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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱偉誠
研究生(外文):Wei-Chen Chiu
論文名稱:鈦鎳銅形狀記憶合金表面金屬離子腐蝕浸出之研究
論文名稱(外文):Study on metallic ions selectively leaching from TiNiCu shape memory alloys
指導教授:張世航
指導教授(外文):Shih-Hang Chang
口試委員:吳錫侃林新智朱閔聖
口試委員(外文):Shyi-Kaan WuHsin-Chih Lin
口試日期:2014-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:化學工程與材料工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:TiNiCu形狀記憶合金腐蝕浸出X光光電子能譜分析電化學性質
外文關鍵詞:TiNiCu SMAsleachingXPS analysisElectral-chemical property
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本研究係探討不同Cu含量之Ti50Ni50-xCux形狀記憶合金於林格氏液中腐蝕浸出合金表面離子釋出情形。根據四點探針及電化學實驗結果,在Ti50Ni50形狀記憶合金添加Cu原子取代Ni原子,可使Ti50Ni50-xCux形狀記憶合金的電阻值增加,且合金抗腐蝕性質也會提升。由X光光電子能譜儀分析結果可以得到,Ti50Ni50形狀記憶合金表面絕大部分為TiO2及Ti2O3氧化物組成,而Ti50Ni50-xCux形狀記憶合金表面除了TiO2及Ti2O3氧化物之外,且同時也有少量NiO及Cu2O氧化物生成。Ti50Ni50及Ti50Ni50-xCux形狀記憶合金在林格氏液中腐蝕浸出之Ti離子的離子濃度非常低,這和合金表面的Ti原子大部分和O原子形成TiO2及Ti2O3氧化物有關。Ti50Ni50形狀記憶合金表面有緻密的TiO2及Ti2O3氧化層,因此Ni離子濃度釋出量也非常低,而Cu2O及NiO氧化物的生成會降低Ti50Ni50-xCux形狀記憶合金表面原有TiO2及Ti2O3氧化層的保護,使得各成份Ti50Ni50-xCux形狀記憶合金形狀記憶合金原本存在於較深層之Ni原子及Cu原子有機會釋出Ni離子及Cu離子於林格氏液中。因此,若要實際應用在醫療用生醫材料領域,必須先在Ti50Ni50-xCux形狀記憶合金表面進行適當的表面改質,以降低Ni離子與Cu離子被腐蝕浸出對生物體造成危害。
This study investigated the behavior of the metallic ions selectively leaching form Ti50Ni50-xCux shape memory alloys (SMAs) with various Cu contents in Ringer’s solution. According to the 4-point probe results and electrical-chemical analysis, the electrical resistance and anti-corrosion properties of the Ti50Ni50-xCux SMAs can be improved by replacing some nickel atoms using copper in the Ti50Ni50-xCux SMAs. X-ray photoelectron spectroscopy results reveal that the Ti50Ni50 SMA surface is composed of TiO2 and Ti2O3 oxide films. On the other hand, the surface of the Ti50Ni50-xCux SMAs not only consists of TiO2 and Ti2O3 oxide films, but also shows minor NiO and Cu2O oxide films. The concentrations of the Ti and Ni ions selectively leaching from Ti50Ni50 and Ti50Ni50-xCux SMAs are extremely low. This is because most of the Ti atoms on the surface of Ti50Ni50 and Ti50Ni50-xCux SMAs are oxidized to dense TiO2 and Ti2O3 films. The formation of the NiO and Cu2O oxide films on the surface of Ti50Ni50-xCux SMAs may deteriorates the protection of the dense TiO2 and Ti2O3 films, and leads to the selectively leaching of Ni and Cu atoms beneath the surface of the alloys. Therefore, appropriate surface modifications are needed to decrease the risk of the selectively leaching metallic ions when Ti50Ni50-xCux SMAs are practically using as biomaterials.
中文摘要……………………………………………………..………………………..………..i
Abstract.............................................................ii
誌謝…………………………………………………………………………………………...iii
目錄…………………………………………………………………………………...…..…...iv
圖目錄……………………....………………………..........…........vi
表目錄………………………………………………………………………………….........viii
第一章 前言.........................................1
第二章 文獻回顧.....................................2
2.1 形狀記憶合金……………………………………………………………………..…2
2.1.1 形狀記憶合金簡介……………………………………………………….......2
2.1.2 形狀記憶合金效應….………………………………………………………..3
2.1.3 熱彈性麻田散體……………………………………………………...………4
2.1.4 超彈性………………………………………………………………………...5
2.2 醫用金屬材料……………………………………………………………………..…5
2.2.1生醫材料簡介…………………………………………………………………5
2.2.2 TiNi及TiNiCu形狀記憶合金於生醫材料之相關研究……………………..6
2.3 電化學與腐蝕………………………………………………………………………..7
2.3.1 電化學分析...…………………………………………………………………7
2.3.2 塔弗極化曲線………………………………………………………………8
2.3.3 腐蝕…………………………………………………………………………...9
第三章 實驗步驟…………………………………………………………………………….18
3.1 Ti-Ni-Cu三元金屬鑄錠的配製和熔煉……………………….…………………….18
3.2 TiNi與TiNiCu形狀記憶合金之腐蝕浸出………………………………………...18
3.3 TiNi與TiNiCu形狀記憶合金電化學測試………………………………………...19
3.4 TiNi與TiNiCu形狀記憶合金之四點探針阻抗量測……………………………...20
3.5 TiNi與TiNiCu形狀記憶合金之X光光電子能譜分析…………………………...20
第四章 結果與討論………………………………………………………………………….27
4.1 感應耦合電漿質譜分析儀(ICP-MS)分析結果……………….…………………...27
4.2 電化學Tafel極化曲線分析結果…………………………………………………..28
4.3 四點探針阻抗分析結果……………………………………………………………29
4.4 X光光電子能譜儀(XPS)分析結果………………………………………………...30
4.5 腐蝕浸出綜合討論…………………………………………………………………34
第五章 結論………………………………………………………………………………….65
參考文獻……………………………………………………………………………………...66
自述與發表著作……………………………………………………………………………...69

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