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钛合金表面(PEI/PAA)n聚合物膜润滑涂层的制备及其摩擦学性能研究

钛合金Ti6Al4V由于具有良好的生物相容性、耐腐蚀性、良好的机械性能以及可加工性，被广泛应用于生物医学等领域。但是其较高的摩擦系数和磨损率，严重限制了钛合金在人工关节领域的应用[1]。表面制备聚合物涂层是提高钛合金生物摩擦学性能的有效方法[2]，其中层层自组装技术（Layer-by-Layer，LbL）可以用于构建多层亲水聚合物膜[3]。本研究采用LbL技术，在钛合金表面组装聚乙烯亚胺/聚丙烯酸(PEI/PAA)_n聚电解质涂层，并对其微观结构和摩擦学性能进行研究。研究发现，改性后样品的接触角在60°左右，低于纯钛合金的84°，润湿性得到提高，如图1。涂层表面呈现多孔结构，其内部呈现交联网络结构（图2）。在去离子水、生理盐水和小牛血清润滑液中，聚电解质涂层的样品具有较低的摩擦系数。其中，钛合金表面(PEI/PAA)₁₀聚电解质涂层具有最低的摩擦系数，约0.060，与纯钛合金相比降低了88%，并且测试2h该摩擦系数仍然保持稳定。涂层样品表面划痕非常浅，呈现出良好的耐磨性。润滑液中形成的水合涂层、内部交联结构和表面的多孔结构，是(PEI/PAA)_n聚电解质涂层具有良好摩擦学性能的主要因素。(PEI/PAA)_n聚电解质涂层为新型人工关节润滑界面的应用提供基础。