稀土氧化物对激光熔覆生物陶瓷涂层在模拟体液中组织形貌与降解性能的影响

为了更好地探索稀土氧化物对生物陶瓷涂层组织形貌与降解性能的影响,在添加稀土氧化物La_2O_3的情况下,利用激光熔覆技术,结合梯度成分设计与梯度功率烧结,在钛合金表面制备了一层含羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钨(β-TCP)的梯度生物陶瓷涂层。经过X衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的分析发现:(1)稀土氧化物的加入,能够促进涂层生成HA和β-TCP,改善涂层表面在模拟体液中的开裂敏感性以及细化新生类骨磷灰石晶粒尺寸。当稀土添加量为0.4%时,涂层中HA和β-TCP衍射峰值最高,在模拟体液中浸泡14 d后,涂层表面无裂纹,形成分布均匀,大小一致的类骨磷灰石。(2)涂层在模拟体液中浸泡28 d后的降解率为0.2126%。模拟体液中Ca~(2+)和La~(3+)浓度随着浸泡时间发生变化,其中Ca~(2+)浓度呈动态的上下波动变化,且含量逐渐减小,表明Ca~(2+)从模拟体液中沉积到涂层表面的量要比涂层降解到溶液中的多;而La~(3+)浓度随浸泡时间增加而逐渐增大,在将La~(3+)浓度与浸泡时间在取对数的情况下,两因素存在明显的线性关系,并推导出关于La~(3+)浓度,浸泡时间与涂层浸泡面积的经验公式。     

混合稀土掺杂对宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层生物活性的影响

为了在钛合金表面获得具有生物活性和生物相容性的陶瓷成分涂层,运用梯度设计思想,采用宽带激光梯度激光熔覆技术,在钛合金表面制备添加不同含量Y2O3+CeO2混合稀土氧化物的陶瓷成分涂层。利用X衍射全自动测试仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM),研究不同混合稀土氧化物含量对涂层生物活性的影响。结果表明:固定0.4%(质量分数)Y2O3,CeO2的添加量在0%~0.8%变化,当CeO2的添加量在0.2%~0.4%时,激光熔覆过程中催化合成的生物活性相HA和β-TCP最多,经模拟体液(SBF)浸泡14 d后,涂层表面的类骨磷灰石最多且分布均匀。细胞学实验也表明,涂层表面细胞生长正常且数量最多。因此,含0.2%~0.4%CeO2的梯度生物陶瓷成分涂层具有最佳的生物活性。     

多孔钛合金表面处理及生物学性能研究

钛合金具有硬度高,耐磨损,生物相容性好等优点,在骨科植入物和骨组织修复领域的应用越来越广泛。但是,未经处理的钛合金表面通常表现出较差的细胞黏附性,不利于骨整合。为了激发钛合金材料的生物活性,需要对其表面进行改性处理。本研究采用碱热处理（AHT）的方式对由激光粉末床熔合技术（LPBF）制备的多孔Ti6Al4V合金材料进行表面改性,考察了碱溶液浓度和处理时间对钛合金材料表面形貌的影响,并对表面改性后的试样进行了生物相容性测试。结果表明,试样经过酸洗预处理后,在60℃恒温条件下浸泡于7 mol/L NaOH溶液中并保温1 h,经过高温烧结得到的试样表面形成了形态良好、分布均匀的纳米网状钛酸钠涂层,再经过模拟体液浸泡培养10 d,形成磷灰石涂层。采用直接接触的方式将骨髓间充质干细胞（hBMSC）接种在试样上,培养48 h,测得碱热处理且经过模拟体液浸泡试样的细胞相对活性明显高于未经处理的试样。     

提高Ti-6Al-4V合金与生物活性涂层结合强度的研究

采用搪瓷工艺利用含有磷灰石和硅灰石的生物活性玻璃陶瓷(A-W)对钛合金Ti-6Al-4V进行两次涂层.对钛合金基体表面在不同温度与时间下进行预氧化处理,形成氧化物过渡层,作为玻璃和金属间粘结的媒介.氧化膜的厚度在3～6μm时,涂层与基体结合良好.最佳预氧化工艺为950℃×10min.通过喷砂使表面粗糙度增加,利于元素的扩散及化学键合,提高了涂层与基体的结合强度.钛合金经涂烧后制备的生物活性复合材料符合人工关节的性能要求.     

稀土氧化物添加量对激光熔覆磷酸钙陶瓷涂层组织性能的影响

β-磷酸三钙(β-TCP)和羟基磷灰石(HA)被视为优良的生物活性材料。本文利用激光熔覆技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备一层含β-TCP和HA的稀土氧化物掺杂磷酸钙陶瓷涂层,通过光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和显微硬度计分别对陶瓷涂层的结合界面、物相、表面形貌及显微硬度进行分析。试验结果表明:基材与陶瓷层呈冶金结合,熔覆试样可分为基材、热影响区、合金化区及陶瓷熔覆层4个区域;当La2O3添加量为0.6%(质量分数)时,涂层主要含CaTiO_3,Ti O,β-TCP和HA等物相;通过扫描电镜观察涂层表面形貌,发现稀土氧化物La_2O_3的含量对涂层裂纹敏感性有较大影响,当稀土氧化物La_2O_3添加量为0.6%时,涂层表面较为平整,存在少量孔洞及裂纹,此时涂层硬度最大,达到HV 1971。     

多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金表面活性次级微孔涂层的构建及其成骨诱导性能研究

为提高多孔医用钛合金的生物活性,以实现快速骨整合,首先利用微弧氧化法(MAO)在多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层,并在此涂层表面通过水热处理生成羟基磷灰石(HA),得到活性次级微孔涂层。采用X射线衍射、电子扫描显微镜和能谱仪分析了活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征,通过接触角测试实验对比研究了TLM钛合金表面改性前后的亲水性变化,并进一步通过动物实验研究了经表面活性次级微孔层改性后的多孔TLM钛合金的骨整合性能。结果表明,微弧氧化处理可在多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层,水热处理后微孔层的亲水性增强,且具有良好的成骨诱导性能。     

含镁羟基磷灰石、磷酸三钙复合生物陶瓷涂层的研究

通过溶胶凝胶法在钛合金基体上合成了含镁羟基磷灰石/β-磷酸三钙陶瓷复合涂层.研究表明,羟基磷灰石相与β-磷酸三钙相共同存在于600 ℃烧结的复合涂层中.X射线光电子能谱分析显示,镁离子已合成到涂层之中.在模拟体液中,在复合涂层表面沉积出了较为明显的新生类骨层.使用MG63细胞进行培养试验,结果显示涂层具有良好的细胞亲和性.试验结果表明:含镁羟基磷灰石/β-磷酸三钙复合涂层具有良好的生物活性,有望在医疗实践中作为人工骨质材料得到广泛应用.     

β钛合金微弧氧化膜制备及其在人体模拟液中腐蚀性能研究

采用微弧氧化技术在TiNbZrFe合金表面制备出含钙磷成分的多孔氧化膜,通过人体模拟液浸泡的方法诱导生成羟基磷灰石,并利用电化学阻抗谱(EIS)研究其在人体模拟液中浸泡不同时间后的耐腐蚀性能.结果表明,经400 V电压微弧氧化后TiNbZrFe合金表面氧化膜的形貌与成分达到最优化,且明显有α-Ca3(PO4)2相生成;α-Ca3(PO4)2相能够起到良好的诱导生成羟基磷灰石(HA)的作用,在人体模拟液中浸泡1 d后,通过XRD检测出有HA相生成,导致微弧氧化膜层表面的微孔被诱导生成物覆盖填充明显,较小微孔完全消失;随着浸泡时间的延长,经过微弧氧化膜诱导生成的HA涂层不断增厚,EIS结果表明其具有良好的隔绝渗透作用,能够阻碍腐蚀性介质在溶液和金属界面之间扩散和迁移,从而起到保护基体抗腐蚀的作用.     

氧化钽喷涂及涂层熔炼实验

液态铈非常活泼,与很多涂层都发生反应。将钽坩埚表面氧化后熔炼铈已有比较满意的结果,但在石墨坩埚表面喷涂Ta2O5涂层的研究报道却很少。本文总结了石墨坩埚表面等离子及火焰喷涂Ta2O5涂层工艺。在大气中通过热震试验考核了氧化钽涂层相稳定性,在真空感应加热环境下对火焰喷涂氧化钽涂层进行了进一步的热震稳定性考核,采用SEM分析了涂层表面微观形貌,同时采用XRD技术分析了加热前后氧化钽涂层的组成变化,分析表明,火焰喷涂能够制备单一的Ta2O5涂层。石墨坩埚表面Ta2O5涂层熔炼实验表明,液态铈不侵蚀Ta2O5涂层。     

TC4钛合金表面磁控溅射TiAlN涂层的组织与性能

采用TiAl合金靶材,在TC4钛合金基材表面以不同磁控溅射工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分别分析了不同工艺制备的TiAlN涂层的表面形貌、表面成分及相结构,并对TiAlN涂层的耐蚀性、耐磨性等进行了研究。结果表明,采用磁控溅射工艺可在TC4钛合金表面制备出表面相对平整且结构致密的TiAlN涂层;沉积了TiAlN涂层的TC4钛合金试样的表面性能得到了提高,其磨损失重量和TC4钛合金基材相比降低了80%,耐盐雾腐蚀性能达到了保护级9级。     

In Situ Laser Coating of Calcium Phosphate on TC4 Surface for Enhancing Bioactivity

 Titanium alloy has been a successful implant material owing to its excellent ratio of strength to weight, toughness, and bio inert oxide surface. Significant progress has been made in improving the bioactivity of titanium alloy by coating its oxide surface with calcium phosphates. In the present study, in situ coating was reported on Ti6Al4V(TC4) surface with calcium phosphate (Ca P) bioceramics synthesized and synchronously cladded by laser beam. This coating was grown by first preplacing directly the raw powders, which contain 80% of CaHPO4·2H2O, 20% of CaCO3, and dram of rare earth (RE), on the TC4 surfaces, and then exposing the surfaces to the laser beam with a power density of 1273-1527 MW·m-2 and a scanning velocity of 105 m/s. The resultant coating was characterized using scanning electron microscopy (SEM), X ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis and Different thermal Scanning (TG DSC), and Energy Dispersive X ray Detection (EDX). The results show that these laser ceramics include hydroxyapatite (HA), tricalcium phosphate (TCP), Ca2P2O7, and other Ca P phases, and the interface between the coating and the TC4 substrate has tighter fixation, in which the chemical bonding is approved. These laser hybrid coatings are useful in enhancing the bioactivity of titanium alloy surfaces.     

电弧喷涂CuNiIn抗微动磨损涂层性能研究

本文针对CuNiIn合金丝材,采用电弧喷涂工艺制备了CuNiIn涂层,研究了喷涂电压、喷涂距离、雾化气体及压力对CuNiIn涂层性能的影响.实验结果表明：随着喷涂电压（30～35V之间）的增大,涂层结合强度降低,硬度增大;随着雾化气体压力的增大,涂层的结合强度先增大后减小;采用氩气作为雾化气体可有效降低涂层的氧化物含量;采用优化后的喷涂工艺制备的涂层结合强度达到36.0 MPa、HR15Y为49.1、孔隙率为0.8％,涂层在频率10Hz、行程0.1mm、载荷50N实验条件下,20℃时摩擦系数为0.68,450℃时摩擦系数为0.72.     

Ag含量对WC-12Co/Ag涂层高温摩擦性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术制备了三种不同Ag含量(10%,15%和20%)的WC-12Co/Ag涂层,将其高温摩擦性能与WC-12Co涂层进行对比。通过微观检测手段分析了Ag在涂层中的分布形态;检测了500℃,不同载荷(50N,100N,150N和200N)条件下,WC-12Co/Ag涂层摩擦因数随摩擦行程增加而变化的情况;并观察了涂层高温摩擦试验后磨痕微观形貌以及Ag元素的分布状态。试验结果表明:Ag元素在涂层中均匀分布,涂层中的Ag主要以单质的形式存在;在500℃条件下,当Ag含量大于15%时,Ag元素在磨损界面处形成一定厚度的连续润滑膜,起到良好的自润滑作用。     

HVAFWC-Co-Cr涂层的研究和表征以及与电镀硬质铬涂层的对比

新型超音速火焰喷涂系统(HVAF)主要用于生产硬质合金和金属合金涂层。该过程类似于传统的超音速氧焰喷涂(HVOF)工艺,但采用空气代替氧气为助燃剂。因此,超音速火焰喷涂工艺的火焰温度更低(~2300K),从而最大限度地减低了喷涂材料的氧化和热失效。该工艺粒子飞行速度可达1000米/秒。本文对HVAF WC-CoCr涂层进行了研究,采用截面法对涂层显微组织形貌等特性进行了观测和讨论,对涂层的表面质量和相成分进行了分析。此外,还测量了涂层的硬度,通过电化学腐蚀试验表征了涂层的腐蚀行为。最后,将该涂层的检测结果与电镀硬铬涂层进行了比较和分析。     

Dynamics of Gradient Bioceramic Composite Coating on Surface of Titanium Alloy by Wide-Band Laser Cladding

Hydroxyapatite (HA) ,akindofbioactivematerial,haswideapplicationprospectinhardtissuereplacementandrepairbecauseofsimilarchemicalcompositionandcrystallographicstructuretothoseofbonemineral[1,2 ] .TheHAcoatingwithbioactivityandbiocompatibilityonthesur faceo…     

热喷涂铜铝聚苯酯封严涂层制备和性能研究

本文以铜铝合金粉和聚苯酯为原材料,添加粘结剂,采用机械团聚复合工艺制备铜铝聚苯酯复合粉末;采用大气等离子喷涂工艺制备的铜铝聚苯酯封严涂层组织均匀,聚苯酯和孔隙占比45.3%,涂层硬度为56.3 HR15Y、结合强度≥6.9MPa、650℃下抗热震性能良好,涂层在96小时室温中性盐雾试验外观评级达到4级,可满足航空发动机对气路间隙控制封严涂层的要求。     

磁参数法用于评估 NiCr 基合金热喷涂层结合强度的研究

本文提出了一种基于饱和磁滞回线特征参数的热喷涂层与基材结合强度的无损测试方法。 采用 MA-WF-05 型磁滞多参数评估系统, 对在 #45 碳钢基材上制备的系列 NiCr 基合金涂层进行了测试, 同时对上述样品采用拉 伸试验方法测试了结合强度。 并通过多元回归分析方法建立了涂层结合强度的预测方程。 结果表明预测值与拉伸 试验测试值的平均偏差为 3.25%, 该方法有望推广应用于其他热喷涂层样品。     

三阳极等离子喷涂纳米氧化锆涂层工艺研究

本文采用国产纳米ZrO2-7％Y2O3粉体,通过三阳极等离子喷涂系统（Delta）制备热障涂层,对工艺参数和涂层性能之间的关系进行了研究.根据所采用的L934正交试验设计,对工艺参数,孔隙率以及结合强度之间的关系进行统计学分析,结果表明三阳极等离子喷涂系统在采用内径7mm喷嘴的情况下,由于射流速度快（约250m/s）,以及送粉速率大等因素的影响,所制备的热障涂层孔隙率为14.8％～26.2％,结合强度为13.4～30MPa.等离子弧、氢气流量和送粉速率是影响涂层性能的重要因素,喷涂距离在100～140mm之间对涂层性能影响不明显.     

粉末粒径对真空等离子体喷涂钛涂层的影响

粉末粒径是影响等离子体喷涂涂层结构和性能的主要因素之一。本文采用四种不同粒径分布的钛粉,通过真空等离子体喷涂（VPS）工艺在不锈钢基体上制备了粗糙多孔的钛涂层,研究了粉末粒径与钛涂层表面粗糙度、气孔率和结合强度间的关系。结果表明：在粉末熔融状况良好的情况下,不同粒径分布的钛粉制备的涂层结构均较均匀;钛涂层的表面粗糙度和气孔率随粉末粒径的增大而增大,涂层结合强度随粉末粒径增大而减小。