阳极氧化对钛合金表面HA-TiO2复合涂层的影响

对钛合金表面进行阳极氧化预处理,然后用水热电化学方法在其上沉积羟基磷灰石-二氧化钛(HA-TiO2)复合涂层,研究了阳极电压对基体表面的物相、形貌、润湿性和粗糙度的影响,以及对HA的物相、形貌及生物活性的影响。结果表明:阳极氧化电压高于110 V时在钛基体表面出现金红石型和锐钛矿型TiO2,孔径尺寸随阳极电压的增加而增大。在120 V预处理的钛合金试样表面具有好的润湿性,粗糙度Ra达到0.56μm。HA涂层沿c轴方向择优生长,并呈现分层生长,HA的结晶度随着阳极氧化电压的提高先增大后减小,在120 V取得最大值。在120 V氧化处理的试样具有较好的生物活性。     

在钛基合金表面水热电化学沉积羟基磷灰石涂层

在Ca~(2+)、H_2PO_4~-和NO_3~–离子浓度分别为0.025 mol/L、0.015 mol/L和0.1 mol/L电解液中加入2.5×10~(-4)mol/L的柠檬酸钠,采用水热电化学方法在Ti6Al4V基体表面沉积羟基磷灰石涂层,研究了柠檬酸根对羟基磷灰石(HA)涂层的物相组成、形貌及结合强度的影响以及沉积时间对HA涂层物相、形貌、结晶度、涂层厚度及结合强度的影响。结果表明:在含柠檬酸根电解液中水热电化学沉积的仍为HA涂层,与不含柠檬酸根的电解液相比,HA晶体的尺寸显著减小,涂层表面更加均匀致密,涂层与基体之间的结合强度由15.39 MPa提高到24.31 MPa;HA(002)晶面的衍射峰随着水热电化学沉积时间的增加先增强后减弱,在沉积2 h时达到最大,HA晶粒尺寸较小,涂层更为均匀致密。随着沉积时间的增加,HA涂层厚度呈非线性增加,HA涂层的结晶度和结合强度均,先增大后减小,沉积时间为2 h时结晶度和结合强度分别达到最大值为75.7%和24.31 MPa。     

TiO2纳米管表面蛋白质-羟基磷灰石复合涂层及其结合强度

采用阳极氧化法在钛表面制备不同管径的TiO2纳米管,450℃热处理后经牛血清白蛋白(BSA)与钙磷的共沉积得到载有BSA的羟基磷灰石(HA)涂层.经检测发现,170nm管径的TiO2表面比100和50nm管径的表面具备更好的矿化能力,HA的形成能力随管径的增大而提高.大管径表面得到的涂层结合强度高于小管径的,可达16.95MPa.经过真空预矿化的试样,涂层结合强度明显高于未经过预矿化的试样,且HA涂层生长速率加快.BSA与磷酸钙在真空预矿化后共沉积到氧化钛纳米管表面,短时期内形成BSA-HA涂层,是在钛基生物材料表面制备生物活性涂层的有效方法.     

电流密度对水热电化学沉积HA涂层性能的影响

在含0.15mol/L HF,2mol/L H_3PO_4的水溶液中对Ti6Al4V基体进行阳极氧化处理,然后在0.02mol/L CaCl_2,0.012mol/L K_2HPO_4·3H_2O,0.139mol/L NaCl的电解液中采用水热电化学沉积方法在预处理的Ti_6Al_4V基体表面制备羟基磷灰石(HA)涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、台阶仪和万能材料试验机等研究沉积过程中电流密度大小对HA涂层物相、微观形貌、厚度、生物活性及结合强度的影响。结果表明:采用水热电化学沉积方法在不同电流密度下均制备出了HA涂层,涂层表现为分层生长,部分晶体呈花簇状。HA的厚度随电流密度的增加先增大后减小,在1.25mA/cm~2时达到最大为26.4μm,此时涂层最为致密,与基体的结合强度最高,约为20.0MPa。模拟体液(SBF)浸泡实验能较快诱导类骨磷灰石(CHA)的生成,最大直径达到7~8μm,表明涂层具有较好的生物活性。     

磁/电场约束下钛合金表面羟基磷灰石/TiO_2复合生物涂层的制备

用恒电位阳极氧化法分别以硫酸和磷酸为电解液,在钛合金基体上制备出具有不同孔径大小和不同晶型的TiO2涂层. 外加磁场条件下,在TiO2涂层上电沉积形成纳米羟基磷灰石涂层.当垂直电场方向施加1T磁场时,在洛伦兹力影响下生长成羟基磷灰石生长成长度大约为200nm,直径大约为50nm的棒状晶粒;在磁场平行于电场的条件下,生成直径为50-70nm的粒状晶粒.纳米羟基磷灰石与多孔TiO2涂层之间几何形貌的匹配程度,影响复合涂层与钛合金基体的结合强度.当TiO2涂层的孔径大约为100 nm时,棒状羟基磷灰石晶粒与钛合金基体间的锁合更牢固,结合力更强.     

沉积温度对多孔钛表面仿生制备羟基磷灰石的影响

为研究沉积温度对羟基磷灰石涂层生长的影响,制备了不同温度条件下成分恒定的仿生沉积液,并采用纯钛和不同孔径的多孔钛做基体,在其表面仿生沉积羟基磷灰石涂层,再将得到的涂层试样浸泡在标准模拟体液中检测其生物活性.通过X射线衍射仪(XRD)分析涂层物相结构,用金相显微镜、环境扫描电子显微镜(ESEM)表征涂层形貌,利用能谱分析仪(EDS)计算钙磷比.研究表明:基体孔径增大,有利于沉积液进入到孔隙且表面粗糙度相对增大,从而使得HA涂层变得均匀致密;沉积温度由30℃升高至37℃,会加快HA涂层致密均匀的生长,但温度升高到44℃时,HA晶粒变粗大,涂层变得疏松化;模拟体液浸泡后,Ti/HA涂层试样表面有新的HA生成,且Ca/P比接近标准的1.67,表明该Ti/HA涂层试样具有良好的生物活性.适当增大钛基体孔径,提高沉积液温度,可以得到均匀致密的HA生物活性涂层.     

两步电沉积法制备HA-Ti/HA复合涂层的研究

为了提高金属基羟基磷灰石（HA）涂层的结合强度,采用复合电沉积一电沉积两步法在含Ti粉的钙磷电解液中制备HA—Ti／HA复合涂层,对涂层的组分结构、表面形貌、热稳定性、结合强度和生物活性进行了研究．实验结果表明：两步法制备的底层为HA—Ti复合涂层,外层为纯HA涂层的HA—Ti／HA复合涂层既提高了涂层的结合强度,又保证了涂层的生物活性．当涂层中Ti粉的质量分数为51．2wt％时,涂层与基体的结合强度达到21．2MPa,约为纯HA涂层的3倍．模拟体液浸泡7天后,涂层表面即被一层球状碳磷灰石覆盖,具有良好的生物活性,与纯HA涂层相比,复合涂层具有更好的耐蚀性能．     

TiO2纳米管尺寸对其生物活性的影响

以丙三醇为电解液体系制备出高有序的TiO2纳米管,通过模拟人体体液(SBF)溶液浸泡和体外细胞实验探讨不同尺寸TiO2纳米管生物活性的差异。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等对样品进行表征。结果表明,相同电压下,随着阳极氧化电压的增加,TiO2纳米管管长和管径呈增加趋势。通过羟基磷灰石(HA)的沉积情况、MG-63细胞粘附情况、MTT检测分析,可以得出,随TiO2纳米管管长和管径的增加,诱导HA沉积能力和促进细胞粘附增殖能力增强,表现出较好的生物活性。     

在类仿生溶液中电沉积羟基磷灰石涂层的性能

在类仿牛溶液中用电沉积法在阳极氧化处理后的钛基体上电沉积均一的羟基磷灰石涂层,研究了阳极氧化处理后对HA涂层耐蚀性能、沉积效率和结合强度的影响.结果表明:用该方法沉积的HA涂层结构单元的排列与人骨类似,具有优良的生物诱导性能.经过阳极氧化后钛表面生成均匀的纳米孔洞结构,增强了与HA涂层的机械结合和涂层的阻抗值,提高了涂层的结合强度和耐腐蚀性能.同时,在类仿生溶液中二氧化钛吸附羟基,通过库仑力和氢键作用大大提高了沉积效率,并因其纳米孔洞结构促进HA的形核,形成更加细小、致密的针状HA晶体结构,提高了涂层的结合强度和耐腐蚀性能.     

HOPG片电化学沉积羟基磷灰石初探

为探索羟基磷灰石(HA)在含碳基体上电化学沉积,采用了高定向裂解石墨(HOPG)片这一具有原子级平整表面的导电材料作为阴极材料,探索了电沉积时间、溶液pH值及溶液浓度对沉积层成分和形貌的影响,利用TEM、SEM、AFM、EDS及XRD等进行了表征分析,并初步探讨了羟基磷灰石电沉积机理。结果表明电解液初始pH值为5和钙离子浓度低于0.007mol/L时有利于促进HA的生长,并且可以形成单层片状结构,得到比较规整完善的多孔状单层HA涂层。而延长电沉积和陈化时间则有助于缺钙型HA垂直于基底表面生长,并促进钙磷比增加,形成缺钙性HA。研究将为电沉积羟基磷灰石的应用提供必要的理论和实验支持。     

超声电沉积碳/碳复合材料磷灰石涂层的工艺优化

通过声电沉积在碳/碳复合材料表面制备钙磷生物活性涂层,采用SEM(带EDAX)或FE-SEM,XRD,FTIR研究电解质浓度和初始pH值对钙磷生物活性涂层的形貌、结构和组成的影响,并采用拉伸测试评价涂层与基体的结合力.结果表明:随着电解质浓度的降低,其组成由羟基磷灰石与磷酸三钙组成的混合涂层转变为含碳酸根的羟基磷灰石涂层,n(Ca)/n(P)和碳酸根的含量逐渐增加,片状晶体颗粒减小.随着初始电解液pH值的升高,涂层致密,均为片状含碳酸根的羟基磷灰石,n(Ca)/n(P)呈增加的趋势,片状晶体的厚度在30～40nm之间.涂层拉伸实验表明:小电解质浓度时,其涂层与基体的结合强度(5.62MPa)大于高电解质浓度时涂层与基体的结合强度(3.85MPa).     

微波烧结法制备羟基磷灰石/TiO_2复合涂层

钛合金作为骨植入材料具有耐腐蚀和良好的力学性能,但是没有生物活性。以医用钛合金Ti-6Al-4V为基体,利用微波烧结在钛合金基体表面成功制备出羟基磷灰石/二氧化钛(HA/TiO_2)复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、模拟体液(SBF)对涂层表面形貌、成分、活性进行了分析。结果表明,由HA和TiO_2组成的涂层在基体表面分布均匀,并可以在基体表面观察到针状、片状的HA。SBF实验结果观察到,HA在经过涂层的钛合金基体表层持续沉积,形成了更加均匀的片层、针状表层结构,而相比之下没有涂层的钛合金表面仅仅形成了容易脱落的块状表层结构。实验结果说明,表面复合涂层的存在提高了材料表面的生物活性,为骨细胞的进一步粘附生长提供了较好的生存空间。     

钛涂覆多孔羟基磷灰石涂层的制备及其生物活性

在纯钛基体表面通过电泳沉积的方法制得壳聚糖/羟基磷灰石(CS/HA)复合涂层, 然后将复合涂层烧结形成多孔HA涂层。采用SEM对多孔HA涂层的形貌进行观察, XRD分析涂层的物相组成, 粘结拉伸实验测定涂层与基体的结合强度, 1.5倍人体模拟体液(1.5SBF)浸泡测定涂层的生物活性。结果表明: 当悬浮液中CS与HA质量比为1∶1时, 制得的CS/HA复合涂层经过700℃烧结处理, 涂层中CS热分解致孔形成多孔HA涂层, 孔径在10~25 μm, 涂层与基体的结合强度可达19.5 MPa; 在1.5SBF中浸泡5天后, 多孔HA涂层表面完全碳磷灰石化, 呈现较好的生物活性。      

pH值和缓冲剂对水热电化学沉积HA/TiO_2涂层的影响

以微弧氧化后的钛合金为基体,采用水热电化学法制备了HA/TiO2涂层。利用SEM、XRD对涂层的表面形貌、物相组成进行了表征分析,通过pH微探针原位探测电极/电解液界面pH值的变化,研究了pH值和缓冲剂对水热电化学沉积HA/TiO2涂层的影响。研究结果表明,微弧氧化膜有利于水热电化学沉积HA,得到的HA晶体分布均匀、致密。当电解液pH值在2~8时,pH值升高有利于提高水热电化学沉积HA的结晶度,并促使HA沿(002)晶面生长。在水热电化学沉积HA过程中,电极表面的pH值随沉积时间的增加先升高后逐渐降低;而溶液中的pH值随沉积时间的增加逐渐降低。pH值和缓冲剂对涂层HA晶体形貌有明显影响,加入缓冲剂后得到的HA晶体端面呈六边形棒状结构,晶体表面光滑、结晶完整。     

TiO2纳米管阵列在模拟体液中诱导nHA沉积行为的研究

采用电化学阳极氧化法在钛金属表面制备了具有不同管径尺寸的TiO2纳米管阵列(TiO2nanotubearray,TNT)涂层。实验中通过模拟体液(simulatedbody fluid,SBF)浸泡法制备了纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA)/TNT复合涂层,并研究了nHA在纳米管表面生成的过程和机理。Ti—OH基团是HA在TNT表面成核的诱因,TiO2与HA晶体构成的晶格匹配结构能够促进HA的成核速率,锐钛矿和金红石混合相的TNT涂层诱导nHA生成的能力明显强于无定型的TNT涂层。涂层的润湿性受控于纳米管的管径尺寸,并能够影响nHA形成的速率,增强纳米管的亲水性有利于HA的沉积。     

氟化钠处理对炭/炭复合材料磷灰石生物活性涂层的影响

通过声电沉积工艺在炭/炭复合材料表面制备钙磷生物活性涂层, 采用扫描电镜、 X射线能谱仪、 X射线衍射仪、 红外光谱等方法研究了氟化钠处理前后钙磷生物活性涂层的形貌、 结构和组成。实验结果表明: 氟化钠能促进磷酸三钙转化为含氟羟基磷灰石(FHA), 并提高涂层结晶度; 经氟化钠处理后, 羟基磷灰石(HA)的(112)、 (300)衍射峰明显增强, 涂层是HA和FHA的混合物。氟化钠处理前后涂层表面形貌均为片状晶体, 但处理后其颗粒尺寸增大; 氟化钠处理后涂层与基体的结合强度略有增强, 结合强度可达4.08MPa, 涂层氟的含量为4.59wt％。分析了炭/炭复合材料表面HA转变为FHA的反应机制。采用氟化处理HA制备FHA涂层时, 应加入磷酸盐保持整个反应过程的pH值不变。      

低温熔盐电沉积羟基磷灰石复合涂层的研究

为了提高羟基磷灰石涂层的结合强度,在AlCl3-NaCl-TiCl3低温熔盐体系中加入HA微粒,复合电沉积制备Al-Ti/HA复合涂层,并对涂层的表面形貌、结构和结合强度进行了研究.结果表明: HA微粒均匀分散在Al-Ti合金镀层中,其共沉积量随电流密度的减小和熔盐中HA浓度的增大而增强;涂层的结合强度随HA共沉积量的增大而增强,当HA的共沉积量为40.1%(质量分数)时,Al-Ti/HA复合涂层的结合强度达到28.1 MPa.     

碳/碳复合材料表面的含氟磷灰石生物活性涂层

用超声电沉积与离子交换相结合的方法在碳/碳复合材料表面制备含氟磷灰石(FHA)生物活性涂层,研究了离子交换时间和氟化钠浓度对含氟磷灰石(FHA)生物活性涂层的形貌、结构和组成的影响.结果表明:离子交换后的涂层是羟基磷灰石(HA)和含氟磷灰石(FHA)混合物,离子交换前后其表面形貌均呈片状晶体.随着离子交换时间的延长或氟化钠浓度的增加,HA含量降低,FHA含量升高,涂层的晶粒尺寸和致密性均发生变化.离子交换后其涂层与基体的结合强度略有增强,其原因是FHA的热膨胀系数与碳/碳复合材料基体更为匹配,涂层的残余应力减小.     

电沉积羟基磷灰石及其复合物涂层的研究进展

具有羟基磷灰石涂层的骨植入材料的表面形貌影响着细胞的黏附和生长、新组织的形成与取代,涂层与基底的结合强度影响着植入物的使用寿命和功能发挥。分析了近年来电沉积羟基磷灰石的沉积条件,列举了沉积出的众多特殊的表面形貌,对提高涂层与基底结合强度的方法和电沉积原理也进行了概述。     

二氧化钛纳米管上电沉积羟基磷灰石

在NaF和H3PO4水溶液体系中,用电化学阳极氧化法在钛板表面形成一层结构规整有序的高密度TiO2纳米管阵列.随后在阳极氧化的钛基材表面沉积磷酸钙盐涂层,再经碱热处理使磷酸钙涂层转变为羟基磷灰石涂层.扫描电镜(SEM)观察了TiO2纳米管的微观结构以及生成的羟基磷灰石的形貌,X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的相组成,电化学工作站(CHI660)研究了试样在模拟体液中的极化行为.结果显示,Ti金属表面制备的规整的TiO2管直径约100nm左右.电沉积涂层CaHPO4·2H2O经碱处理后转变为羟基磷灰石.