钛合金表面激光熔覆制备羟基磷灰石生物陶瓷涂层的研究现状

利用激光熔覆技术在医用钛金属表面制备生物活性陶瓷羟基磷灰石(HAP)涂层,是近年来世界各国生物医用植入材料及相关领域的研究热点之一。首先简要概括了HAP生物陶瓷涂层材料的特点与意义,介绍了医用钛金属材料与生物陶瓷材料的历史发展与特点,指出了已有技术制备的生物陶瓷涂层在制备与应用中存在的优缺点,介绍了激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优点。综述了国内外钛及钛合金表面激光熔覆制备HAP生物陶瓷涂层、激光快速成形生物陶瓷涂层及相关材料的研究特点、现状与进展。重点介绍了激光熔覆不同成分原材料、添加稀土成分与不同波长激光制备生物陶瓷涂层的机理,及激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优缺点。激光熔覆制备生物陶瓷涂层及相关材料是一个多学科交叉的研究领域,通过对钛合金的激光表面改性,激光熔覆制备生物陶瓷涂层在理论研究与临床应用上具有广阔的前景。最后对激光熔覆工艺制备合成HAP生物陶瓷涂层未来的研究方向进行了讨论与展望。     

涂层超导体缓冲层的制备

综述了涂层超导体缓冲层的作用、可利用的材料及制备方法.着重介绍了几种制备缓冲层的真空及非真空方法,即磁控溅射法、脉冲激光沉积(PLD)、溶胶-凝胶法(sol-gel)、电沉积等.展望了对下一步涂层超导体缓冲层的制备.     

纳米缺钙羟基磷灰石生物陶瓷涂层中相组成和显微结构的控制

研究了低钙磷比溶液电沉积缺钙羟基磷灰石生物陶瓷涂层在水热合成和700℃,800℃,900℃焙烧后的相组成和显微组织结构;用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对涂层进行分析。结果表明:在电沉积液Ca/P比1.30,沉积液温度25℃,电压4V条件下,Ti基体表面沉积了片状和条状HAP和CaHPO4·2H2O混合相涂层;在pH值为12的碱液中,150℃和200℃水热合成4h后涂层由针状纯HAP组成,Ca/P比约为1.61,且随着水热合成温度的升高,晶体结晶度提高,但晶体无明显长大趋势;700℃焙烧后,涂层仍由纯HAP组成,只是晶体因失水而发生团聚;800℃焙烧后,部分HAP发生分解,生成β-Ca3(PO4)2,且HAP与β-Ca3(PO4)2的体积比为90∶10,形貌为块状和板条状,其表面附着许多细小的针状颗粒;900℃焙烧后,β-Ca3(PO4)2的含量增加,HAP与β-Ca3(PO4)2的体积比为74∶26,小颗粒团聚成较大的块状和板条状颗粒。由此制备了对骨组织生长更有利的HAP+β-Ca3(PO4)2双相涂层结构。     

脉冲阴极电沉积羟基磷灰石涂层

对脉冲阴极电沉积与恒电位阴极电沉积制备的羟基磷灰石涂层膜进行了对比实验.结果表明:由于脉冲电沉积的一个关断时间使离子得以从溶液本体向电极表面扩散,在下一脉冲来临时浓差极化的减小有利于HAP的生长;在一定的导通时间下,关断时间的延长有利于羟基磷灰石的沉积,但时间的过度延长不利于羟基磷灰石的沉积;当通电时间为5 s时,其最佳关断时间为2 s;沉积时阴极极化的增强虽有利于膜的生长,但极化过于强烈(阴极电位为-1.0 V(vs SCE)时,涂层易脱落.     

YBCO涂层超导体的最新研究进展

评述了目前国内外最具应用前景的YBCO涂层超导体的性能、结构特点及制备技术。介绍用轧制辅助双轴织构（RABiTS）和离子束辅助沉积（IBAD）法制备织构化金属基材及缓冲层的方法。着重介绍了YBCO超导涂层的几种主要制备方法，即脉冲激光沉积法（PLD）、液相外延法（LPE）、化学溶液沉积法（CSD）、溶胶-凝胶法（sol-gel）等。     

钛表面种籽层水热沉积制备羟基磷灰石生物涂层

为了获得与基体结合强度高、生物活性好的羟基磷灰石(HAP)涂层,通过种籽层水热沉积方法在钛合金表面生长HAP,首先纳米尺寸的钙磷盐通过微弧氧化技术在钛金属表面形成,此种籽层在随后的水热沉积过程中促进了HAP的诱导沉积。讨论了络合剂和种籽层对HAP的形貌和结构的调控。采用此方法制备的生物活性梯度涂层无裂纹、涂层厚度分布均匀,与基体具有高的结合强度,HAP呈现良好的结晶性,并具有沿c轴的择优取向,此HAP涂层表现出优良的生物活性,有利于促进骨的生长。     

阴极旋转电沉积生物陶瓷涂层的工艺研究

采用一种电化学沉积磷酸钙生物陶瓷涂层的新方法--阴极旋转电沉积工艺.通过测定涂层的XRD、界面结合强度、SEM观察表面与断面,研究了工艺的沉积特性及机理.在该工艺中,作为金属基体的阴极始终处于旋转状态,制备出比普通电沉积工艺更致密、均匀、尺寸更小的磷酸钙生物活性涂层,通过控制旋转速度制备出内部致密、外部多孔的梯度涂层,经后处理转化为羟基磷灰石涂层.通过控制旋转速度获得的梯度涂层,界面结合强度优于普通电沉积生物涂层.模拟体液浸泡后,在涂层表面先析出纳米粒子,之后成长为针状、网状,最后连接成一层.阴级旋转电沉积生物陶瓷梯度涂层具有较高的抗溶解性和生物活性.     

粉末预置法电火花沉积WC-8Co涂层分析

针对传统电火花沉积技术存在电极制备工艺复杂、涂层存在较多裂纹及孔洞的不足,把WC-8Co粉末置于电极与基体之间的脉冲放电通道内,利用电火花沉积工艺制备了WC-8Co涂层.对比分析了新工艺与传统工艺制备的涂层表面形貌、显微组织及摩擦磨损性能.结果表明,用新工艺制备的涂层表面平整、粗糙度低、组织致密,与基体呈冶金结合.与传统工艺相比,新工艺制备的涂层有良好的耐磨粒磨损性能.用粉末预置法制备涂层能提高电火花沉积效率,适于制备大面积的涂层.     

电泳沉积法制备羟基磷灰石涂层

羟基磷灰石是一种最有发展前途的生物材料之一.采用电泳沉积方法分别在Ti6Al4V基体和电泳沉积的HA/TiO2复合涂层上制备了HA生物陶瓷涂层.将HA粉体分散到正丁醇溶液中,通过测量zeta电位确定了悬浮体系中三乙醇胺和HA的含量.研究发现:HA沉积量随沉积温度和沉积电压的增加而增加,随沉积时间延长呈线性增长.对沉积量与电泳沉积工艺参数的关系进行了理论探讨.SEM结果表明,采用二次电泳沉积在HA/TiO2涂层表面制备的HA涂层更加致密、平整.     

电沉积-水热合成法制备的生物陶瓷涂层与基体界面结合强度的研究

采用电沉积水热合成法和高温煅烧相结合的方法，制备了生物陶瓷涂层，研究了涂层与基体间过渡层的物相组成和界面结合强度。用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和粘接拉伸法进行分析。结果表明：水热合成后，界面结合强度较低，为7．04MPa。在空气中煅烧，700℃以下时，界面出现极薄TiO2层，同时随着煅烧温度的升高，界面结合强度提高；800℃以上时，由于厚而疏松过渡层TiN的出现，界面结合强度反而下降。为获取对骨生长有利的HAP β-Ca3(PO4)2双相结构，且界面结合强度高的涂层材料，将原始试样用NaOH碱液处理并进行电沉积水热合成，在氩气中900℃煅烧后，过渡层为薄且致密的TiO2层，界面结合强度高达22．39MPa。     

置换法化学沉积银的动力学研究

试验了影响置换化学法在铜基材上沉积金属银过程和速度的主要因素,分析诸因素对过程动力学的作用,从而建立了镀液沉积速度的经验方程.验证的结果表明,这一经验方程式对化学沉积银过程的调节和产物的控制具有一定的参考.     

金属零件熔积成形过程形状质量的可视化诊断

利用单目视觉技术进行熔积成形过程监测;借助数字图像处理技术对熔积层形貌信息进行处理获得熔积层的宽度信息;以图像处理获得的熔积层缺陷点像素坐标为源头,通过文中建立的空间定位数学模型还原其三维空间位置信息,最后进行熔积层检测试验.结果表明,文中提出的单目视觉定位数学模型和数字图像处理算法能够准确的对熔积层宽度进行非接触地实时监测,并能够对可能出现的缺陷点进行快速的识别与准确的定位.因此文中方法能够实时调整与优化快速成形过程中的熔积工艺参数,保证制件形状与尺寸精度.     

W18Cr4V高速钢基体的TiN化学气相沉积

研究了气体总流量、沉积温度、TiCl4蒸发温度、氮氢比等工艺参数对W18Cr4V高速钢基体TiN沉积速率的影响。确定了沉积过程分别为扩散控制区和表面过程控制区的试验条件。在表面过程控制区域，测定了本试验条件下W18Cr4V钢基体TiN化学气相沉积的表面过程表观活化能值为137．23kJ／mol。     

药芯焊丝混合气体保护焊的熔敷特性研究

以Ar＋CO2作为保护气体，研究了药芯焊丝混合气体保护焊的混合气体配比、焊接电流、电弧电压和气体流量对熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率的影响。试验结果表明，At＋CO2混合气体保护焊比CO2焊的熔敷效率高，Ar气比例达到60％以上，熔敷效率显著增加。焊接工艺参数选择合适时，可以获得较高的熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率。     

药芯焊丝混合气体保护焊的熔敷特性研究

以Ar+CO2作为保护气体,研究了药芯焊丝混合气体保护焊的混合气体配比、焊接电流、电弧电压和气体流量对熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率的影响。试验结果表明,Ar+CO2混合气体保护焊比CO2焊的熔敷效率高,Ar气比例达到60%以上,熔敷效率显著增加。焊接工艺参数选择合适时,可以获得较高的熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率。     

高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析

交流热丝GMAW工艺是一种高效焊接工艺,其主弧为传统GMAW电弧. 填充焊丝和熔池及母材构成闭合回路,交流脉冲预热电流流经该回路,产生电阻热并预热填充焊丝. 当被预热到高温的填充焊丝进入熔池后,在液态金属作用下迅速熔化. 进行了高效热丝GMAW工艺的试验研究,找到填充焊丝预热电流、填充焊丝伸出长度、焊丝间距、主弧焊接规范等参数之间的匹配规律,实现了20 kg/h以上的熔敷速率. 分析了前述影响因子对熔敷效率的影响规律. 结果表明,热丝GMAW在提高熔敷速率和熔敷系数方面相对传统焊接工艺有明显优势,可以实现高熔敷率低热输入的工艺效果. 该工艺在高强钢大厚板焊接等领域具有广阔的应用前景.     

化学沉积Fe-Ni-La-P合金镀层影响因素分析

采用化学沉积的方法制备Fe-Ni-La-P合金镀层,通过重量法、电化学法分析了镀液成分对Fe-Ni-La-P镀层沉积行为的影响.结果表明,改变镀液组成和沉积工艺,沉积速度随之改变.用电化学方法计算得到的沉积速率与重量法测得的的沉积速率有相同的变化趋势.     

定向凝固镍基高温合金表面微弧火花外延沉积MCrAlY涂层

在分析微弧火花沉积工艺产生的单熔体快速凝固过程的基础上,提出将微弧火花沉积用于制备具有定向凝固特征的防护涂层.结果表明:采用微弧火花沉积可在定向凝固高温合金表面获得超细的胞状柱晶结构、外延生长的MCrAlY涂层.与激光外延生长涂层相比,微弧火花外延涂层能够保持完全的柱状晶结构,而激光外延涂层表层通常会形成等轴晶层;另外,在组织均匀性、组织粗细、界面熔合区大小等方面微弧火花涂层具有明显的优势.     

Silicon coating on ferritic steels by CVD-FBR technology

Silicon protective coatings were deposited on ferritic steels (9-12% Cr) by chemical vapour deposition by means of fluidized bed reactor (CVD-FBR). The process was performed at temperatures below 580 °C with the use of Silicon donator powder and hydrogen chloride (HCl) of activator. Thermodynamic calculations were made before the experimental study to investigate the conditions for the formation of gas precursors for the deposition of the Si coating. The samples were examined by means of optical microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersion Spectroscopy (EDS) as well as X-ray diffraction, and the results, show the formation of dense, homogenous and thin coatings consisting of Fe₃Si.     

沉积气氛对电火花沉积Mo2FeB2基金属陶瓷涂层组织与性能的影响

采用电火花沉积分别在空气和氩气中制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了沉积气氛对涂层形貌、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,2种气氛中沉积所得涂层的组织结构都致密,涂层与基体间无分层,呈冶金结合的特征,但空气中沉积涂层的表面较粗糙,并发生了严重的氧化,涂层均匀性也较差。它们都主要由非晶相和马氏体相组成,但氩气中沉积的涂层含有更多的非晶相。氩气和空气中沉积涂层的最大显微硬度(HV_(0.05))分别为12 862和10 129 MPa,相差2733 MPa,前者涂层2 h的磨损量几乎仅为后者涂层的1/7,表现出更好的耐磨性。2种涂层的主要磨损机制都是疲劳磨损和磨粒磨损,但氩气中沉积涂层以疲劳磨损为主,空气中沉积涂层则以磨粒磨损为主。