基于imageproplus6.0的医用钛材微弧氧化膜层孔隙的检测与研究.doc

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摘 要

医用钛材的粗糙度、表面能、润湿性、生物相容性等众多表面性能与其微观特征结构密切相关，采用微弧氧化技术对医用钛材进行改性处理制备多孔微弧氧化层，用扫描电子显微镜(SEM)作为图像拾取系统，拍摄获取医用钛材微弧氧化膜层的孔隙形貌图像，利用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件对经扫描电子显微镜(SEM)观测的医用钛材微弧氧化膜层的孔隙形貌图像进行空间尺度的校准、对比度调整、降噪滤波等处理，检测与分析不同实验条件下的微弧氧化膜层表面的微孔孔隙尺寸、平均直径、孔隙面积等特征参数，计算孔隙率，并按照孔隙大小分区进行计算并研究孔隙分布情况。

分析实验数据，得出医用钛材多孔微弧氧化层孔隙分布结构如下：根据平均直径的大小，膜层的微观孔隙可以分成大孔隙（＞5μm），中孔隙（1～5μm），小孔隙（0.5～1μm），微孔隙（＜0.5μm）四类；根据孔隙面积的大小，膜层的微观孔隙可以分成大孔隙（＞20μm2），中孔隙（5～20μm2），小孔隙（1～5μm2），微孔隙（＜1μm2）四类；医用钛材多孔微弧氧化层孔隙率随着电流密度（20A/dm2 、25 A/dm2、30 A/dm2、38 A/dm2）的增加呈现较明显上升的趋势；随着频率（500Hz、600Hz、700Hz、800Hz）的升高变化无明显趋势；随着占空比（10%、15%、20%、25%）的增加显著下降；随着微弧氧化电解液钙磷比的浓度（3：1、2.5：1、2：1、1.67：1）的下降呈现较明显上升的趋势。

关键词：医用钛材；微弧氧化；孔隙率；Image-Pro Plus 6.0

Detection and study of medical titanium micro-arc oxidation 

film porosity based on Image-Pro Plus 6.0

Abstract：The surface properties of Medical titanium such as roughness, surface energy, wettability and biocompatibility etc. are closely related to its microstructure. Modify medical titanium by micro-arc oxidation technology to prepare porous micro-arc oxidation film. Take scanning electron microscope (SEM) as an image pickup system to obtain pore morphology images of medical titanium micro-arc oxidation film. Carry out spatial scale calibration, contrast adjustment, noise filtering, etc. on the pore morphology image of medical titanium micro-arc oxidation film observed by scanning electron microscope (SEM); detect and analyze the characteristic parameters of micro-arc oxidation film, such as micro pore size, mean diameter, area of pores and so on ; calculate porosity; study the pore distribution according to the partition of pore size using  the image analysis software Image-Pro Plus 6.0 .

Analyze the experimental data, the distribution structure of medical titanium porous micro arc oxidation film is as follows:  according to the mean diameter, the pores of film can be divided into large pores (> 5μm), middle pores (1 ~ 5μm), small pores (0.5 ~ 1μm),and micro pores (< 0.5μm) ; according to the pore area, the pores of film can be divided into large pores（＞20μm2）, middle pores （5～20μm2）, small pores （1～5μm2）and micro pores （＜1μm2）; the porosity of medical titanium porous micro arc oxidation film shows a clear upward trend of increase with the change of current density（20A/dm2 ,25 A/dm2,30 A/dm2,38A/dm2）;no significant change in trend with the change of frequency (500Hz, 600Hz, 700Hz,800Hz); decreases significantly with the change of duty cycle (10%,15%, 20%, 25%); shows a clear upward trend with the drop of the concentration of calcium and phosphorus ratio of  the micro arc oxidation electrolyte(3:1, 2.5:1, 2:1, 1.67:1) .

Keywords： medical titanium; micro-arc oxidation; porosity; Image-Pro Plus 6.0

第一章 绪论

1.1研究的目的和意义

    医用钛材的粗糙度、表面能、润湿性、生物相容性等众多表面性能与其微观特征结构密切相关[1-4]，因此急需有一种简便实用的能有效的对医用钛材微观形貌图像开展研究的工具。

本课题把扫描电子显微镜(SEM)和图像分析软件Image-Pro Plus 6.0组合成图像分析系统，以SEM作为图像拾取系统，拍摄获取医用钛材微弧氧化膜层的孔隙形貌图像，利用图像分析软件Image-Pro Plus 6.0对经扫描电子显微镜(SEM)观测的医用钛材微弧氧化膜层的孔隙形貌进行研究，测定不同表面的微孔孔隙尺寸、平均直径、孔隙面积等特征参数，计算孔隙率，并按照孔隙大小分区进行计算并研究孔隙分布情况，给医用钛材微弧氧化膜层的微观结构分析提供有效的途径，提高研究效率，为医用钛材进一步的研究与开发提供理论依据。