果及其 活化机理进行深入研究。
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其它物理法
• 用离子束溅射在钛表面制得的磷灰石涂层 均为非晶态相， 与电流强度无关。经热处 理可以转变为较完全的晶态。 随电流强度 增大， 涂层层与层之间、 涂层与基体之间 的结合强度均增大。 • 用磁控溅射可在钛上制备晶体HA 和无定型 HA 涂层 。 • 用激光法可在Ti6Al4V合金上沉积纯HA晶体 或非晶态涂层。
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浸涂法
方法：
用含Ca，P元素的溶液混合制备羟基磷 灰石（HA）溶胶， 将钛或钛合金在溶胶中 浸涂， 制得 HA 涂层。涂层厚度随浸涂次数 和溶胶中HA含量的增加而增加。 用这种方 法所制得的涂层与基体之间结合力很弱。 涂层中的HA 晶体在动物体内易被吸收，能 使新骨很快生成， 可以用于初期成骨。
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为什么？
钛及钛合金表面有一层致密的二氧化钛钝化 层，在植入人体后， 不能诱导磷酸盐沉积。 钛 及钛合金与骨组织往往形成骨整合， 而不能形成 骨性结合。钛及钛合金的表面生物活化就是要使 金属经过处理后， 能够在生理环境下诱使磷灰石 层沉积在金属表面， 从而与骨组织实现直接化学 键合。 这样可以使种植体在具有较高机械强度的 同时具有表面生物活性。
• 物理法 • 化学法 • 电化学法
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物理法
通过涂覆磷酸盐涂层或注入Ca 等元素在 钛表面引入生物活性涂层，制备活性涂层/ 钛复合材料。在生理条件下， 钛与骨组织 间经过所涂覆的涂层或其他磷酸盐等形成 骨性结合。
方法：浸涂法、等离子喷涂法、其 他（火焰喷涂法、 射频溅射法、 激光法）
钛和钛合金生物活化 单击此处编辑母版标题样式
刘正宁 金材1092
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目
录
• 简介 • 多种生物活化方法 • 结束语
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生物医用材料
定义：
指用于对生物体进行诊断、治疗、 修复或替换其病损组织、器官或增进其功能 的新型高技术材料。
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溶胶- 凝胶法
方法：
通过在钛及钛合金表面涂覆钛凝胶而使其具 有生物活性 。将溶有蒸馏水的酒精加入钛酸酯并 强烈搅拌，用硝酸酸化防止TiO2沉淀，得到前驱 体。硝酸钙/ 磷酸酯溶液混合并加入前驱体中，酒 精挥发后得到涂覆混合物溶液。基体在涂覆溶液 中浸提，溶液涂覆在基体表面。高温处理得到结 晶表面膜。 其厚度可由浸提速度和次数及不同粘 度的前驱体来控制。 热处理后， 将其浸入SBF中， 表面有磷灰石沉积。
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表面诱导矿化法
模拟生物体内含阴离子的大分子促进无 机矿物相成核的过程。在基体表面引入离 子基团， 形成能从水溶液中诱导异相成核 的表面模板，再进行诱导矿化。 在钛和钛合金表面制得SAM 可通过以下 程序实现：清洗—羟基化—质子化—硅烷化， 得SAM 膜， 再经端基功能化+磺化、羟基化、 磷酯化、氨化等, 得到表面模板， 选择适当 的过饱和Ca-P溶液， 进行诱导矿化。
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钛的生物活化
定义：
是指毒物在有机体内积累，经过转化， 形成更高浓度的有害物质的现象。
两种手段：
1.在钛表面涂覆生物活性涂层（如磷酸 盐）
2.通过表面改性使原钝化态氧化膜转化为活 性 氧化膜或其他活性膜 (如钛酸盐)
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生物活化方法
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酸碱两步化学法
1. 将钛或钛合金在等量的 18%H2SO4和 48%HCl 混 合溶液中浸蚀 30min ;
2 .在140℃的0.2N NaOH溶液中煮沸 5H。然 后再浸入过饱和磷酸钙溶液中，短时间内 可在钛表面形成较厚的磷酸钙层。 在过饱 和磷酸钙溶液处理之前，可以进行预钙化： 将两步处理后的钛或钛合金置入0.5N Na2HPO4 溶液中过一夜，再在饱和Ca(OH)2 溶液中浸泡5h.
分类：
生物医学金属材料、生物医学高分子 材料、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷、 生物医学复合材料、生物医学衍生材料
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常用的医学生物材料
医用硅橡胶
人 工 骨
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钛及钛合金
优点： 钛有优良的机械性能、无毒、质轻、强 度高且具有优良的生物相容性。 用途： 用于制造植入人体内的医疗器件、假体 或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。广 泛用于各种人工关节人工骨、骨固定器件、 义齿、齿科嵌、固定桥等。
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双氧水处理法
在双氧水中混合不同的氯化物，将钛片 在混合溶液中处理 24h后，浸入 SBF后， 发 现只有 H2O2+SnCl2 和 H2O2+TaCl2 处理的有 磷灰石沉积。 对 H2O2+TaCl2 处理的样品进 行热处理， 再浸入SBF 也形成磷灰石沉积。 经 300℃热处理后，可以消除干扰磷灰石成 核的表面过氧化物。
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阳极氧化法
用含少量水的 NaNO3甲醇溶液作为电解液，以钛或钛 合金作为阳极进行阳极氧化，可在表面制得锐钛矿型的表 面层， 与甲醇反应生成钛酸甲酯。由于水的存在，钛酸甲 酯迅速水解，形成无定型 TiO2，类似于溶胶 -凝胶法制得 的钛凝胶。而用 β—甘油磷酸钠和醋酸钙作电解液进行阳 极氧化，可以制得非晶态的含Ca，P的阳极氧化二氧化钛 表面层。表面层与基体结合强度较高。经水热处理时，转 变成晶态HA。试验表明，阳极氧化法处理过的植入体的骨 相容性好，结合强度和骨沉积量都明显高于未处理的钛。 利用阳极氧化法可以得到活性TiO2涂层， 也可以 得到含Ca，P 的TiO2涂层。