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摘 要

醫(yī)用鈦材的粗糙度、表面能、潤濕性、生物相容性等眾多表面性能與其微觀特征結構密切相關，采用微弧氧化技術對醫(yī)用鈦材進行改性處理制備多孔微弧氧化層，用掃描電子顯微鏡(SEM)作為圖像拾取系統(tǒng)，拍攝獲取醫(yī)用鈦材微弧氧化膜層的孔隙形貌圖像，利用Image-Pro Plus 6.0圖像分析軟件對經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)觀測的醫(yī)用鈦材微弧氧化膜層的孔隙形貌圖像進行空間尺度的校準、對比度調整、降噪濾波等處理，檢測與分析不同實驗條件下的微弧氧化膜層表面的微孔孔隙尺寸、平均直徑、孔隙面積等特征參數(shù)，計算孔隙率，并按照孔隙大小分區(qū)進行計算并研究孔隙分布情況。

分析實驗數(shù)據(jù)，得出醫(yī)用鈦材多孔微弧氧化層孔隙分布結構如下：根據(jù)平均直徑的大小，膜層的微觀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）四類；根據(jù)孔隙面積的大小，膜層的微觀孔隙可以分成大孔隙（＞20μm2），中孔隙（5～20μm2），小孔隙（1～5μm2），微孔隙（＜1μm2）四類；醫(yī)用鈦材多孔微弧氧化層孔隙率隨著電流密度（20A/dm2 、25 A/dm2、30 A/dm2、38 A/dm2）的增加呈現(xiàn)較明顯上升的趨勢；隨著頻率（500Hz、600Hz、700Hz、800Hz）的升高變化無明顯趨勢；隨著占空比（10%、15%、20%、25%）的增加顯著下降；隨著微弧氧化電解液鈣磷比的濃度（3：1、2.5：1、2：1、1.67：1）的下降呈現(xiàn)較明顯上升的趨勢。

關鍵詞：醫(yī)用鈦材；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 緒論

1.1研究的目的和意義

    醫(yī)用鈦材的粗糙度、表面能、潤濕性、生物相容性等眾多表面性能與其微觀特征結構密切相關[1-4]，因此急需有一種簡便實用的能有效的對醫(yī)用鈦材微觀形貌圖像開展研究的工具。

本課題把掃描電子顯微鏡(SEM)和圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0組合成圖像分析系統(tǒng)，以SEM作為圖像拾取系統(tǒng)，拍攝獲取醫(yī)用鈦材微弧氧化膜層的孔隙形貌圖像，利用圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0對經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)觀測的醫(yī)用鈦材微弧氧化膜層的孔隙形貌進行研究，測定不同表面的微孔孔隙尺寸、平均直徑、孔隙面積等特征參數(shù)，計算孔隙率，并按照孔隙大小分區(qū)進行計算并研究孔隙分布情況，給醫(yī)用鈦材微弧氧化膜層的微觀結構分析提供有效的途徑，提高研究效率，為醫(yī)用鈦材進一步的研究與開發(fā)提供理論依據(jù)。